基于风速测量的矿井通风系统故障源诊断技术研究

Coal mine safety monitoring systems have been installed in the major, medium, small-scale mines of our country. However, the real application of the monitoring system is essential to stay on the measurement of a single data, in particular, is dominated by methane. According to the gas propagation law, the location of gas gauge is easier to be determined using methane monitoring value. Fault source of ventilation system is determined through the gauge value of air velocity is a difficult problem and is still blank. The fault of ventilation system can be attributed to a change in drag of branch. The drag change of any branch in mine ventilation system may cause air volume changes in itself and other related branches because of topological relations. If air velocity of a tunnel is limit alarm in monitoring system, and can not determine the fault of air velocity sensor where is in the tunnel, that is not determined the fault source. Project has studied the fault sources of diagnosis of the ventilation system from this perspective. First of all branches of the network range, the fault roadway range library is established by the research the relationship of branch between drag and air volume, to determine collection of related roadway that may affect the air velocity anomalies for each roadway, and the size of the possibility is sort. To make the diagnosis can include all branches, the minimum number and location of air velocity transducers is the key issues of research projects.

我国各大、中小型矿井都陆续安装了煤矿安全监控系统。然而，真正对监控系统的应用基本停留在单一数据的测量上，尤其以甲烷为主。根据瓦斯传播规律，通过甲烷监测值判断瓦斯超限位置较易，而通过风速超限值判断通风系统的故障源是一个困难的问题且目前研究尚属空白。通风系统的故障都可以归结为分支的风阻发生了变化。由于拓扑关系矿井通风网络中任一分支风阻的变化都可能引起自身以及其它相关分支风量变化，因此监控系统中如果有一条巷道风速超限报警，并不能判定是风速传感器所在巷道发生故障，即不能确定故障源。项目从这一角度，对通风系统的故障源诊断进行了研究。首先以网络中的全部分支为范围，通过研究分支风阻-风量之间的关系建立"故障巷道范围库"，确定可能影响每条巷道风速异常的相关巷道的集合，然后对故障巷道集合进一步缩小，并对可能性大小进行排序。为了诊断能够包含到所有分支，风速传感器布置的最小数量及位置问题也是项目研究的重点问题。

监测监控系统已经在我国各大煤矿普及，然而，真正对监控系统的应用基本停留在单一数据的测量上，尤其以甲烷为主。风速传感器所在位置并不代表井下风速故障源位置。通风系统的风速故障都可以归结为分支的风阻发生了变化。由于井下拓扑关系复杂，矿井通风网络中任一分支风阻的变化都可能引起自身以及其他相关分支风速变化，如果监控系统中有一条巷道风速超限报警，并不能判定是风速传感器所在巷道发生故障，即不能确定故障源。所以研究一套用于监测监控系统风速预警时的故障源位置及原因诊断的方法和技术，使之应用于井下安全生产实践中，对保障井下安全生产具有极其重要的意义。. 项目从这一角度，对矿井通风系统的风速故障源诊断进行了研究。主要研究内容包括：（1）风速超限故障源诊断问题；（2）风速传感器布置的最小数量及位置问题；（3）风速传感器的监测结果处理问题；（4）建立风阻-风量关系的算法研究。 . 研究的主要结果包括：（1）提出了构建反映分支风量变化与相关分支风阻之间关系的通风网络故障巷道范围库的三种方法，用以确定可能引起巷道风速超限的故障巷道范围。（2）在确定故障巷道范围后，提出了故障首要优先级巷道和故障优先级排序的缩小故障巷道范围的方法。（3）建立了矿井监控预警诊断专家系统，通过建立矿井通风系统故障树设计面向故障树的基于框架与规则的混合知识表示方法，利用框架中诊断规则的推理确定故障传播关系，找到故障源。（4）提出了风速传感器布置的方法——最少全覆盖布点法，用最少数量的传感器监测到了井下整个通风网络的所有分支，得到了角联结构风速传感器的布置方法，并提出了有效监测时间，有效监测范围和一氧化碳传感器优化布置方法。（5）提出了一元线性回归分析法和积分法推导风速传感器测量值和巷道平均风速的关系。. 对具体矿井进行了工业试验，验证了矿井通风系统故障源诊断系统技术及方法的可行性。