[发明专利]一种矿井全局精确测风的传感器优化布置方法

摘要

本发明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。

主权项

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；对于其它 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，其中，EE‑EI的含义为：EE减去EI；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。