一种智能矿井通风系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及矿井通风技术领域，具体为一种智能矿井通风系统及其控制方法。

背景技术

矿井通风的目的是将地表新鲜空气输送到井下作业区域，再将生产作业过程中产生的有毒有害污浊空气排出地表，为井下作业地点创造良好的工作环境。其通风效果取决于由通风动力、通风网络和通风构筑物所构成的矿井通风系统是否完善。矿井通风系统是保障矿井通风安全的重要系统，也是一个动态系统，随矿井开采条件和环境条件的变化而变化，需要及时优化调整通风动力的运行工况、通风构筑物的位置、通风网络的结构等，保障矿井通风系统的完善。

传统系统通常使用固定的参数设置，无法根据实时环境变化和需求进行智能调整，这导致通风系统在面对复杂矿井环境时表现不佳，无法实现最佳通风效果，而且传统系统通常需要人工检查和诊断故障，缺乏自动化的故障诊断和预警功能。这使得系统对故障的响应速度较慢，可能导致故障扩大或对矿工安全造成威胁。

因此，本领域发明人员提出一种智能矿井通风系统及其控制方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能矿井通风系统及其控制方法，解决了传统系统无法根据实时环境变化和需求进行智能调整的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种智能矿井通风系统，包括智能通风动态网络解算模块、用风地点需风量实时诊断模块、故障诊断与预警模块、跨平台图形应用模块、环境监测参数预警模块、通风设备状态监测模块、通风态势一张图模块、关键通风路径阻力监测模块、远程集中管控模块、数据协议统一读取模块，所述智能通风动态网络解算模块包括矿井监测感知数据融合单元、动态网络解算单元，所述用风地点需风量实时诊断模块包括用风地点供需风状态监测单元，所述跨平台图形应用模块包括通风系统图编辑单元，所述环境监测参数预警模块包括异常监测预测与预警单元，所述通风态势一张图模块包括通风设备状态监测与实时参数单元、监测数据二维动态展示单元、超限地点动态渲染报警单元，所述关键通风路径阻力监测模块包括关键风路选定单元、通路阻力实时计算与阻力变化监测单元、矿井总阻力计算与阻力坡度图计算单元。

优选的，所述故障诊断与预警模块包括通风网络故障自诊断单元、通风异常实时报警单元、监测点动态预测与三级预警单元、灾变有毒有害气体范围模拟与避灾路线计算单元，所述通风设备状态监测模块包括智能通风设施设备故障诊断单元，所述远程集中管控模块包括局部通风机远程集中管控单元、主要通风机远程集中管控单元、自动风门风窗远程集中管控单元，所述数据协议统一读取模块包括统一数据读取标准程序单元、智能通风所需子系统数据接入单元、通风数据接口开放单元。

优选的，所述矿井监测感知数据融合单元的输出端与动态网络解算单元的输入端相连，所述动态网络解算单元的输出端与用风地点供需风状态监测单元的输入端相连，所述动态网络解算单元的输出端与通风网络故障自诊断单元的输入端相连，所述通风系统图编辑单元的输出端与通风态势一张图模块的输入端相连，所述通风设备状态监测与实时参数单元的输出端与智能通风设施设备故障诊断单元的输入端相连，所述监测数据二维动态展示单元的输出端与超限地点动态渲染报警单元的输入端相连，所述关键风路选定单元的输出端与通路阻力实时计算与阻力变化监测单元的输入端相连。

优选的，所述通风异常实时报警单元的输出端与监测点动态预测与三级预警单元的输入端相连，所述通风异常实时报警单元的输出端与灾变有毒有害气体范围模拟及避灾路线自动计算单元的输入端相连，所述自动风门风窗远程集中管控单元的输出端与局部通风机远程集中管控单元的输入端相连，所述统一数据读取标准程序单元的输出端与智能通风所需子系统数据接入单元的输入端相连。

优选的，所述通风动态网络解算模块用于深度学习优化算法处理监测数据实时解算通风网络的动态状态，所述用风地点需风量实时诊断模块用于监测用风地点的需风量，所述故障诊断与预警模块用于自动检测通风系统中的故障并提供预警，所述跨平台图形应用模块用于提供图形化界面进行编辑和更新通风系统的结构图，所述环境监测参数预警模块用于监测环境参数，所述通风设备状态监测模块用于监测通风设备的状态和参数，所述通风态势一张图模块用于展示通风系统的整体态势，所述关键通风路径阻力监测模块用于监测关键通风路径的阻力情况实时反馈阻力变化情况，所述远程集中管控模块用于对通风设备的远程集中控制，所述数据协议统一读取模块用于统一读取各子系统的数据帮助系统运行和管理。

优选的，矿井监测感知数据融合单元用于收集矿井内多模态传感器的监测数据进行数据融合处理，动态网络解算单元用于实时解算矿井通风网络的动态状态，用风地点供需风状态监测单元用于监测用风地点的供需风状态，通风系统图编辑单元用于编辑和更新通风系统的结构图，监测数据二维动态展示单元用于将监测数据以二维动态形式展示，超限地点动态渲染报警单元用于监测超限地点，关键风路选定单元用于选定关键风路为通风系统提供重要参考信息，通路阻力实时计算与阻力变化监测单元用于实时计算通路阻力监测阻力变化情况。

优选的，通风网络故障自诊断单元用于自动检测通风网络中的故障并提供诊断结果，通风异常实时报警单元用于监测通风系统运行状态实时识别异常情况并发出报警，监测点动态预测与三级预警单元用于对监测数据进行动态预测提前发现潜在问题并进行三级预警，灾变有毒有害气体范围模拟及避灾路线自动计算单元用于模拟有毒有害气体的扩散范围，智能通风设施设备故障诊断单元用于监测通风设备状态识别设备故障并提供诊断信息，自动风门风窗远程集中管控单元用于远程集中控制局部通风机的风门和风窗，统一数据读取标准程序单元用于统一读取各子系统的数据。

一种智能矿井通风系统控制方法，使用上述的一种智能矿井通风系统，包括以下步骤：

步骤一、数据采集与预处理：各传感器监测数据通过监测感知数据融合单元收集，并进行预处理，确保数据准确性；

步骤二、动态网络状态解算：监测感知数据传递给动态网络解算单元，利用深度学习算法优化通风网络状态，提供最佳的通风控制策略；

步骤三、用风地点需风量实时监测：监测用风地点的需风量，通过实时诊断模块反馈给系统，根据需求动态调整通风系统；

步骤四、故障诊断与预警处理：故障诊断与预警模块监测通风系统状态，自动检测故障并提供预警信息，及时处理问题；

步骤五、环境参数实时监测与预警：环境监测参数预警模块实时监测环境参数，如有异常则发出预警，保障矿工安全；

步骤六、通风设备状态监测与维护：监测通风设备状态，及时反馈设备运行情况，发现问题后进行维护，确保设备正常运行；

步骤七、通风态势一张图展示：通风态势一张图模块展示通风系统整体情况，包括设备状态、通风路径等，帮助用户全面了解系统运行状况；

步骤八、关键通风路径阻力监测与调整：监测关键通风路径的阻力情况，实时反馈阻力变化，为系统调整提供参考，确保通风系统高效运行；

步骤九、远程集中管控操作：远程集中管控模块实现对通风设备的远程控制，包括风门、风窗等，帮助远程操作人员实现对系统的远程监控和调整；

步骤十、数据协议统一读取与分析：数据协议统一读取模块负责统一读取各子系统数据，确保数据准确性，为系统提供准确数据支持，帮助系统运行和管理。

本发明提供了一种智能矿井通风系统及其控制方法。具备以下有益效果：

1、本发明通过度学习优化算法处理监测数据，能够实时解算通风网络的动态状态，并根据需求调整通风系统，从而实现智能优化和实时调整。传统系统通常缺乏这种智能化的优化能力，无法灵活应对复杂的矿井环境变化。

2、本发明通过故障诊断与预警模块，能够基于监测数据自动检测通风系统中的故障并提供预警信息，这使得系统能够及时发现问题并采取措施，避免故障对通风系统正常运行造成影响，提高了系统的可靠性和安全性，这是传统系统所不具备的功能。

3、本发明通过跨平台图形应用模块，提供图形化界面用于编辑和更新通风系统的结构图，实现了跨平台应用，这种功能使得用户可以更便捷地操作和管理通风系统，提高了系统的易用性和管理效率，相较于传统系统更加便捷和高效。

附图说明

图1为本发明一种智能矿井通风系统的系统框架图；

图2为本发明一种智能矿井通风系统的智能通风动态网络解算模块框架图；

图3为本发明一种智能矿井通风系统的故障诊断预警模块框架图；

图4为本发明一种智能矿井通风系统的通风态势一张图模块框架图；

图5为本发明一种智能矿井通风系统的关键通风路径阻力监测模块框架图；

图6为本发明一种智能矿井通风系统的远程集中管控模块框架图；

图7为本发明一种智能矿井通风系统的数据协议统一读取模块框架图；

图8为本发明一种智能矿井通风系统控制方法的步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1－图7，本发明实施例提供一种智能矿井通风系统，包括智能通风动态网络解算模块、用风地点需风量实时诊断模块、故障诊断与预警模块、跨平台图形应用模块、环境监测参数预警模块、通风设备状态监测模块、通风态势一张图模块、关键通风路径阻力监测模块、远程集中管控模块、数据协议统一读取模块，智能通风动态网络解算模块包括矿井监测感知数据融合单元、动态网络解算单元，用风地点需风量实时诊断模块包括用风地点供需风状态监测单元，跨平台图形应用模块包括通风系统图编辑单元，环境监测参数预警模块包括异常监测预测与预警单元，通风态势一张图模块包括通风设备状态监测与实时参数单元、监测数据二维动态展示单元、超限地点动态渲染报警单元，关键通风路径阻力监测模块包括关键风路选定单元、通路阻力实时计算与阻力变化监测单元、矿井总阻力计算与阻力坡度图计算单元，本发明提出了整合多传感器、深度学习优化、故障预警、远程控制等模块的智能矿井通风系统，旨在解决传统系统存在的灵活性不足、故障诊断不及时、管理操作不便等问题，实现通风系统的智能化优化、故障自诊断和预警、跨平台图形化管理等功能，从而提高通风系统的效率、可靠性和安全性。

请参阅图1－图7，故障诊断与预警模块包括通风网络故障自诊断单元、通风异常实时报警单元、监测点动态预测与三级预警单元、灾变有毒有害气体范围模拟与避灾路线计算单元，通风设备状态监测模块包括智能通风设施设备故障诊断单元，远程集中管控模块包括局部通风机远程集中管控单元、主要通风机远程集中管控单元、自动风门风窗远程集中管控单元，数据协议统一读取模块包括统一数据读取标准程序单元、智能通风所需子系统数据接入单元、通风数据接口开放单元，该系统通过故障诊断与预警模块实现通风网络的自诊断和实时异常报警，提供动态预测与三级预警功能，同时进行灾变有毒有害气体范围模拟与避灾路线计算，从而保障矿井通风系统的稳定运行和安全性；通风设备状态监测模块则实现对智能通风设备状态的监测和故障诊断，确保通风设备处于良好状态；远程集中管控模块提供了对局部通风机、主要通风机以及自动风门风窗的远程集中管控功能，方便运维人员进行远程监控和调控；数据协议统一读取模块通过统一数据读取标准程序、智能通风所需子系统数据接入和通风数据接口开放，实现了不同子系统数据的统一读取和接入，确保系统数据的一致性和完整性，提高系统的整体效率和管理便利性。

请参阅图1－图7，矿井监测感知数据融合单元的输出端与动态网络解算单元的输入端相连，动态网络解算单元的输出端与用风地点供需风状态监测单元的输入端相连，动态网络解算单元的输出端与通风网络故障自诊断单元的输入端相连，通风系统图编辑单元的输出端与通风态势一张图模块的输入端相连，通风设备状态监测与实时参数单元的输出端与智能通风设施设备故障诊断单元的输入端相连，监测数据二维动态展示单元的输出端与超限地点动态渲染报警单元的输入端相连，关键风路选定单元的输出端与通路阻力实时计算与阻力变化监测单元的输入端相连，上述连接关系描述了智能矿井通风系统中各模块之间的数据流动和信息传递路径，确保系统各功能模块之间的有效协作和信息交互。这种连接关系的作用在于实现系统各功能模块之间的数据传输和信息共享，使得监测数据能够被动态网络解算单元处理并优化通风网络，进而影响用风地点的供需风状态监测、通风网络故障自诊断、通风态势展示、设备状态监测和阻力监测等功能，从而提高系统的整体效率、安全性和可靠性。

请参阅图1－图7，通风异常实时报警单元的输出端与监测点动态预测与三级预警单元的输入端相连，通风异常实时报警单元的输出端与灾变有毒有害气体范围模拟及避灾路线自动计算单元的输入端相连，自动风门风窗远程集中管控单元的输出端与局部通风机远程集中管控单元的输入端相连，统一数据读取标准程序单元的输出端与智能通风所需子系统数据接入单元的输入端相连，上述连接关系描述了智能矿井通风系统中部分模块之间的信息传递和数据交互路径，确保系统内部各功能模块之间的紧密联系和协同工作。这种连接关系的作用在于实现通风异常实时报警与动态预警的有效传递，进而影响灾变有毒有害气体范围模拟和避灾路线计算，同时实现自动风门风窗的远程控制与局部通风机的远程监控，以及统一数据读取标准程序对智能通风所需子系统数据的接入，从而提高系统的安全性、响应速度和管理效率。

请参阅图1－图7，通风动态网络解算模块用于深度学习优化算法处理监测数据实时解算通风网络的动态状态，用风地点需风量实时诊断模块用于监测用风地点的需风量，故障诊断与预警模块用于自动检测通风系统中的故障并提供预警，跨平台图形应用模块用于提供图形化界面进行编辑和更新通风系统的结构图，环境监测参数预警模块用于监测环境参数，通风设备状态监测模块用于监测通风设备的状态和参数，通风态势一张图模块用于展示通风系统的整体态势，关键通风路径阻力监测模块用于监测关键通风路径的阻力情况实时反馈阻力变化情况，远程集中管控模块用于对通风设备的远程集中控制，数据协议统一读取模块用于统一读取各子系统的数据帮助系统运行和管理。

请参阅图1－图7，矿井监测感知数据融合单元用于收集矿井内多模态传感器的监测数据进行数据融合处理，动态网络解算单元用于实时解算矿井通风网络的动态状态，用风地点供需风状态监测单元用于监测用风地点的供需风状态，通风系统图编辑单元用于编辑和更新通风系统的结构图，监测数据二维动态展示单元用于将监测数据以二维动态形式展示，超限地点动态渲染报警单元用于监测超限地点，关键风路选定单元用于选定关键风路为通风系统提供重要参考信息，通路阻力实时计算与阻力变化监测单元用于实时计算通路阻力监测阻力变化情况。

请参阅图1－图7，通风网络故障自诊断单元用于自动检测通风网络中的故障并提供诊断结果，通风异常实时报警单元用于监测通风系统运行状态实时识别异常情况并发出报警，监测点动态预测与三级预警单元用于对监测数据进行动态预测提前发现潜在问题并进行三级预警，灾变有毒有害气体范围模拟及避灾路线自动计算单元用于模拟有毒有害气体的扩散范围，智能通风设施设备故障诊断单元用于监测通风设备状态识别设备故障并提供诊断信息，自动风门风窗远程集中管控单元用于远程集中控制局部通风机的风门和风窗，统一数据读取标准程序单元用于统一读取各子系统的数据。

实施例一：

请参阅图8，一种智能矿井通风系统控制方法，使用实施例一所述的一种智能矿井通风系统，包括以下步骤：

步骤一、数据采集与预处理：各传感器监测数据通过监测感知数据融合单元收集，并进行预处理，确保数据准确性；

步骤二、动态网络状态解算：监测感知数据传递给动态网络解算单元，利用深度学习算法优化通风网络状态，提供最佳的通风控制策略；

步骤三、用风地点需风量实时监测：监测用风地点的需风量，通过实时诊断模块反馈给系统，根据需求动态调整通风系统；

步骤四、故障诊断与预警处理：故障诊断与预警模块监测通风系统状态，自动检测故障并提供预警信息，及时处理问题；

步骤五、环境参数实时监测与预警：环境监测参数预警模块实时监测环境参数，如有异常则发出预警，保障矿工安全；

步骤六、通风设备状态监测与维护：监测通风设备状态，及时反馈设备运行情况，发现问题后进行维护，确保设备正常运行；

步骤七、通风态势一张图展示：通风态势一张图模块展示通风系统整体情况，包括设备状态、通风路径等，帮助用户全面了解系统运行状况；

步骤八、关键通风路径阻力监测与调整：监测关键通风路径的阻力情况，实时反馈阻力变化，为系统调整提供参考，确保通风系统高效运行；

步骤九、远程集中管控操作：远程集中管控模块实现对通风设备的远程控制，包括风门、风窗等，帮助远程操作人员实现对系统的远程监控和调整；

步骤十、数据协议统一读取与分析：数据协议统一读取模块负责统一读取各子系统数据，确保数据准确性，为系统提供准确数据支持，帮助系统运行和管理；

上述智能矿井通风系统控制方法通过数据采集、动态网络状态解算、实时监测与预警处理、设备状态监测与维护、远程管控等步骤，实现了对通风系统的全面监测、优化控制和远程管理，有效提高了通风系统的安全性、可靠性和运行效率，保障矿工工作环境的安全，并为系统运行提供了准确的数据支持和实时决策依据，从而全面提升了智能矿井通风系统的整体性能和管理水平。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。