一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法与流程

1.本发明属于矿井作业技术领域，涉及一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法。


背景技术：

2.矿井通风系统是矿井安全生产的保障，有效的通风方式可以起到降低矿井温度、稀释有毒有害气体、提供井下作业人员新鲜风流等关键性作用；矿井通风阻力分布是掌控全局通风系统的基础；异常阻力变化会引起通风系统紊乱，通风动力设备受损，甚至引起瓦斯异常积聚、引发瓦斯灾害；但通风阻力参数获取，是一个不连续的数据获取过程，很难判断整个矿井通风系统阻力变化情况，无法预测变化趋势，因此需要一种长期连续性通风阻力监测方法对矿井关键通风路径进行不间断监控，并分析变化趋势，及时给出预警提示信息。
3.本发明涉及一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法，本判识方法提供一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法，通过监测矿井关键通风路径阻力变化情况，判定矿井通风系统稳定性，并通过阻力变化情况，及时发现通风安全隐患，提出整改建议等。该判识方法为煤矿掌握井下通风系统稳定性、发现安全隐患、提出优化方案，提供技术支持，为矿井通风瓦斯安全管理及安全生产提供科学管理工具和先进技术手段。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法，该方法包括以下步骤：
7.s1：矿井通风系统初始化，构建几何网络拓扑结构有向图g
有向
＝(v,e)，并构建该矿井通风系统邻接矩阵m
邻接
与关系矩阵m
关系
；
8.s2：矿井通风系统网络有向图是无环有向图，根据以风量为权值计算出主要通风路径及以风阻值为权值计算出的最大阻力路径；
9.s3：计算矿井通风关键路径后，确定矿井关键路径所经巷道传感器布设位置及考察该巷道预警值；
10.s4：间隔时间同步采集所有布设传感器值，计算出监测巷道通风阻力；
11.s5：利用时间序列预测分析方法，预测该监测点阻力变化趋势及对异常巷道做出预警提醒。
12.可选的，所述s2中，以风量为权值计算出通风路径，其步骤为：
13.构建以风量为权值的通风网络有向图g
有向(风量)
＝(v,e)；
14.选定某一用风地点巷道网络分支v
需
，利用深度优先搜索算法，搜索进风井口至用风点分支v
需
关键路径p
进
，搜索用风点分支v
需
至回风井口关键路径p
回
，求路径并集，该用风点关键路径为：p
关键
＝p
进
∪p
回
。
15.可选的，所述s2中，以阻力为权值计算出通风路径，其步骤为：
16.构建以阻力为权值的通风网络有向图g
有向(阻力)
＝(v,e)；
17.选定某一用风地点巷道网络分支v
需
，利用深度优先搜索算法，搜索进风井口至回风井口关键路径p
关键
。
18.可选的，所述s3中，确定矿井关键路径所经巷道传感器布设位置，具体方法是：
19.s31：在进风井口布设压力传感器；
20.s32：在关键路径分支巷道布设风速传感器、温度传感器和湿度传感器，其中，风速传感器布设位置位于巷道平均风速线位置；
21.s33：在巷道分风口布设压力传感器。
22.可选的，所述s3中，预警值考察，具体方法为：根据通风阻力测定方法，人工精准测定其巷道参数，计算通风阻力值，设定预警值为监测计算阻力值浮动5％。
23.可选的，所述s4中，同步采集所有布设传感器值，计算巷道通风阻力值，具体方法为：
24.设置统一控制器模块，同一时间读取关键路径上所布设的所有传感器数值；
25.阻力计算公式为：井口压力传感器标高h
基点
，巷道压力传感器标高h
分支
；
26.①
当h
基点-h
分支
≤600m时，巷道流动气体假定为不可压缩流体；
27.阻力计算公式为：
[0028][0029]
k为基点气压计单位换算系数；
[0030]
k为分支气压计单位换算系数；
[0031]
p
bj
,p
bi
分别为测量起始端点及末端基点大气压值，单位为pa；
[0032]
pi,pj分别为测量起始端点及末端基点气压值，单位为pa；
[0033]
zi,zj分别为测量起始端点及末端基点标高，单位为m；
[0034]
ρi,ρj分别为测量起始端点及末端基点空气密度，单位为kg/m3；
[0035]
vi,vj分别为测量起始端点及末端基点风速，单位为m/s；
[0036]
g为重力加速度，单位为m/s2；
[0037]
ρ
i-j
为测量起始端点及末端基点空气平均密度，单位为kg/m3；
[0038]
i，j为点序号；
[0039]
②
当h
基点-h
分支
＞600m时，巷道流动气体假定为可压缩流体；
[0040]
阻力计算公式为：
[0041][0042]
式中ρm按照多变过程计算：
[0043][0044]
p1和p2分别为始末点测量气压值。
[0045]
可选的，所述s5中，利用时间序列预测分析方法为：
[0046]
s51：间隔时间计算出的通风阻力，存储在数据库中，预测时按照测定时间编成时间序列，并根据时间序列绘成统计图；
[0047]
s52：使用加权移动平均法，设置设定间隔时间5天、10天和15天间隔，计算移动平均值；数据权值q
权值
按照近期观察值至远期观察值每隔10个数字项递减0.1
×q权值
；
[0048]
s53：利用三次指数平滑法分析监测点流场阻力长期变化趋势及速率。
[0049]
本发明的有益效果在于：本发明基于通风网络关键通风路径监测，对通风系统稳定性、可靠性起到有效监测作用，对矿井通风系统长期发展趋势提供数据支撑，及时发现因地质灾害或认为堆砌杂物造成通风系统紊乱，通风机工况移位等通风安全隐患，为矿井通风瓦斯安全管理及安全生产提供科学管理工具和先进技术手段。
[0050]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0051]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0052]
图1为本发明流程图；
[0053]
图2为阻力态势监测方法架构图；
[0054]
图3为以风量为权值搜索矿井通风系统关键路径示意图；
[0055]
图4为以风阻为权值搜索矿井通风系统最大阻力路径示意图；
[0056]
图5为单条分支传感器布置图；
[0057]
图6为矿井关键路径多参数传感器布置图。
[0058]
附图标记：压力传感器1、风速传感器2、温度传感器3、湿度传感器4、压力传感器5、风速传感器6、温度传感器7、湿度传感器8。
具体实施方式
[0059]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0060]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0061]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描
述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0062]
实施例1：
[0063]
如图1、图2所示，为一种矿井通风关键路径阻力态势监测方法，其特征在于：该方法实施包括以下步骤：
[0064]
s1：矿井通风系统初始化，构建几何网络拓扑结构有向图g
有向
＝(v,e)，并构建该矿井通风系统邻接矩阵m
邻接
与关系矩阵m
关系
；
[0065]
s2：矿井通风系统网络有向图是无环有向图，根据以风量为权值计算出主要通风路径及以风阻值为权值计算出的最大阻力路径；
[0066]
s3：计算矿井通风关键路径后，确定矿井关键路径所经巷道传感器布设位置及考察该巷道预警值；
[0067]
s4：间隔时间同步采集所有布设传感器值，计算出监测巷道通风阻力；
[0068]
s5：利用时间序列预测分析方法，预测该监测点阻力变化趋势及对异常巷道做出预警提醒。
[0069]
进一步说明，所述s3中，所述预警值考察，其方法为：根据通风阻力测定方法，人工精准测定其巷道参数，计算通风阻力值，设定预警值为监测计算阻力值浮动5％。
[0070]
实施例2：
[0071]
如图3所示，以风量为权值计算出主要通风路径，其步骤为：s21构建以风量为权值的通风网络有向图g
有向(风量)
＝(v,e)；s22选定某一用风地点巷道网络分支v
需
，利用深度优先搜索算法，搜索进风井口至用风点分支v
需
关键路径p
进
＝{1
→2→3→6→9→
13
→
17}，搜索用风点分支v
需
至回风井口关键路径p
回
＝{21
→
22
→
24
→
25}，求路径并集，该用风点关键路径为：p
关键
＝p
进
∪p
回
＝{1
→2→3→6→9→
13
→
17
→
21
→
22
→
24
→
25}。
[0072]
如图4所示，以阻力为权值计算出主要通风路径，其步骤为：s21构建以阻力为权值的通风网络有向图g
有向(阻力)
＝(v,e)；s22选定某一用风地点巷道网络分支v
需
，利用深度优先搜索算法，搜索进风井口至回风井口关键路径p
关键
＝{1
→2→3→6→9→
13
→
16
→
20
→
22
→
24
→
25}。
[0073]
实施例3：
[0074]
如图5所示，矿井关键路径所经巷道传感器布设位置，其方法是：
[0075]
①
在进风井口布设压力传感器；
[0076]
②
在关键路径分支巷道分风点布设压力传感器1、风速传感器2、温度传感器3、湿度传感器4，风速传感器2布设位置位于巷道平均风速线位置；
[0077]
③
在巷道汇风口处布设压力传感器5、风速传感器6、温度传感器7、湿度传感器8，风速传感器5布设位置位于巷道平均风速线位置；巷道两端布置点为：
[0078]
实施例4：
[0079]
如图6所示，布置整条通风系统关键路径传感器及中心站后，间隔5分钟同步采集所有布设传感器值，计算巷道通风阻力值，其方式是：设置统一控制器模块，同一时间读取关键路径上所布设的所有传感器数值；阻力计算公式为：井口压力传感器标高h
基点
，巷道压力传感器标高h
分支
；
[0080]
①
当h
基点-h
分支
≤600m时，巷道流动气体假定为不可压缩流体；阻力计算公式为：
[0081][0082]
k-基点气压计单位换算系数；
[0083]
k-分支气压计单位换算系数；
[0084]
p
bj
,p
bi-测量起始端点及末端基点大气压值，pa；
[0085]
pi,p
j-测量起始端点及末端基点气压值，pa；
[0086]
zi,z
j-测量起始端点及末端基点标高，m；
[0087]
ρi,ρ
j-测量起始端点及末端基点空气密度，kg/m3；
[0088]
vi,v
j-测量起始端点及末端基点风速，m/s；
[0089]
g-重力加速度，m/s2。
[0090]
ρ
i-j-测量起始端点及末端基点空气平均密度，
[0091]
②
当h
基点-h
分支
＞600m时，巷道流动气体假定为可压缩流体；阻力计算公式为：
[0092][0093]
式中ρm按照多变过程计算：
[0094][0095]
其余参数值与上式相同。
[0096]
利用时间序列预测分析方法分析流场阻力变化，其方法是：
[0097]
①
间隔时间计算出的通风阻力，存储在数据库中，预测时按照测定时间编成时间序列，并根据时间序列绘成统计图；
[0098]
②
使用加权移动平均法，设置设定间隔时间5天，10天，15天间隔，计算移动平均值；数据权值q
权值
按照近期观察值至远期观察值每隔10个数字项递减0.1
×q权值
；
[0099]
③
利用三次指数平滑法分析监测点流场阻力长期变化趋势及速率。
[0100]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。