矿井主要通风机最佳工况自动调节方法和装置

技术领域

本申请涉及矿井通风技术领域，尤其涉及矿井主要通风机最佳工况自动调节方法和装置。

背景技术

煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿，当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿，当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿，煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域，煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间。

矿井开拓对采煤矿井的生产建设的全局有重大而深远的影响，它不仅关系矿井的基建工程量，初期投资和建井速度，更重要的是将长期决定矿井的生产条件、技术经济指标，矿井开拓即从地面向地下开掘一系列井巷，通至采区，矿井开拓需要解决的主要问题是：正确划分井田，选择合理的开拓方式，确定矿井的生产能力，按标高划分开采水平，选择适当的通风方式，进行采区部署以及决定采区开采的顺序等。

矿井通风是指将新鲜空气输入矿井下，增加氧气浓度，以稀释并排除矿井中有毒、有害气体和粉尘，矿井通风的基本任务是：供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要；冲淡井下有害气体和粉尘，保证安全生产；调节井下气候，创造良好的工作环境，井下必须进行通风，不通风就不能保证安全和维持生产，故矿井通风是矿井生产环节中最基本的一环，它在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。

而现有矿井通风系统智能化程度低，不能对通风装置进行精细调整，从而有针对性地对矿井巷道开采段进行通风调节，整体通风方式耗能较大，增加了生产开采成本。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种矿井主要通风机最佳工况自动调节方法，解决了现有矿井通风方法智能化程度低，不能对通风装置进行精细调整的技术问题，有效保证了矿井地下作业的通风需求。

本申请的第二个目的在于提出一种矿井主要通风机最佳工况自动调节装置。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种矿井主要通风机最佳工况自动调节方法，包括：获取主通风机的实时监测数据；对实时监测数据进行求解得到实时矿井通风阻力特性曲线函数；根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，其中，所有监测数据包括实时监测数据和历史监测数据；构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，将目标风机性能特性曲线所对应的风叶角度与频率作为通风机的最佳工况调控目标。采用上述方案的本申请有效保证了矿井地下作业的通风需求。

本申请实施例的矿井主要通风机最佳工况自动调节方法应用于矿井通风系统风量的调控与管理中，通过建立的通风机最佳工况区域智能调控决策模型以实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数为输入数据，能够随时优化矿井通风系统分析与决策模型，使得矿井通风系统能应对各种巷道通风情况并及时作出调控，实现矿井通风系统智能化风量调控。

可选地，在本申请的一个实施例中，实时监测数据包括回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压、矿井通风阻力、矿井风量，获取主通风机实时监测数据，包括：

获取矿井自然风压，其中，矿井自然风压由布置在主通风机上的通风参数传感器监测得到；

根据矿井自然风压、结合矿井自然风压近似计算模型计算得到回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压；

根据矿井通风阻力理论计算模型和矿井风量计算模型计算生成矿井通风阻力、矿井风量。

可选地，在本申请的一个实施例中，矿井自然风压表示为：

其中，Δh表示矿井深度，ρ表示风流密度，T

所述矿井通风阻力表示为：

h＝|P

其中，P

所述矿井风量表示为：

其中，S表示巷道断面积，P

可选地，在本申请的一个实施例中，根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，包括：

实测主通风机性能特性曲线，建立以风量、叶片角度、频率为自变量的主通风机特性曲线，其中，主通风机特性曲线包括风量-叶片角度-频率-风压曲线、风量-叶片角度-频率-效率曲线、风量-叶片角度-频率-功率曲线；

根据所有主通风机特性曲线建立主通风机性能特性曲线数据库。

可选地，在本申请的一个实施例中，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，包括：

通过函数相交工况点预测法，对实时矿井通风阻力特性曲线函数和主通风机性能特性曲线数据库中风量-叶片角度-频率-风压曲线函数进行联立求解，得到联立求解结果；

将矿井动态需风量数据作为决策初选条件，对联立求解结果进行选择，解算获得若干个满足矿井动态需风量要求的风量-频率-风压曲线；

定量对比每条风量-频率-风压曲线所对应的风量-叶片角度-频率-效率曲线，计算各条风量-叶片角度-频率-效率曲线的节能效果，决策出效率最高的风机性能特性曲线作为目标风机性能特性曲线。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种矿井主要通风机最佳工况自动调节装置，包括数据获取模块、求解模块、数据库建立模块、目标生成模块，其中，

数据获取模块，用于获取主通风机的实时监测数据；

求解模块，用于对实时监测数据进行求解得到实时矿井通风阻力特性曲线函数；

数据库建立模块，用于根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，其中，所有监测数据包括实时监测数据和历史监测数据；

目标生成模块，用于构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，将目标风机性能特性曲线所对应的风叶角度与频率作为通风机的最佳工况调控目标。

可选地，在本申请的一个实施例中，实时监测数据包括回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压、矿井通风阻力、矿井风量，获取主通风机实时监测数据，包括：

获取矿井自然风压，其中，矿井自然风压由布置在主通风机上的通风参数传感器监测得到；

根据矿井自然风压、结合矿井自然风压近似计算模型计算得到回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压；

根据矿井通风阻力理论计算模型和矿井风量计算模型计算生成矿井通风阻力、矿井风量。

可选地，在本申请的一个实施例中，矿井自然风压表示为：

其中，Δh表示矿井深度，ρ表示风流密度，T

所述矿井通风阻力表示为：

h＝|P

其中，P

所述矿井风量表示为：

其中，S表示巷道断面积，P

可选地，在本申请的一个实施例中，根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，包括：

实测主通风机性能特性曲线，建立以风量、叶片角度、频率为自变量的主通风机特性曲线，其中，主通风机特性曲线包括风量-叶片角度-频率-风压曲线、风量-叶片角度-频率-效率曲线、风量-叶片角度-频率-功率曲线；

根据所有主通风机特性曲线建立主通风机性能特性曲线数据库。

可选地，在本申请的一个实施例中，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，包括：

通过函数相交工况点预测法，对实时矿井通风阻力特性曲线函数和主通风机性能特性曲线数据库中风量-叶片角度-频率-风压曲线函数进行联立求解，得到联立求解结果；

将矿井动态需风量数据作为决策初选条件，对联立求解结果进行选择，解算获得若干个满足矿井动态需风量要求的风量-频率-风压曲线；

定量对比每条风量-频率-风压曲线所对应的风量-叶片角度-频率-效率曲线，计算各条风量-叶片角度-频率-效率曲线的节能效果，决策出效率最高的风机性能特性曲线作为目标风机性能特性曲线。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例一所提供的一种矿井主要通风机最佳工况自动调节方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的矿井通风系统通风机风量调节方法示例图；

图3为本申请实施例的矿井自然风压、矿井通风阻力监测位置布置示意图。

图4为本申请实施例提供的一种矿井主要通风机最佳工况自动调节装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的矿井主要通风机最佳工况自动调节方法和装置。

图1为本申请实施例一所提供的一种矿井主要通风机最佳工况自动调节方法的流程示意图。

如图1所示，该矿井主要通风机最佳工况自动调节方法包括以下步骤：

步骤101，获取主通风机的实时监测数据；

步骤102，对实时监测数据进行求解得到实时矿井通风阻力特性曲线函数；

步骤103，根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，其中，所有监测数据包括实时监测数据和历史监测数据；

步骤104，构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，将目标风机性能特性曲线所对应的风叶角度与频率作为通风机的最佳工况调控目标。

本申请实施例的矿井主要通风机最佳工况自动调节方法应用于矿井通风系统风量的调控与管理中，通过建立的通风机最佳工况区域智能调控决策模型以实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数为输入数据，能够随时优化矿井通风系统分析与决策模型，使得矿井通风系统能应对各种巷道通风情况并及时作出调控，实现矿井通风系统智能化风量调控。

可选地，在本申请的一个实施例中，实时监测数据包括回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压、矿井通风阻力、矿井风量，获取主通风机实时监测数据，包括：

获取矿井自然风压，其中，矿井自然风压由布置在主通风机上的通风参数传感器监测得到；

根据矿井自然风压、结合矿井自然风压近似计算模型计算得到回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压；

根据矿井通风阻力理论计算模型和矿井风量计算模型计算生成矿井通风阻力、矿井风量。

可选地，在本申请的一个实施例中，矿井自然风压表示为：

其中，Δh表示矿井深度，ρ表示风流密度，T

矿井通风阻力表示为：

h＝|P

其中，P

矿井风量表示为：

其中，S表示巷道断面积，P

可选地，在本申请的一个实施例中，根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，包括：

实测主通风机性能特性曲线，建立以风量、叶片角度、频率为自变量的主通风机特性曲线，其中，主通风机特性曲线包括风量-叶片角度-频率-风压曲线、风量-叶片角度-频率-效率曲线、风量-叶片角度-频率-功率曲线；

根据所有主通风机特性曲线建立主通风机性能特性曲线数据库。

可选地，在本申请的一个实施例中，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，包括：

通过函数相交工况点预测法，对实时矿井通风阻力特性曲线函数和主通风机性能特性曲线数据库中风量-叶片角度-频率-风压曲线函数进行联立求解，得到联立求解结果；

将矿井动态需风量数据作为决策初选条件，对联立求解结果进行选择，解算获得若干个满足矿井动态需风量要求的风量-频率-风压曲线；

定量对比每条风量-频率-风压曲线所对应的风量-叶片角度-频率-效率曲线，计算各条风量-叶片角度-频率-效率曲线的节能效果，决策出效率最高的风机性能特性曲线作为目标风机性能特性曲线。

下面结合图2所示的矿井通风系统通风机风量调节方法示例图介绍本申请的另一实施例。

如图2所示，本实施例包括：

(1)矿井通风阻力特性曲线在线测算方法

通过部署如图3所示的通风参数传感器，实时监测进风井口、进风井底、回风井底、回风井风硐内风流温度、风流湿度、气压，结合矿井自然风压近似计算模型，见下式，实时监测矿井自然风压。

在此基础上，在线监测回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压，结合矿井通风阻力理论计算模型和矿井风量计算模型，见下列两式，实时监测矿井通风阻力和矿井风量。

h＝|P

式中：T—风流温度，K；ρ—风流密度，kg/m3；

基于矿井自然风压、矿井通风阻力、矿井风量的实时监测数据，实时更新求解以矿井风量为自变量的矿井通风阻力特性曲线函数。实时更新求解所得的矿井通风阻力特性曲线函数为主通风机最佳工况区域智能调控决策模型的输入数据。

(2)主通风机性能特性曲线数据库建立

实测主通风机性能特性曲线，建立以风量、叶片角度、频率为自变量的主通风机特性曲线，具体包括风量-叶片角度-频率-风压曲线、风量-叶片角度-频率-效率曲线、风量-叶片角度-频率-功率曲线，建立主通风机性能特性曲线数据库，该数据库为主通风机最佳工况区域智能调控决策模型提供基础数据。

(3)主通风机最佳工况区域调控快速决策算法原理与实现流程

构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，将实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数、矿井自然风压作为已知条件，结合实时更新的风机性能特性曲线数据库，通过函数相交工况点预测法，对实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数函数和主通风机性能特性曲线数据库中风量-频率-风压曲线函数进行联立求解；将矿井动态需风量数据作为决策初选条件，对联立求解结果进行选择，解算获得多种满足矿井动态需风量要求的风量-频率-风压曲线；在此基础上，定量对比每条风量-叶片角度-频率-风压曲线所对应的风量-叶片角度-频率-效率曲线，计算分析各条风量-叶片角度-频率-效率曲线的节能效果，决策出效率最高的风机性能特性曲线，该风机性能特性曲线所对应的风叶角度与频率即为主通风机的最佳工况调控目标。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种矿井主要通风机最佳工况自动调节装置。

图4为本申请实施例提供的一种矿井主要通风机最佳工况自动调节装置的结构示意图。

如图4所示，该矿井主要通风机最佳工况自动调节装置包括数据获取模块、求解模块、数据库建立模块、目标生成模块，其中，

数据获取模块，用于获取主通风机的实时监测数据；

求解模块，用于对实时监测数据进行求解得到实时矿井通风阻力特性曲线函数；

数据库建立模块，用于根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，其中，所有监测数据包括实时监测数据和历史监测数据；

目标生成模块，用于构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，将目标风机性能特性曲线所对应的风叶角度与频率作为通风机的最佳工况调控目标。

可选地，在本申请的一个实施例中，实时监测数据包括回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压、矿井通风阻力、矿井风量，获取主通风机实时监测数据，包括：

获取矿井自然风压，其中，矿井自然风压由布置在主通风机上的通风参数传感器监测得到；

根据矿井自然风压、结合矿井自然风压近似计算模型计算得到回风井风硐内外全压差、风硐内风流动压；

根据矿井通风阻力理论计算模型和矿井风量计算模型计算生成矿井通风阻力、矿井风量。

可选地，在本申请的一个实施例中，矿井自然风压表示为：

其中，Δh表示矿井深度，ρ表示风流密度，T

矿井通风阻力表示为：

h＝|P

其中，P

矿井风量表示为：

其中，S表示巷道断面积，P

可选地，在本申请的一个实施例中，根据所有监测数据建立主通风机性能特性曲线数据库，包括：

实测主通风机性能特性曲线，建立以风量、叶片角度、频率为自变量的主通风机特性曲线，其中，主通风机特性曲线包括风量-叶片角度-频率-风压曲线、风量-叶片角度-频率-效率曲线、风量-叶片角度-频率-功率曲线；

根据所有主通风机特性曲线建立主通风机性能特性曲线数据库。

可选地，在本申请的一个实施例中，将实时矿井通风阻力特性曲线函数、主通风机性能特性曲线数据库作为决策模型输入数据，输出目标风机性能特性曲线，包括：

通过函数相交工况点预测法，对实时矿井通风阻力特性曲线函数和主通风机性能特性曲线数据库中风量-叶片角度-频率-风压曲线函数进行联立求解，得到联立求解结果；

将矿井动态需风量数据作为决策初选条件，对联立求解结果进行选择，解算获得若干个满足矿井动态需风量要求的风量-频率-风压曲线；

定量对比每条风量-频率-风压曲线所对应的风量-叶片角度-频率-效率曲线，计算各条风量-叶片角度-频率-效率曲线的节能效果，决策出效率最高的风机性能特性曲线作为目标风机性能特性曲线。

需要说明的是，前述对矿井主要通风机最佳工况自动调节方法实施例的解释说明也适用于该实施例的矿井主要通风机最佳工况自动调节装置，此处不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”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申请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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。