矿井风量波动与漂移的溯源分析研究

发布时间：2018-04-08 20:43

  本文选题：通风安全　切入点：风网解算　出处：《西安科技大学》2013年博士论文

【摘要】：井巷风阻是矿井通风网络解算的重要基础数据，精度要求高，现场测取费工费时，直接影响到网络解算技术在现场的应用。风速/风量监测属于矿井安全监控系统的重要监测功能。深入提取风量监测数据中隐含的包括风阻波动变化在内的系统信息，能够形成对矿井通风计算常态化应用的有力支撑，对于提高矿井通风安全管理的精细化水平具有重要的意义。 常规操作的通风网络解算在验证和认定风阻数据时需要基于经验的人为介入，无严格的程序可遵循，，难以准确反映矿井客观实际。有鉴于此，本论文在综合有关风量和风阻分布数据全部信息的基础之上，通过优化平衡实现了风量监测数据的全局性推演，进而以得到验证的全矿风量分配格局为目标和限制条件，获取了各风道风阻数据的数学模型，并设计了风量和风阻计算的两级控制和校验，有效改善了模型的适用性及可靠性，显著降低了对人为介入的要求，并稳定提高了计算数据的客观符合度，能够形成对通风网络解算技术在煤矿现场常态化应用的有力支撑。 在论文研究中，提出了将日常生产条件下的监测风量变化分为风量波动和风量漂移的概念；提出了风量波动属于白噪声平稳序列，而风量漂移属于非平稳序列的论点。在此基础上以泰勒级数展开将风量变化的非线性函数线性化，构建了风量波动与漂移溯源分析的数学模型，以通风网络的灵敏度矩阵为指导，辨识风量变化的致因分支及其风阻变化量，进而获得矿井风量/风阻波动的统计特征及风阻漂移数据。为定量描述属于非线性复杂动态系统的通风系统变化特征迈出了重要的一步，可有效指导矿井通风的隐患辨识与风阻数据维护。 论文研究表明，风量变化溯源分析在整个通风系统内的辨识力存在一定的区域性差异，因而影响辨识精度的均匀性，甚至形成局部的“辨识盲区”而引起溯源分析的多解问题。论文研究因此指出了通风系统内风量监测点布局优化的必要性，提出了基于单风道风阻变化影响分析的布局优化和设置附加判据处理多解辨识的方法，提高了溯源分析对网络系统的适应能力及辨识精度。 本论文研究提出了通风系统数字实验平台的概念，基于随机过程和蒙特卡罗方法的有关理论提供了完整的数字实验设计，并以数字实验验证了风量波动与漂移溯源分析的数学模型。通风数字实验平台能够提供高度接近现场通风实际的模拟场景，适宜于在广泛的研究范围内展开专题论证与方案分析，具有明显的应用前景。
[Abstract]:Air resistance is an important basic data of mine ventilation network calculation, which requires high precision and takes time and time to measure, which directly affects the application of network computing technology in the field.Wind speed / air volume monitoring is an important monitoring function of mine safety monitoring system.The deep extraction of systematic information, including the variation of air resistance fluctuation, from the air volume monitoring data, can form a strong support for the normal application of mine ventilation calculation.It is of great significance to improve the fine level of mine ventilation safety management.The calculation of ventilation network for conventional operation requires human intervention based on experience in the verification and determination of air drag data, and there is no strict procedure to follow, so it is difficult to accurately reflect the objective reality of mine.In view of this, on the basis of synthesizing all the information about air volume and wind resistance distribution data, this paper realizes the global deduction of air volume monitoring data by optimizing the balance.Then, the mathematical model of wind resistance data of each duct is obtained with the verified distribution pattern of total mine air volume as the target and the limiting condition, and the two-stage control and verification of air volume and wind resistance calculation are designed, which effectively improves the applicability and reliability of the model.The requirement of artificial intervention is significantly reduced, and the objective coincidence degree of calculation data is improved stably, which can form a strong support for the application of ventilation network calculation technology in coal mine field normalization.In this paper, the concept of air volume fluctuation and air volume drift is proposed, and the argument that air volume fluctuation belongs to white noise stationary sequence and air volume drift belongs to non-stationary sequence is put forward.On this basis, the nonlinear function of air volume change is linearized by Taylor series expansion, and the mathematical model of traceability analysis of wind volume fluctuation and drift is constructed, which is guided by the sensitivity matrix of ventilation network.The cause branch of air volume change and its wind resistance variation are identified, and the statistical characteristics of mine air volume / air resistance fluctuation and the wind resistance drift data are obtained.It takes an important step to quantitatively describe the variation characteristics of ventilation system which belongs to nonlinear complex dynamic system and can effectively guide the hidden trouble identification and air resistance data maintenance of mine ventilation.The research shows that there is a regional difference in the identification force of traceability analysis of air volume change in the whole ventilation system, which affects the uniformity of identification accuracy, and even forms a local "blind area" for traceability analysis, which leads to the multi-solution problem of traceability analysis.Therefore, the paper points out the necessity of the layout optimization of the air flow monitoring points in the ventilation system, and puts forward the layout optimization based on the influence analysis of the air resistance change of the single air duct and the method of setting additional criteria to deal with the multi-solution identification.The adaptability and identification accuracy of traceability analysis to network system are improved.In this paper, the concept of ventilation system digital experimental platform is proposed, and the complete digital experimental design is provided based on the theory of stochastic process and Monte Carlo method.The mathematical model of traceability analysis of wind volume fluctuation and drift is verified by digital experiment.The ventilation digital experimental platform can provide the simulation scene which is close to the actual situation of field ventilation. It is suitable for the special topic demonstration and scheme analysis in a wide range of research, and has obvious application prospect.
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD722

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本文编号：1723260