一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法技术

本发明专利技术公开关于一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法。该方法基于控制箱接收到传感器实时监测到的风量、瓦斯浓度数据并反馈到上位机中，上位机实时计算工作面向采空区的实际漏风量，由控制箱中设有变论域模糊PID系统的PLC做出相应的伺服电机信号，伺服电机控制风窗面积进行调控风量，上位机根据调控后的漏风量做出进一步指令，直到达到设定的漏风量要求。本方法可以根据需求智能调控工作面向采空区的漏风量，最终有效治理在多风机联合运转干扰下造成的采空区漏风问题，消除漏风带来的隐患，保证矿井安全生产。保证矿井安全生产。保证矿井安全生产。

【技术实现步骤摘要】
一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采
，具体涉及一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法。

技术介绍

[0002]由于原来矿井开采时存在私挖乱采和不规范性等现象，造成资源整合后的矿井采空区相互连通。当相邻矿井开采同一煤层的邻近工作面时，由于其上覆近距离煤层开采已形成大面积的采空区，随着该层工作面的开采和后方顶板的垮落，导致现采空区与上覆煤层采空区连通；同时受多风机负压联合干扰影响，导致相邻矿井采空区之间存在压能差。由于此压能差的存在极易造成工作面风量流向采空区，形成采空区漏风，导致通风系统不稳定、工作面风量不足、采空区遗煤自燃、回风隅角瓦斯容易积聚等现象，给矿井安全生产带来隐患。
[0003]目前治理采空区漏风常采用的方法有：
①
注浆堵漏：浆液注入或者直接喷洒在采空区内，浆液能够渗透到煤和矸石的缝隙中，缩小煤与氧气接触的反应面，降低采空区内的孔隙率，增强碎煤和矸石的胶结性，提供区域内的气密性，从而减少采空区的漏风。
②
高分子材料填充：向回风隅角采空区漏风通道或工作面液压支架后新形成采空区漏风通道注入高分子材料，使其与产生裂隙的煤岩体紧密结合，达到减少漏风效果。
③
挡风墙技术：在进、回风隅角处垒砌墙，中间填砂，有的采用填河沙、黄土等不燃性材料装入编织袋堆砌构筑堵漏风墙，尽量使两个隅角处封严，以减小向采空区漏风。
[0004]上述几种方法对减少工作面向采空区漏风有一定效果，但需随着工作面的推进及时进行施工，耗费大量的人力物力，智能化程度也低，并且对存在大面积的采空区漏风治理效果不明显，再加上矿井负压受气候条件变化影响较大，在不同的时间段会造成井下采空区漏风量不一样，在多风机联合运转干扰下采空区漏风情况就更加复杂，增加了采空区漏风治理难度。因此提供一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法成为必要。

技术实现思路

[0005]当相邻矿井开采同一煤层的邻近工作面时，由于其上覆近距离煤层开采已形成大面积的采空区，随着该层工作面的开采和后方顶板的垮落，导致现采空区与上覆煤层采空区连通；同时受多风机负压联合干扰影响，导致相邻矿井采空区之间存在漏风现象，为解决此问题本专利技术提出一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，减少采空区漏风的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，利用传感器实时监测风量、瓦斯浓度，控制箱接收传感器的监测数据并反馈至上位机，上位机实时计算工作面向采空区的实际漏风量，控制箱中的伺服电机控制风窗面积进行调控风量，上位机根据调控后的漏风量做出进一步指令，直到达到设定的漏风量要求，具体步骤如下：
[0008]步骤1.在采空区漏风区域工作面两侧的进风巷与回风巷安装超声波风速传感器，进风巷安装智能风门
‑
风窗，在智能风门
‑
风窗附近安装配套控制箱；
[0009]步骤2.上位机根据工作面两侧进风巷与回风巷风量实时计算实际漏风量Q
实
，根据工况要求在上位机中设定工作面漏风量Q
设
，上位机实时计算实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e，以及差值变化率e
c
，并将差值e和差值变化率e
c
传输到控制箱中；
[0010]步骤3.将上位机计算所得的实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e和差值变化率e
c
作为输入变量传输给控制箱中的变论域模糊PID调控系统；经过变论域模块得出伸缩因子，伸缩因子对初始比例因子和初始量化因子进行调控；经过模糊调节模块得出PID的三个参数K
I
、K
P
、K
D
；将漏风量差值e、差值变化率e
c
、K
I
、K
P
、K
D
作为PID控制器模块的输入变量，PID控制器模块输出伺服电机的控制信号；
[0011]步骤4.伺服电机根据接收的控制信号调节风门
‑
风窗过风面积，改变进风量，平衡所监测的采空区与周边采空区之间的压差，直到实际漏风量Q
实
低于或者相等设定漏风量Q
设
；若上位机计算得出漏风量未达到所设定的数值，将重新进入步骤3中开始计算，直到实际漏风量低于或等于设定漏风量。
[0012]进一步，控制箱为KXJ127矿用隔爆兼本安型PLC控制箱，在PLC控制箱中设置变论域模糊PID调控系统，控制箱的信号接收端连接用于检测风量的超声波风速传感器、采煤工作面回风隅角甲烷传感器T0和两个采煤工作面回风巷甲烷传感器；控制箱的信号输出端连接伺服电机的控制端；控制箱与上位机、伺服电机信号双向传输。
[0013]进一步，控制箱的变论域模糊PID调控系统包括变论域模块、模糊调节模块和PID控制器模块。
[0014]进一步，超声波风速传感器设置在采空区漏风工作面的进风巷和回风巷，距离工作面切眼60m开始向采空区方向等间距安装一组用于监测所漏风工作面进风巷和回风巷风量的超声波风速传感器，且进风巷和回风巷两侧的超声波风速传感器的数量均不少于3组。
[0015]进一步，步骤2中，上位机实时计算实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e与差值变化率e
c
，计算方法如下：
[0016]步骤2.1设进风巷超声波风速传感器监测的风量为Q
进i
，表示第i个传感器监测的风量，同理回风巷超声波传感器监测的风量为Q
回i
，进风巷风量为其中n表示传感器的数量，同理计算工作面实际漏风量Q
实
＝Q
进
‑
Q
回
；
[0017]步骤2.2实际漏风量与设定漏风量差值e＝Q
实
‑
Q
设
，差值变化率
[0018]进一步，上位机中设定工作面最低需风量，将回风巷风量视为工作面风量，若工作面风量低于工作面最低需风量需重新设定漏风量Q
设
。
[0019]进一步，变论域模糊PID调控系统具体包括以下内容：
[0020]S1，设输入变量差值e与差值变化率e
c
初始论域分别为[
‑
e0，e0]、[
‑
e
c0
，e
c0
]，输出变量ΔK
P
、ΔK
I
、ΔK
D
的初始论域分别为[
‑
K
p0
，K
p0
]、[
‑
K
i0
，K
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：利用传感器实时监测风量、瓦斯浓度，控制箱接收传感器的监测数据并反馈至上位机，上位机实时计算工作面向采空区的实际漏风量，控制箱中的伺服电机控制风窗面积进行调控风量，上位机根据调控后的漏风量做出进一步指令，直到达到设定的漏风量要求，具体步骤如下：步骤1.在采空区漏风区域工作面两侧的进风巷与回风巷安装超声波风速传感器，进风巷安装智能风门
‑
风窗，在智能风门
‑
风窗附近安装配套控制箱；步骤2.上位机根据工作面两侧进风巷与回风巷风量实时计算实际漏风量Q
实
，根据工况要求在上位机中设定工作面漏风量Q
设
，上位机实时计算实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e，以及差值变化率e
c
，并将差值e和差值变化率e
c
传输到控制箱中；步骤3.将上位机计算所得的实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e和差值变化率e
c
作为输入变量传输给控制箱中的变论域模糊PID调控系统；经过变论域模块得出伸缩因子，伸缩因子对初始比例因子和初始量化因子进行调控；经过模糊调节模块得出PID的三个参数K
I
、K
P
、K
D
；将漏风量差值e、差值变化率e
c
、K
I
、K
P
、K
D
作为PID控制器模块的输入变量，PID控制器模块输出伺服电机的控制信号；步骤4.伺服电机根据接收的控制信号调节风门
‑
风窗过风面积，改变进风量，平衡所监测的采空区与周边采空区之间的压差，直到实际漏风量Q
实
低于或者相等设定漏风量Q
设
；若上位机计算得出漏风量未达到所设定的数值，将重新进入步骤3中开始计算，直到实际漏风量低于或等于设定漏风量。2.根据权利要求1所述的多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：所述控制箱为KXJ127矿用隔爆兼本安型PLC控制箱，在PLC控制箱中设置变论域模糊PID调控系统，控制箱的信号接收端连接用于检测风量的超声波风速传感器、采煤工作面回风隅角甲烷传感器T0和两个采煤工作面回风巷甲烷传感器；控制箱的信号输出端连接伺服电机的控制端；控制箱与上位机、伺服电机信号双向传输。3.根据权利要求2所述的多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：所述控制箱的变论域模糊PID调控系统包括变论域模块、模糊调节模块和PID控制器模块。4.根据权利要求1或2所述的多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：所述超声波风速传感器设置在采空区漏风工作面的进风巷和回风巷，距离工作面切眼60m开始向采空区方向等间距安装一组用于监测所漏风工作面进风巷和回风巷风量的超声波风速传感器，且进风巷和回风巷两侧的超声波风速传感器的数量均不少于3组。5.根据权利要求1所述的多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：所述步骤2中，上位机实时计算实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e与差值变化率e
c
，计算方法如下：步骤2.1设进风巷超声波风速传感器监测的风量为Q
进i
，表示第i个传感器监测的风量，同理回风巷超声波传感器监测的风量为Q
回i
，进风巷风量为其中n表示传感器的数量，同理计算工作面实际漏风量Q
实
＝Q
进
‑
Q
回
；
步骤2.2实际漏风量与设定漏风量差值e＝Q
实
‑
Q
设
，差值变化率6.根据权利要求1所述的多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：所述上位机中设定工作面最低需风量，将回风巷风量视为工作面风量，若工作面风量低于工作面最低需风量需重新设定漏风量Q
设
。7.根据权利要求1所述的多风机联合运转干扰下采空区漏风的智能调控方法，其特征在于：变论域模糊PID调控系统具体包括以下内容：S1，设输入变量差值e与差值变化率e
c
初始论域分别为[
‑
e0，e0]、[
‑
e
c0
，e
c0
]，输出变量ΔK
P
、ΔK
I
、ΔK
D
的初始论域分别为[
‑
K
p0
，K
p0
]、[
‑
K
i0
，K
i0
]、[
‑
K
d0
，K
d0
]，并设输入变量差值e与差值变化率e
c
以及输出变量ΔK
P
、ΔK
I
、ΔK
D
的模糊论域均为[
‑
M，M]；S2，将实际漏风量Q
实
与设定工作面漏风量Q
设
的差值e与差值变化率e
c
作为变论域模块的输入变量，采用伸缩因子函数模型得出输入变量差值e的伸缩因子α
e
、差值变化率e
c

【专利技术属性】
技术研发人员：赵涛，李虎虎，李雨成，黄玉玺，杨雪林，张欢，王珺，王连聪，王涛，李龙龙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：