一种基于数据分析的矿井通风影响预测系统

技术领域

本发明涉及矿井通风预测技术领域，具体为一种基于数据分析的矿井通风影响预测系统。

背景技术

矿井通风的主要目的是供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要；冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全的生产环境；调节井下气候，创造良好的工作环境，因此是影响安全生产的重要因素，常用的矿井通风网络的设计步骤是根据已知的巷道布局、自然通风特性、凭借现有设计或依据经验调整通风设施的选型、布置等的初步设计，再求解该通风系统及其中各条分支风道和风机的风量和阻力及压力等参数，最后通过对初步设计方案进行局部的调整使所有通风参量都符合要求，即完成了矿井通风设计。

现有的矿井通风预测系统仍存在不足之处，现有的矿井通风系统在计算时，往往只计算初始状态下的通风效果，然而在使用中，随着设备老化、通风口被尘絮堵塞等情况的出现，会对矿井通风设备的风压、风量等参数造成影响，从而影响通风效果，导致矿井通风不足的情况出现。

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明中，根据该实际的通风效果变化幅度分析出风压和风量各自的通风影响系数，再根据分析出的通风影响系数对未来的风量差值或风压差值进行预测，使得该系统能够自动适应不同的矿井巷道布局、自然通风特性等具有不同的通风影响系数矿区工况，同时能够对风量或风压的通风影响系数作出修正，使得矿井通风影响预测系统的预测能力会随着使用时间的增长不断变得更为精确，通过预测的风量差值和风压差值及时的对未来可能出现的风量不足或风压不足的情况作出不同级别的提醒，从而提醒管理员能够在风量不足或风压不足的情况出现之前对设备进行维护检修，同时预警提醒单元还能够对实时的风量或风压差值进行检测，当出现风量或风压不足时，立刻提醒管理员，防止出现安全事故，提高了系统使用的安全性，解决现有矿井通风预测系统中难以对矿井通风设备的后续使用进行持续的预测预警，导致随着设备使用时间增加矿井下出现通风不足的问题，而提出一种基于数据分析的矿井通风影响预测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于数据分析的矿井通风影响预测系统，其特征在于，包括服务平台、矿井数据采集单元、通风影响预测单元、通风影响复核单元、预警调控单元，所述矿井数据采集单元用于采集矿井外的灰尘密度等级、矿井通风口的进风口处的风力参数、矿井通风口的出风口处的风力参数，其中风力参数包括风量和风压，并通过矿井通风口进风口和出风口处的风力参数差值计算出矿井通风口处的风压增压数值、风量损失数值，所述矿井数据采集单元将上述数据发送至服务平台；

所述通风影响预测单元能够通过服务平台获取到矿井数据采集单元发送的数据，并对该数据进行分析，获取不同时间下的风压差值、风量差值和矿井外的灰尘密度等级，并通过公式分析获取某一灰尘密度等级的作用时间对风压差值和风量差值的影响，从而预测在该灰尘密度等级继续作用下矿井通风效果的预计变化幅度，并将矿井通风效果的预计变化幅度发送至服务平台；

所述通风影响复核单元能够通过服务平台获取到矿井通风效果的预计变化幅度以及达到该变化幅度所需的时间，并在时间跨度到达预计时间后，通过矿井数据采集单元获取到实际的矿井通风口进风口与矿井通风口出风口处的风压差值和风量差值，并将其与通风影响预测单元所预测的风压差值和风量差值进行对比，通过对比结果判断通风影响预测单元所预测的矿井通风效果的预计变化幅度是否准确；

所述预警调控单元能够从服务平台获取到矿井通风效果的预计变化幅度以及到达该变化幅度所需的时间，并根据矿井通风效果的预计变化幅度生成对应的通风危险信号、通风提醒信号、通风正常信号，所述预警调控单元还能够从服务平台获取到矿井通风口进风口和出风口处的风力参数差值，并对风力差值进行对比，根据风力差值数据生成相应的加压信号或正常信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述通风影响预测单元对数据进行分析的过程如下：

获取起始时间点的风压差值F0、风量差值M0以及灰尘密度等级R0，在灰尘密度等级R0发生变化时，将每次变化后的灰尘密度等级逐个记为R1、R2…，在经过一段时间T后，再次获取风压差值T1、风量差值M1，并计算该段时间T内的平均灰尘密度等级R，R＝(R1+R2…+Rn)/n，并更根据公式计算矿井通风效果的变化幅度，矿井通风效果的变化幅度包括风压变化幅度F和风量变化幅度M，

作为本发明的一种优选实施方式，所述通风影响复核单元在获取到未来矿井通风效果预计变化幅度Mj后，进行计时，在经过时间t后，从矿井数据采集单元获取到该时间点的风压差值Ft和风量差值Mt，并将风压差值Ft和风压差值Fj、风量差值Mt和风量差值Mj进行对比；

若风压差值Ft和风压差值Fj的差值＜预设的预测阈值，则生成风压预测准确信号，若风压差值Ft和风压差值Fj的差值≥预设的预测阈值，则生成风压预测误差信号，并将风压预测误差信号发送至服务平台；

若风量差值Mt和风量差值Mj的差值＜预设的预测阈值，则生成风量预测准确信号，若风量差值Mt和风量差值Mj的差值≥预设的预测阈值，则生成风量预测误差信号，并将风量预测误差信号发送至服务平台；

所述服务平台收到风压预测误差信号或风量预测误差信号以及灰尘密度等级Ri后，将风压预测误差信号或风量预测误差信号以及灰尘密度等级Ri发送至管理员设备，管理员设备收到风压预测误差信号或风量预测误差信号以及灰尘密度等级Ri后，若时间t内的平均灰尘密度等级与预测所用的Ri相同，则根据实际情况对系数K或q进行调整，若时间t内的平均灰尘密度等级与预测所用的Ri不同，则该次误差有灰尘密度等级不同所引起，则忽略该次风压预测误差信号或风量预测误差信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预警调控单元获取到矿井通风效果预计变化幅度后，对矿井通风效果预计变化幅度中的风压差值Fj和风量差值Mj，并将风压差值Fj和风量差值Mj与各自的风压阈值或风量阈值进行对比，若风压差值Fj＞预设的风压阈值，则生成风压正常信号，若风压差值Fj≤预设的风压阈值，则生成风压不足信号，若风量差值Mj＜预设的风量阈值，则生成风量正常信号，若风量差值Mj≥预设的风量阈值，则生成风量不足信号；

所述预警调控单元同时生成风压不足信号和风量不足信号时，生成通风危险信号；

所述预警调控单元仅生成风压不足信号或风量不足信号中的任意一个时，生成通风提醒信号；

所述预警调控单元未生成风压不足信号和风量不足信号时，生成通风正常信号，所述预警调控单元将通风危险信号、通风提醒信号或通风正常信号发送至服务平台，所述服务平台将上述信号发送至管理员设备，提醒管理员及时进行检修维护。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预警调控单元从服务平台实时获取当前到风压差值和风量差值，并将其与各自的风压阈值或风量阈值进行对比，若风压差值≤风压阈值，则标记为风压危险，若风量差值≥风量阈值，则标记为风量危险，当预警调控单元识别到风压危险或风量危险中的任意一个或两个时，则生成加压信号，并将加压信号同时发送至矿井通风设备和管理员设备，其中矿井通风设备收到加压信号后提高通风设备的电压，以短时间增大风量和风压，管理员设备收到加压信号后，及时对工作人员作出提醒并对通风设备进行维护检修，当预警调控单元未识别到风压危险或风量危险时，生成正常信号，不作出反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过一段时间内矿井通风效果的实际变化计算出灰尘密度等级对矿井通风效果变化幅度的影响，并根据该实际的通风效果变化幅度分析出风压和风量各自的通风影响系数，再根据分析出的通风影响系数对未来的风量差值或风压差值进行预测，使得对于不同的矿井巷道布局、自然通风特性等具有不同的通风影响系数，使得该系统能够自动适应不同的矿区工况，保证了预测的准确性。

2、本发明中，通过将预测的风压差值或风量差值与实际采集到的风压差值或风量差值进行对比，从而对风量或风压的通风影响系数作出修正，使得矿井通风影响预测系统的预测能力会随着使用时间的增长不断变得更为精确，实现了预测能力的学习进化，提高预测精度。

3、本发明中，通过与预测的风量差值和风压差值及时的对未来可能出现的风量不足或风压不足的情况作出不同级别的提醒，从而提醒管理员能够在风量不足或风压不足的情况出现之前对设备进行维护检修，防止工作状态下出现风压或风量不足的情况，防止影响工作效率，同时预警提醒单元还能够对实时的风量或风压差值进行检测，当出现风量或风压不足时，立刻提醒管理员，防止出现安全事故，提高了系统使用的安全性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1所示，一种基于数据分析的矿井通风影响预测系统，其特征在于，包括服务平台、矿井数据采集单元、通风影响预测单元、通风影响复核单元、预警调控单元，矿井数据采集单元用于采集矿井外的灰尘密度等级、矿井通风口的进风口处的风力参数、矿井通风口的出风口处的风力参数，其中风力参数包括风量和风压，并通过矿井通风口进风口和出风口处的风力参数差值计算出矿井通风口处的风压增压数值、风量损失数值，矿井数据采集单元将上述数据发送至服务平台；

通风影响预测单元能够通过服务平台获取到矿井数据采集单元发送的数据，并对该数据进行分析，通风影响预测单元对数据进行分析的过程如下：

获取起始时间点的风压差值F0、风量差值M0以及灰尘密度等级R0，在灰尘密度等级R0发生变化时，将每次变化后的灰尘密度等级逐个记为R1、R2…，在经过一段时间T后，再次获取风压差值T1、风量差值M1，并计算该段时间T内的平均灰尘密度等级R，R＝(R1+R2…+Rn)/n，并更根据公式计算矿井通风效果的变化幅度，矿井通风效果的变化幅度包括风压变化幅度F和风量变化幅度M，

通风影响复核单元能够通过服务平台获取到矿井通风效果的预计变化幅度以及达到该变化幅度所需的时间，并在时间跨度到达预计时间后，通过矿井数据采集单元获取到实际的矿井通风口进风口与矿井通风口出风口处的风压差值和风量差值，并将其与通风影响预测单元所预测的风压差值和风量差值进行对比，通过对比结果判断通风影响预测单元所预测的矿井通风效果的预计变化幅度是否准确，通风影响复核单元具体复核过程如下，通风影响复核单元在获取到未来矿井通风效果预计变化幅度Mj后，进行计时，在经过时间t后，从矿井数据采集单元获取到该时间点的风压差值Ft和风量差值Mt，并将风压差值Ft和风压差值Fj、风量差值Mt和风量差值Mj进行对比；

若风压差值Ft和风压差值Fj的差值＜预设的预测阈值，则生成风压预测准确信号，若风压差值Ft和风压差值Fj的差值≥预设的预测阈值，则生成风压预测误差信号，并将风压预测误差信号发送至服务平台；

若风量差值Mt和风量差值Mj的差值＜预设的预测阈值，则生成风量预测准确信号，若风量差值Mt和风量差值Mj的差值≥预设的预测阈值，则生成风量预测误差信号，并将风量预测误差信号发送至服务平台；

服务平台收到风压预测误差信号或风量预测误差信号以及灰尘密度等级Ri后，将风压预测误差信号或风量预测误差信号以及灰尘密度等级Ri发送至管理员设备，管理员设备收到风压预测误差信号或风量预测误差信号以及灰尘密度等级Ri后，若时间t内的平均灰尘密度等级与预测所用的Ri相同，则根据实际情况对系数K或q进行调整，若时间t内的平均灰尘密度等级与预测所用的Ri不同，则该次误差有灰尘密度等级不同所引起，则忽略该次风压预测误差信号或风量预测误差信号。

实施例二：

请参阅图1所示，预警调控单元能够从服务平台获取到矿井通风效果的预计变化幅度以及到达该变化幅度所需的时间，并根据矿井通风效果的预计变化幅度生成对应的通风危险信号、通风提醒信号、通风正常信号，其中预警调控单元获取到矿井通风效果预计变化幅度后，对矿井通风效果预计变化幅度中的风压差值Fj和风量差值Mj，并将风压差值Fj和风量差值Mj与各自的风压阈值或风量阈值进行对比，若风压差值Fj＞预设的风压阈值，则生成风压正常信号，若风压差值Fj≤预设的风压阈值，则生成风压不足信号，若风量差值Mj＜预设的风量阈值，则生成风量正常信号，若风量差值Mj≥预设的风量阈值，则生成风量不足信号；

预警调控单元同时生成风压不足信号和风量不足信号时，生成通风危险信号；

预警调控单元仅生成风压不足信号或风量不足信号中的任意一个时，生成通风提醒信号；

预警调控单元未生成风压不足信号和风量不足信号时，生成通风正常信号，预警调控单元将通风危险信号、通风提醒信号或通风正常信号发送至服务平台，服务平台将上述信号发送至管理员设备，提醒管理员及时进行检修维护

预警调控单元还能够从服务平台获取到矿井通风口进风口和出风口处的风力参数差值，并对风力差值进行对比，根据风力差值数据生成相应的加压信号或正常信号，具体过程为预警调控单元从服务平台实时获取当前到风压差值和风量差值，并将其与各自的风压阈值或风量阈值进行对比，若风压差值≤风压阈值，则标记为风压危险，若风量差值≥风量阈值，则标记为风量危险，当预警调控单元识别到风压危险或风量危险中的任意一个或两个时，则生成加压信号，并将加压信号同时发送至矿井通风设备和管理员设备，其中矿井通风设备收到加压信号后提高通风设备的电压，以短时间增大风量和风压，管理员设备收到加压信号后，及时对工作人员作出提醒并对通风设备进行维护检修，当预警调控单元未识别到风压危险或风量危险时，生成正常信号，不作出反应

本发明中，根据该实际的通风效果变化幅度分析出风压和风量各自的通风影响系数，再根据分析出的通风影响系数对未来的风量差值或风压差值进行预测，使得该系统能够自动适应不同的矿井巷道布局、自然通风特性等具有不同的通风影响系数矿区工况，同时能够对风量或风压的通风影响系数作出修正，使得矿井通风影响预测系统的预测能力会随着使用时间的增长不断变得更为精确，通过预测的风量差值和风压差值及时的对未来可能出现的风量不足或风压不足的情况作出不同级别的提醒，从而提醒管理员能够在风量不足或风压不足的情况出现之前对设备进行维护检修，同时预警提醒单元还能够对实时的风量或风压差值进行检测，当出现风量或风压不足时，立刻提醒管理员，防止出现安全事故，提高了系统使用的安全性。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。