一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法技术

本发明专利技术提供一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法，包括：建立完整的矿井通风系统网络拓扑结构图；进行全局通风阻力测定，获得通风系统初始状态；得到灵敏度矩阵；按照风道风阻的稳定性和重要性划分风道；按照风量的必测性、灵敏性和可测性划分风道；根据风道分类结果和灵敏度矩阵，对通风网络进行简化，对简化网络利用风量平衡定律，寻找最优测风传感器布置方案。优点：(1)利用普通的风速传感器及较少的安装数量，可实时获得每条风道较准确的风量，为通风系统在线分析状态识别和诊断提供了一个可行的解决方案。(2)对于风速较低的风道，本发明专利技术给出了一种低风速的长距低阻聚风风速传感器安装方法，提高了风速传感器测量量程和灵敏度。

Optimum arrangement method of sensor for global accurate wind measurement of mine

The invention provides a method of optimal sensor placement for mine global accurate windmeasurement include: the establishment of mine ventilation system network topology diagram; global ventilation resistance measurement, the initial state of ventilation system; get the sensitivity matrix; according to the stability and the importance of air resistance in accordance with the division of air duct; air will be measured, sensitive and test is divided according to the classification results and the air duct; the sensitivity matrix of ventilation network is simplified, the simplified network using air volume balance law, to find the optimal layout scheme of wind sensor. Advantages: (1) the number of installed wind speed sensor and less common, can obtain more accurate real-time volume of each channel, provides a feasible solution for the ventilation system of online analysis of state identification and diagnosis. (2) for the wind tunnel with lower wind speed, the invention provides a method for installing a long distance low resistance wind speed sensor with low wind speed, which improves the measuring range and sensitivity of the wind speed sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法
本专利技术属于矿井通风自动化
，具体涉及一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法。
技术介绍
矿井通风是保障矿井安全和良好生产环境的最主要技术手段之一。在矿井生产过程中，必须源源不断地将地面新鲜空气输送到井下各作业地点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有毒、有害的气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。矿井通风的主要任务是：根据井下各个地点的温度、湿度、有害气体和矿尘浓度实时保证供风质量，满足正常时期和灾变时期各用风地点按时按需供风。但是，一般大中矿井的通风系统通常是由几百条，甚至上千条风道组成的非线性流体网络；因此，无论是人工控风还是自动控风，无论正常时期还是灾变时期，如果需要精确掌握供风质量和控风效果，以及，如果需要精确掌握瓦斯涌出量预计、粉煤尘排量测算、漏风诊断、火源温度和热力风压分析、风阻变化等状态识别，都需要实时监测和计算每个用风地点和每条风道的精确供风量。随着地面大气压和地温的变化、巷道的变形、掘进面和回采面的推进、通风设施的状态改变和各种车辆和设备的扰动，每条风道的风量都是随时变化的。另外，由于各条风道的条件和环境不同，有些风道是无法安装风速传感器的，例如，立井井筒、漏风通道等。既使安装风速传感器，限于现有的风速传感器灵敏度较低、量程太窄，一般的风速传感器启动风速不低于0.2m/s，量程为0.2m/s-5m/s，对于较低的风速无法精确监测。事实上，由于行人、运输装备的影响，风速传感器只能安装在靠近巷道顶部和两帮的位置，这些位置风速都比较低，因此给风速的精确监测带了很大困难。综上所述，如何通过安装较少的风速传感器，用科学的安装方法，使得能够精确监测和计算矿井每条风道的通风量，是实现精确按时按需供风必要手段。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法，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，编号方法为：将进风井口和回风井口这两个节点各编制为一个编号；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；设矿井通风系统共有m个节点和n条风道，m和n均为自然数；由此得到编号后的矿井通风系统网络拓扑结构图G＝(V,E)，其中，V＝{v1,v2,…,vm}，V为节点集合，v1,v2,...,vm分别代表第1节点、第2节点...第m节点；E＝{e1,e2,…,en},E为风道集合；e1,e2,...,en分别代表第1风道、第2风道...第n风道；步骤2，进行全局通风阻力测定，并通过矿井通风平差计算，获得准确的满足通风平衡定律的通风系统初始状态T0＝(R0,A0,B0,C0,Q0,H0,Hz0)，其中，T0代表通风系统初始状态；R0、A0、B0、C0、Q0、H0和Hz0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；步骤3，根据初始状态T0＝(R0,A0,B0,C0,Q0,H0,Hz0)，计算得到灵敏度矩阵SL：其中，sij为通风系统在初始状态T0时，第i风道的风量Qi关于第j风道的风阻Rj的变化率，即步骤4，按照风道风阻的稳定性和重要性，将风道划分为以下四类，分别为：I类风道、II类风道、III类风道和IV类风道；其中，I类风道指风阻稳定且可直接精确测量风阻的风道；II类风道指风阻呈多态性，在不同时段取不同风阻值的风道；III类风道指需风量固定的风道；IV类风道指：除去I类风道、II类风道和III类风道外的其它风道；I类风道、II类风道、III类风道和IV类风道分别对应风道集EI、EII、EIII和EIV；按照风量的必测性、灵敏性和可测性，将风道划分为以下五类，分别为：A类风道、B类风道、C类风道、D类风道和E类风道；其中，A类风道指：按照相关矿山安全规定必须监测风量的风道；B类风道指：II类风道风阻变化引起风量敏感变化的风道；C类风道指：风量不可直接测量的风道；D类风道指：与I类风道相连的非I类风道；E类风道指：除去A类风道、B类风道、C类风道和D类风道外的其它风道；A类风道、B类风道、C类风道、D类风道和E类风道分别对应风道集EA、EB、EC、ED和EE；步骤5，在步骤1得到的矿井通风系统网络拓扑结构图G＝(V,E)中，查找出I类风道组成的各个连通片，把每一个连通片简化成一个虚拟节点，也将每一个进回风井口简化成一个井口节点，由此得到简化后的通风系统；简化后的通风系统构成一个新的通风网络G1＝(V1,E1)；其中，V1为新的通风网络的节点集合，E1为新的通风网络的风道集合；步骤6，对于新的通风网络G1＝(V1,E1)中的风道，按照D类风道、C类风道、II类风道、IV类风道、B类风道、III类风道、A类风道和EE-EI类风道的顺序进行排序，并去掉排序在后出现的重复风道，共得到p个风道，按顺序依次记为：风道es1、风道es2…风道esp；由此得到序列S：{S}＝{es1,es2,…,esp}步骤7，对于新的通风网络G1＝(V1,E1)，按照序列{S}中的风道顺序，用加边法求出G1＝(V1,E1)的一棵生成树T1，其树支集合ET＝{eT1,eT2,…,eTk}，连支集合EL＝{eL1,eL2,…,eL(p-k)}；其中，eT1为树支集合中第1个风道；eT2为树支集合中第2个风道…eTk为树支集合中第k个风道；eL1为连支集合中第1个风道；eL2为连支集合中第2个风道…eL(p-k)为连支集合中第p-k个风道；其中，p和k均为自然数，并且，1≤k＜p；步骤8，通过以下公式求取布置风速传感器的风道集ES：ES＝EL∪EA步骤9，在风道集ES中的每个风道上布置风速传感器，通过风速传感器测量得到对应风道的风速监测值；基于风道断面计算方法求出ES中每个风道的风量；用最优平差的方法计算树支集合ET中每个风道的风量；再利用固定风量解算方法计算出风道集EI中每个风道的风量；至此计算出通风系统中所有风道的风量。优选的，步骤4中，通过以下方法确定B类风道：步骤4.1，设II类风道对应的风道集EII＝{eΠ1,eΠ2,...,eΠf},即：风道集EII共包含f个风道，分别为eΠ1、eΠ2…eΠf；基于步骤3得到的灵敏度矩阵SL，得到风道eΠ1的风阻相对于第1风道的风量的灵敏度S11；风道eΠ1的风阻相对于第2风道的风量的灵敏度S12，依此类推，直到风道eΠ1的风阻相对于第n风道的风量的灵敏度S1n；得到风道eΠ2的风阻相对于第1风道的风量的灵敏度S21；风道eΠ2的风阻相对于第2风道的风量的灵敏度S22，依此类推，直到风道eΠ2的风阻相对于第n风道的风量的灵敏度S2n；依此类推直到得到风道eΠf的风阻相对于第1风道的风量的灵敏度Sf1；风道eΠf的风阻相对于第2风道的风量的灵敏度Sf2，依此类推，直到风道eΠf的风阻相对于第n风道的风量的灵敏度Sfn；步骤4.2，计算|S11|+|S21|+|Sf1|的和，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法，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，编号方法为：将进风井口和回风井口这两个节点各编制为一个编号；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；设矿井通风系统共有m个节点和n条风道，m和n均为自然数；由此得到编号后的矿井通风系统网络拓扑结构图G＝(V,E)，其中，V＝{v

【技术特征摘要】
1.一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法，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，编号方法为：将进风井口和回风井口这两个节点各编制为一个编号；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；设矿井通风系统共有m个节点和n条风道，m和n均为自然数；由此得到编号后的矿井通风系统网络拓扑结构图G＝(V,E)，其中，V＝{v1,v2,…,vm}，V为节点集合，v1,v2,...,vm分别代表第1节点、第2节点...第m节点；E＝{e1,e2,…,en},E为风道集合；e1,e2,...,en分别代表第1风道、第2风道...第n风道；步骤2，进行全局通风阻力测定，并通过矿井通风平差计算，获得准确的满足通风平衡定律的通风系统初始状态T0＝(R0,A0,B0,C0,Q0,H0,Hz0)，其中，T0代表通风系统初始状态；R0、A0、B0、C0、Q0、H0和Hz0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；步骤3，根据初始状态T0＝(R0,A0,B0,C0,Q0,H0,Hz0)，计算得到灵敏度矩阵SL：其中，sij为通风系统在初始状态T0时，第i风道的风量Qi关于第j风道的风阻Rj的变化率，即步骤4，按照风道风阻的稳定性和重要性，将风道划分为以下四类，分别为：I类风道、II类风道、III类风道和IV类风道；其中，I类风道指风阻稳定且可直接精确测量风阻的风道；II类风道指风阻呈多态性，在不同时段取不同风阻值的风道；III类风道指需风量固定的风道；IV类风道指：除去I类风道、II类风道和III类风道外的其它风道；I类风道、II类风道、III类风道和IV类风道分别对应风道集EI、EII、EIII和EIV；按照风量的必测性、灵敏性和可测性，将风道划分为以下五类，分别为：A类风道、B类风道、C类风道、D类风道和E类风道；其中，A类风道指：按照相关矿山安全规定必须监测风量的风道；B类风道指：II类风道风阻变化引起风量敏感变化的风道；C类风道指：风量不可直接测量的风道；D类风道指：与I类风道相连的非I类风道；E类风道指：除去A类风道、B类风道、C类风道和D类风道外的其它风道；A类风道、B类风道、C类风道、D类风道和E类风道分别对应风道集EA、EB、EC、ED和EE；步骤5，在步骤1得到的矿井通风系统网络拓扑结构图G＝(V,E)中，查找出I类风道组成的各个连通片，把每一个连通片简化成一个虚拟节点，也将每一个进回风井口简化成一个井口节点，由此得到简化后的通风系统；简化后的通风系统构成一个新的通风网络G1＝(V1,E1)；其中，V1为新的通风网络的节点集合，E1为新的通风网络的风道集合；步骤6，对于新的通风网络G1＝(V1,E1)中的风道，按照D类风道、C类风道、II类风道、IV类风道、B类风道、III类风道、A类风道和EE-EI类风道的顺序进行排序，并去掉排序在后出现的重复风道，共得到p个风道，按顺序依次记为：风道es1、风道es2…风道esp；由此得到序列S：{S}＝{es1,es2,…,esp}步骤7，对于新的通风网络G1＝(V1,E1)，按照序列{S}中的风道顺序，用加边法求出G1＝(V1,E...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢新明，尹红，
申请(专利权)人：山东蓝光软件有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37