一礦一面基礎(chǔ)知識(shí)

一礦一面基礎(chǔ)知識(shí)匯報(bào)提綱一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介二、項(xiàng)目主要研究進(jìn)展三、成果推廣前景及效益

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)是我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展的方向1、項(xiàng)目背景規(guī)劃建設(shè)13個(gè)大型億噸級(jí)煤炭基地，已建成神東、晉北和兩淮等神東礦區(qū)十余對(duì)礦井的單面年產(chǎn)量普遍達(dá)到千萬(wàn)噸級(jí)神東一礦（井）一面千萬(wàn)噸級(jí)集約化生產(chǎn)礦井1、項(xiàng)目背景高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但存在重大隱患通風(fēng)系統(tǒng)變化頻繁、參數(shù)波動(dòng)幅度大通風(fēng)設(shè)施數(shù)量少，但結(jié)構(gòu)重要度高智能化調(diào)節(jié)和控制水平低礦井采掘布局與通風(fēng)方式的關(guān)系針對(duì)高效集約化礦井的研究較少通風(fēng)能力的確定缺少動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法2、研究現(xiàn)狀通風(fēng)系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性現(xiàn)有可靠性評(píng)價(jià)難以適用于高度集約化礦井尚缺乏對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)各部件的可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)及等級(jí)劃分未實(shí)現(xiàn)通風(fēng)參數(shù)的實(shí)時(shí)獲取，不支持通風(fēng)系統(tǒng)的在線、實(shí)時(shí)“體檢”及預(yù)警礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)的礦井通風(fēng)優(yōu)化調(diào)節(jié)主要是階段性靜態(tài)優(yōu)化，難以滿足集約化生產(chǎn)礦井采掘速度快、系統(tǒng)變動(dòng)頻繁下的動(dòng)態(tài)優(yōu)化需求對(duì)通風(fēng)監(jiān)測(cè)參數(shù)的利用率低，尚無(wú)法進(jìn)行多元信息的提取與深層知識(shí)的挖掘通風(fēng)控制主要由人工完成，尚未實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)模擬和智能化控制2、研究現(xiàn)狀3、立項(xiàng)目的及意義集約化生產(chǎn)礦井通風(fēng)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)采掘接替下礦井通風(fēng)能力動(dòng)態(tài)核定實(shí)時(shí)獲取通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)反演解算完成對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的日常體檢促進(jìn)礦井通風(fēng)調(diào)節(jié)與控制的智能化從全局上提高一礦一面礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性與抗災(zāi)能力4、主要研究?jī)?nèi)容“一礦（井）一面”合理采掘布局及通風(fēng)方式高度集約生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型與指標(biāo)體系礦井通風(fēng)系統(tǒng)智能控制理論與方法年度主要研究計(jì)劃2012年開(kāi)展調(diào)研工作及案例分析，研究集約生產(chǎn)礦井通風(fēng)方式與采掘布局的關(guān)系，建立礦井通風(fēng)能力動(dòng)態(tài)核定模型。2013年建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支風(fēng)阻反演求解模型和通風(fēng)系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出指標(biāo)計(jì)算模型與方法；提出基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)方法。2014年開(kāi)發(fā)集約生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性實(shí)時(shí)診斷與預(yù)警支持系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)路、通風(fēng)構(gòu)筑物、動(dòng)力設(shè)施進(jìn)行智能預(yù)警和分級(jí)智能優(yōu)化管理，并應(yīng)用于示范礦井。2015年總結(jié)成果，按項(xiàng)目要求完成各項(xiàng)指標(biāo)，征求意見(jiàn)，修改完善，提交報(bào)告。5、研究計(jì)劃二、項(xiàng)目主要研究進(jìn)展研究工作進(jìn)展（一）針對(duì)“一礦一面”礦井采掘接替速度快，通風(fēng)系統(tǒng)變化快的特點(diǎn)，構(gòu)建了礦井采掘工程接替時(shí)間序列模型，提出了通風(fēng)能力動(dòng)態(tài)核定方法，開(kāi)發(fā)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬軟件。礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)自動(dòng)邏輯推理，依據(jù)采掘工程接替方案實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)能力的預(yù)測(cè)與評(píng)估，達(dá)到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支動(dòng)態(tài)增減和數(shù)據(jù)庫(kù)及時(shí)更新，真正實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)”解算。為通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性分析和優(yōu)化調(diào)節(jié)提供了依據(jù)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型(1)獨(dú)頭巷道掘進(jìn)與接替的狀態(tài)模型(2)采煤工作面推進(jìn)與接替狀態(tài)模型a-10-2回采-3注銷停止回采開(kāi)始回采引入-4收尾掘進(jìn)a-10-2掘進(jìn)引入引入新的停止(3)巷道自動(dòng)注銷模型如果某條巷道的存在時(shí)間不滿足給定條件，那么“注銷”這條分支巷道，即從通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支的始末節(jié)點(diǎn)信息表中刪除該注銷分支i對(duì)應(yīng)的元素。(4)用風(fēng)地點(diǎn)需風(fēng)量變化模型在模擬采掘工作面隨機(jī)推進(jìn)的同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)量（推進(jìn)速度）與瓦斯涌出量的關(guān)系，計(jì)算其需風(fēng)量的相應(yīng)變化。(5)采掘推進(jìn)過(guò)程中工作面巷道風(fēng)阻值的變化隨著采掘工程的推進(jìn)，采掘工作面系統(tǒng)的通風(fēng)距離將發(fā)生變化。對(duì)于長(zhǎng)壁回采工作面系統(tǒng)，其進(jìn)回風(fēng)平巷的通風(fēng)長(zhǎng)度逐漸縮短，導(dǎo)致風(fēng)阻減小。研究工作進(jìn)展（一）輸入原始信息通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)模擬（t=t0）模擬開(kāi)始：掘進(jìn)的獨(dú)頭巷道狀態(tài)模擬巷道注銷工作面回采狀態(tài)模擬需風(fēng)量變化礦井通風(fēng)系統(tǒng)自然分風(fēng)模擬N檢查通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)是否合理N礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量按需重新進(jìn)行調(diào)節(jié)模擬j=j+1,YY完成整個(gè)動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程：開(kāi)始完成礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模擬的流程圖研究工作進(jìn)展（一）研究工作進(jìn)展（一）掘進(jìn)巷道模型流程回采工作面模型流程研究工作進(jìn)展（一）礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬軟件算例：模擬某礦采掘接替下礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真，設(shè)定總時(shí)間為360d，計(jì)算步長(zhǎng)為10d，計(jì)算步數(shù)為36步，分別模擬采掘工作面推進(jìn)速度分別為4m/d和7.5m/d和快速推進(jìn)分別為10m/d和15m/d兩種情況做對(duì)比。

研究工作進(jìn)展（一）。輸入：礦井采掘工作面接替布局圖輸出：采煤工作面風(fēng)量隨時(shí)間變化圖

輸出：主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化圖

輸出：主要通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓變化圖

輸出：采煤工作面風(fēng)量隨時(shí)間變化圖

輸出：主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化圖

輸出：主要通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓變化圖

掘進(jìn)速度7.5m/d，回采速度4m/d掘進(jìn)速度15m/d，回采速度10m/d研究工作進(jìn)展（二）通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分配模型針對(duì)“一礦一面”礦井通風(fēng)設(shè)施可靠度需求高的特點(diǎn)，建立可靠性分配的模糊層次分析模型。該方法依據(jù)礦井的自然條件、生產(chǎn)方法及設(shè)計(jì)要求，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的組成單元從總體上調(diào)整權(quán)重關(guān)系合理規(guī)劃出可靠度，并開(kāi)發(fā)了可靠性分配設(shè)計(jì)軟件。通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分配設(shè)計(jì)軟件研究工作進(jìn)展（二）基于“一礦一面”礦井通風(fēng)特點(diǎn)，初步建立了包含25項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)科學(xué)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)健康指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，初步提出了基于三角白化權(quán)函數(shù)的模糊灰色系統(tǒng)二級(jí)綜合評(píng)價(jià)模型。為基于監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)“健康體檢”奠定基礎(chǔ)。通風(fēng)系統(tǒng)健康指數(shù)評(píng)價(jià)模型模擬了不同推進(jìn)速度條件下，工作面風(fēng)量分配的非穩(wěn)定性。結(jié)果表明：工作面推進(jìn)速度越快，工作面風(fēng)量波動(dòng)越劇烈；模擬了不同配風(fēng)量下條件下，工作面風(fēng)流的波動(dòng)特性。結(jié)果表明：隨著配風(fēng)量的增加，工作面風(fēng)流呈現(xiàn)波動(dòng)程度先減小后增大的趨勢(shì)，說(shuō)明集約化生產(chǎn)工作面具有抗波動(dòng)性的最優(yōu)配風(fēng)量。研究工作面推進(jìn)度，工作面初始風(fēng)量對(duì)工作面風(fēng)量波動(dòng)的影響，揭示了:不同工作面推進(jìn)速度、不同配風(fēng)量下條件下工作面風(fēng)流波動(dòng)特性研究工作進(jìn)展（二）最優(yōu)配風(fēng)范圍引入靈敏度理論總結(jié)了失效關(guān)鍵巷道利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算系統(tǒng)可靠性研究通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)定方法：研究工作進(jìn)展（二）針對(duì)靜態(tài)評(píng)價(jià)忽略了系統(tǒng)隨機(jī)、動(dòng)態(tài)特性的問(wèn)題。采用MonteCarlo隨機(jī)模擬方法，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度描述系統(tǒng)的可靠性，其結(jié)果更能真實(shí)反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。研究工作進(jìn)展（二）初步建立傳感器“全覆蓋”要求下的優(yōu)化布置針對(duì)高效集約化礦井，研究獲取通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)健康指數(shù)所需參數(shù)各類傳感器的無(wú)盲區(qū)優(yōu)化布置；將分支和節(jié)點(diǎn)分為可能瓦斯突出、可

能瓦斯涌出、無(wú)瓦斯涌出與突出等幾種類型，根據(jù)相關(guān)算法求得網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)間的最短流經(jīng)時(shí)間，建立有效監(jiān)測(cè)矩陣。

研究工作進(jìn)展（二）初步建立了通風(fēng)系統(tǒng)分級(jí)管理模式綜合前述研究成果，從多種角度（健康指數(shù)權(quán)重影響度，巷道變化對(duì)風(fēng)網(wǎng)波動(dòng)程度、可靠度靈敏度等）初步區(qū)分了通風(fēng)設(shè)施、通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)巷道的重要程度，形成了通風(fēng)系統(tǒng)分級(jí)管理模式，有針對(duì)性的提高系統(tǒng)的安全性。分級(jí)管理模式研究工作進(jìn)展（三）利用礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于Tikhonov正則化參數(shù)的方法，建立了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解算模型，突破了傳統(tǒng)靜態(tài)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的不足，為通風(fēng)系統(tǒng)隱患的在線診斷與智能實(shí)時(shí)控制提供基礎(chǔ)。研究成果文章“基于Tikhonov正則化的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)風(fēng)求阻法”已經(jīng)在EI源期刊《煤炭學(xué)報(bào)》上發(fā)表。建立礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解算模型采用實(shí)時(shí)獲取通風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)阻求解的迭代校正實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)風(fēng)量與解算風(fēng)量的對(duì)比利用OPC技術(shù)實(shí)時(shí)獲取通風(fēng)參數(shù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解算比較研究工作進(jìn)展（三）OPC技術(shù)方便與多種、多廠家監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)縫連接，可以實(shí)時(shí)獲取通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)體檢、實(shí)時(shí)預(yù)警及通風(fēng)系統(tǒng)智能調(diào)控提供研究基礎(chǔ)。研究工作進(jìn)展（三）研究與開(kāi)發(fā)礦井通風(fēng)調(diào)控三維可視化仿真系統(tǒng)，從監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取及處理過(guò)的數(shù)據(jù)可以在三維系統(tǒng)中展示和模擬，為實(shí)現(xiàn)三維可視化智能調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)礦井通風(fēng)三維可視化系統(tǒng)研究工作進(jìn)展（四）針對(duì)大斷面巷道風(fēng)速不均勻程度大、易受繞流影響的問(wèn)題，基于實(shí)測(cè)和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）分析得出了典型巷道斷面風(fēng)速分布場(chǎng)，為風(fēng)速傳感器的最優(yōu)布設(shè)位置的選擇，以及為準(zhǔn)確獲取通風(fēng)參數(shù)奠定基礎(chǔ)。半圓拱巷道斷面等風(fēng)速線分布

半圓拱皮帶巷斷面等風(fēng)速線分布

巷道斷面風(fēng)速分布場(chǎng)基礎(chǔ)測(cè)定研究工作進(jìn)展（四）研制了礦井通風(fēng)管網(wǎng)物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括通風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)、變頻風(fēng)機(jī)、變頻器、傳感器、控制器和監(jiān)控軟件，對(duì)礦井風(fēng)流控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，初步在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)的智能化變頻調(diào)節(jié)。通風(fēng)系統(tǒng)物理模型設(shè)計(jì)圖研究工作進(jìn)展（四）硬件部分：SF4-2型系列軸流式通風(fēng)機(jī)、日普RP3200系列變頻器、管道、靜壓傳感器、速壓傳感器、皮托管、S7-200PLC、EM231等。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)布置圖速壓傳感器PLC與EM231線路連接圖軟件部分：基于VisualBasic軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、上位機(jī)STEP7-MircoWINSP5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。研究工作進(jìn)展（四）軟件初始界面數(shù)據(jù)采集界面已完成的工作：在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)校驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，完成了風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、效率、功率的特性曲線。研究工作進(jìn)展（四）近期研究目標(biāo)（1）建立智能化通風(fēng)調(diào)節(jié)和管理系統(tǒng)，即根據(jù)礦井現(xiàn)場(chǎng)需風(fēng)量的不同，利用變頻器調(diào)節(jié)主要通風(fēng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。（2）使整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)量調(diào)節(jié)與瓦斯涌出量之間形成隨動(dòng)控制。（3）對(duì)于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行研究。在實(shí)踐過(guò)程中或文獻(xiàn)報(bào)告中，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的每條分支，在整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)量調(diào)節(jié)中，具有不同的重要性。（4）通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)際礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中快速、有效地尋找到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵分支，并合理布置傳感器，建立監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，使得礦井中的傳感器數(shù)量最少化，即監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，最終提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（5）通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證整個(gè)實(shí)驗(yàn)的可行性，最終將相應(yīng)的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際礦井中。研究工作進(jìn)展（四）三、成果推廣前景及效益項(xiàng)目推廣前景和預(yù)期效益推廣前景本項(xiàng)目研究成果“礦井通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬軟件”、“礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算軟件”、“礦井通風(fēng)三維仿真軟件”已經(jīng)在山西，內(nèi)蒙、寧夏等地十余對(duì)礦井應(yīng)用。對(duì)指導(dǎo)礦井的風(fēng)量的調(diào)控，通風(fēng)能力的預(yù)測(cè)，通風(fēng)系統(tǒng)改造以及通風(fēng)系統(tǒng)隱患預(yù)警起到重要作用。

預(yù)期效益預(yù)期成果可實(shí)現(xiàn)全礦井通風(fēng)系統(tǒng)智能控制與