[发明专利]一种矿井通风系统的状态识别方法

摘要

本发明提供一种矿井通风系统的状态识别方法，包括：建立完整的矿井通风系统网络拓扑结构图并编号；获得通风系统初始状态参数；对风道分类；按照矿井通风地理信息、风道分类、分风解算原理和相对灵敏度优化监测系统布置方案，基于在能够保证通风系统状态识别精度的条件下，布置最少数量传感器的原则，在各风道布置相应类型的传感器；计算各风道的自然风压；建立并求解非线性规划模型，得到所述非线性规划模型中各个待求的未知量的值，得出所述矿井通风系统的状态。本发明能够根据矿井通风地理信息和环境监测参数实时识别矿井通风系统状态参数，为通风系统在线分析、识别、诊断和调风控风方案优化和通风系统自动控制提供了比较准确的风网参数。

主权项

一种矿井通风系统的状态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立完整的矿井通风系统网络拓扑结构图并编号，具体为：绘图步骤：按照实际工况，绘制所述矿井通风系统网络拓扑结构图，该拓扑结构图包括相互关联的节点和分支，其中，所述节点代表风流相交汇地点，每一条所述分支代表一条风道；编号：将进风井口和回风井口这两个节点编制为同一个号；对于其他节点，按照风流流动方向，从始点到终点对各节点按从小到大顺序进行编号；另外，还编制各风道的风道号；另外，每个节点均标明精确标高，并以标高最高的进回风井口为基点，其它进回风井口增加一段虚拟风道，使得所有进回风井口均有统一的虚拟标高；步骤2，进行全局通风阻力测定，并通过矿井通风平差计算，获得准确的通风系统初始状态参数T⁰＝(R⁰，A⁰，B⁰，C⁰，Q⁰，H⁰，H_z⁰)，其中R⁰、A⁰、B⁰、C⁰、Q⁰、H⁰和H_z⁰分别为各风道的风网的风阻向量、风机特性曲线二次项系数向量、风机特性曲线一次项系数向量、风机特性曲线常数项向量、风网的风量向量、风网的阻力向量和风网的自然风压向量；如果某一条风道中未安装风机，则风机特性曲线二次项系数向量、风机特性曲线一次项系数向量和风机特性曲线常数项向量这三个向量值为空；步骤3，根据风阻的变化频率和幅度以及状态识别周期，将风道划分为三类，分别为I类风道、II类风道和III类风道；其中，I类风道的风阻状态固定，II类风道的风阻具有有限个固定状态，III类风道的风阻动态变化；步骤4，按照矿井通风地理信息、风道分类、分风解算原理和相对灵敏度优化监测系统布置方案，基于在能够保证通风系统状态识别精度的条件下，布置最少数量传感器的原则，在各风道布置相应类型的传感器；步骤5，对于按照S4方法布置传感器的每一个位置点，基于校正公式(1)，通过多次实测拟合出各传感器在相应位置点的换算系数A和B；Ps＝A×Pc+B    (1)其中，Ps为真实值，Pc为传感器监测值，A和B为传感器的地点换算系数；然后，对于S4中各传感器在相应位置所测量得到的实测值，在已知各地点换算系数A和B的前提下，使用公式(1)进行计算，将传感器实测值换算为该位置的校正值，再换算为该位置的标准换算值；步骤6，计算各风道的自然风压，设共有N条风道，则对这N条风道，均采用下述方法一，或均采用下述方法二，计算各风道的自然风压：方法一：若只测得各风道的空气密度，则用公式(2)计算自然风压：h_ni＝gρ_i(h_i1‑h_i2)，i＝1，2，...，N    (2)其中，h_ni为风道i的自然风压；ρ_i为风道i的空气密度，h_i1和h_i2分别为风道i的始点标高和终点标高；其中，需要将进风井或回风井井口高出地面的空气柱自然风压叠加到相应风井风道的自然风压中；方法二：如果仅测得基准井口的空气密度和各风道的风流温度，则用下列公式计算自然风压：$h_{\mathrm{ni}}={\mathrm{g\ρ}}_a(1-\frac{273+t_a}{273+t_i})(h_{i2}-h_{i1}),i=\mathrm{1,2},...,N---\left(3\right)$其中，h_ni为风道i的自然风压；h_i1和h_i2分别为风道i的始点标高和终点标高；t_i为风道i的温度；t_a和ρ_a是基准井口地面空气的实测温度和密度；步骤7，建立下述的非线性规划模型：$\mathrm{MinF}=\underset{i\∈S_1}{\mathrm{\Σ}}{(q_1-q_i^n)}^2+M\underset{j\∈S_2}{\mathrm{\Σ}}{(h_{\mathrm{fj}}-h_{\mathrm{fj}}^n)}^2$$\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{ij}}(h_j-h_{\mathrm{fj}}-h_{\mathrm{nj}})=0,i=\mathrm{1,2},...,C$$s.t.q_j=\underset{k=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{kj}}{q}_k,j=\mathrm{1,2},...,N$h_j＝R_j|q_j|^σ‑1q_j，σ≥1，j＝1，2，...，N$h_{\mathrm{fj}}={A^0}_j{q}_j^2+{B^0}_j{q}_j+{C^0}_j,j=\mathrm{1,2},...,N$R_j≥0，j∈S₃$R_j=R_j^0,$为常数，$j{\∉S}_3$其中：C是基本回路数，且假设基本回路对应的独立风道编号为前C个；B_ij为已知的基本回路系数；A⁰_j、B⁰_j、(j＝1，2，...，N)为风道j中的风机特性曲线系数，为初始值但可为零；R_j，q_j，h_j，h_nj，h_fj分别为风道j中的风阻、风量、阻力、自然风压和风机风压；其中，和h_nj(j＝1，2，...，N)为常数，其余均为未知量；S1为监测风速的风道集合，S2为监测风机风压的风道集合，S3为待估风阻的风道集合；σ≥1为已知的流态指数；和为已知的反演目标值，由监测系统获得；M为大于零的常数；步骤8，步骤1‑步骤6得到的各参数作为已知值，求解所述非线性规划模型，得到所述非线性规划模型中各个待求的未知量的值，得出所述矿井通风系统的状态。