[发明专利]一种瓦斯传感器的布设方法

说明书

本发明公开了一种瓦斯传感器的布设方法，包括以下步骤，瓦斯传感器布设模型的建立：矿井通风有向图G，矿井通风网络图变为一个有向图G＝(V，E)，其中，V＝V₁+V₂，V₁代表通风网络图中的巷道交汇节点集，V₂代表依据相关技术规范必须安装瓦斯传感器的位置虚节点集，E＝(e₁，e₂，…，e_n)代表与V关联的巷道分支集，n为巷道交汇点与虚节点的和，本发明验证了混合GA‑DBPSO算法在求解瓦斯传感器布设模型方面的可行性和有效性。

技术领域

本发明涉及瓦斯传感器的布设技术领域，尤其涉及一种瓦斯传感器的布设方法。

背景技术

一、瓦斯传感器布设问题特性分析

据调查，一些后果严重的瓦斯爆炸事故是由于局部瓦斯超限事故超出了矿井安装的全部瓦斯传感器的监测范围，而未得到及时报警导致的。因此，为实现利用最少瓦斯传感器达到全矿井瓦斯浓度的全面监测和准确预警的效果，需要对瓦斯传感器布设进行优化改进。利用最少数量的瓦斯传感器实现全矿井的瓦斯浓度监测的瓦斯传感器布设优化问题可具体描述为：在多个可供选择的瓦斯传感器布设方案中，找到一个合适的瓦斯传感器布设方案，使得所有有瓦斯超限可能的巷道均能够被安装的瓦斯传感器监测到。依据上述布设目标可知，瓦斯传感器布设问题可归属为设施选址领域中的位置集合覆盖问题。

矿井通风网络图直观地反映了井下各个巷道之间的拓扑关系，借助图论理论将矿井通风网络图变为一个有向图G＝(V，E)，其中，V代表通风网络图中的巷道交汇点集(节点集)，E代表与V关联的巷道分支集。此时，瓦斯传感器位置集合覆盖问题就转化为在有向图中的节点上选择一定数量的备选节点布设瓦斯传感器的问题，利用图论理论中邻接矩阵分析节点和节点之间是否具有连通关系，最终找到能够覆盖整个通风网络的节点集合，即为瓦斯传感器的最优布设方案。在瓦斯传感器布设时应考虑相关技术规范和标准的规定，但这些规定安装瓦斯传感器的位置并不是通风网络图中的真实节点，因此，对于瓦斯传感器布设位置在转化为有向图的节点时可做如下处理：将规定安装瓦斯传感器的位置抽象为虚节点增加到矿井的有向图中。这样就可以将瓦斯传感器布设位置问题完全转化为有向图中节点之间相互关系的问题。

二、瓦斯传感器布设相关定义及假设

利用图论理论能够将矿井瓦斯传感器布设问题转化为有向图中的节点位置集合覆盖问题，有向图中节点位置集合覆盖问题可以转化为0-1整数规划问题，并定义如下概念作为构建瓦斯传感器布设模型的基础：

(1)最短风流时间：矿井通风系统有向图中风流流经相邻节点和所需要的最短时间。

(2)节点监测时间矩阵：所有相邻节点之间的最短风流时间组成的n阶矩阵，n为节点总数。

(3)瓦斯传感器最短报警时间：最短报警时间等于瓦斯异常涌出后运移到瓦斯传感器位置并达到报警浓度的时间与传感器响应时间之和。节点上的瓦斯传感器监测到节点的瓦斯的具体允许时间，当节点能在这个允许时间内做出响应，说明节点上的瓦斯传感器能够监测到节点的瓦斯浓度变化，并能实现瓦斯超限的准确预警。

(4)节点有效监测矩阵：在给定一个瓦斯传感器最短报警时间的情况下，反映各节点是否能够监测到自身相邻节点的瓦斯变化情况的0-1矩阵。

(5)覆盖范围集合：能够被节点处的瓦斯传感器监测到瓦斯超限的所有节点集合，若某一集合的覆盖范围是整个通风网络，那么该集合中的各节点覆盖范围集合的并集就包含整个通风网络的所有节点。