一矿一面基础知识

一矿一面基础知识汇报提纲一、项目简介二、项目主要研究进展三、成果推广前景及效益

一、项目简介高产高效集约化生产是我国煤炭工业发展的方向1、项目背景规划建设13个大型亿吨级煤炭基地，已建成神东、晋北和两淮等神东矿区十余对矿井的单面年产量普遍达到千万吨级神东一矿（井）一面千万吨级集约化生产矿井1、项目背景高产高效集约化生产矿井通风系统简单，但存在重大隐患通风系统变化频繁、参数波动幅度大通风设施数量少，但结构重要度高智能化调节和控制水平低矿井采掘布局与通风方式的关系针对高效集约化矿井的研究较少通风能力的确定缺少动态预测方法2、研究现状通风系统可靠性、稳定性现有可靠性评价难以适用于高度集约化矿井尚缺乏对通风系统各部件的可靠性参数统计及等级划分未实现通风参数的实时获取，不支持通风系统的在线、实时“体检”及预警矿井通风系统优化与调节

传统的矿井通风优化调节主要是阶段性静态优化，难以满足集约化生产矿井采掘速度快、系统变动频繁下的动态优化需求对通风监测参数的利用率低，尚无法进行多元信息的提取与深层知识的挖掘通风控制主要由人工完成，尚未实现通风系统的实时模拟和智能化控制2、研究现状3、立项目的及意义集约化生产矿井通风技术基础实现采掘接替下矿井通风能力动态核定实时获取通风网络参数并进行动态反演解算完成对通风系统的日常体检促进矿井通风调节与控制的智能化从全局上提高一矿一面矿井通风系统的安全性与抗灾能力4、主要研究内容“一矿（井）一面”合理采掘布局及通风方式高度集约生产矿井通风系统可靠性、稳定性评价模型与指标体系矿井通风系统智能控制理论与方法年度主要研究计划2012年开展调研工作及案例分析，研究集约生产矿井通风方式与采掘布局的关系，建立矿井通风能力动态核定模型。2013年建立通风网络分支风阻反演求解模型和通风系统可靠性、稳定性、经济性评价指标体系，提出指标计算模型与方法；提出基于实时数据的评价方法。2014年开发集约生产矿井通风系统可靠性、稳定性、经济性实时诊断与预警支持系统，对风路、通风构筑物、动力设施进行智能预警和分级智能优化管理，并应用于示范矿井。2015年总结成果，按项目要求完成各项指标，征求意见，修改完善，提交报告。5、研究计划二、项目主要研究进展研究工作进展（一）针对“一矿一面”矿井采掘接替速度快，通风系统变化快的特点，构建了矿井采掘工程接替时间序列模型，提出了通风能力动态核定方法，开发了矿井通风系统动态模拟软件。矿井通风系统动态模拟，通过自动逻辑推理，依据采掘工程接替方案实现通风系统通风能力的预测与评估，达到通风网络分支动态增减和数据库及时更新，真正实现“动态”解算。为通风系统的可靠性分析和优化调节提供了依据。矿井通风系统动态仿真模型(1)独头巷道掘进与接替的状态模型(2)采煤工作面推进与接替状态模型a-10-2回采-3注销停止回采开始回采引入-4收尾掘进a-10-2掘进引入引入新的停止(3)巷道自动注销模型如果某条巷道的存在时间不满足给定条件，那么“注销”这条分支巷道，即从通风网络分支的始末节点信息表中删除该注销分支i对应的元素。(4)用风地点需风量变化模型在模拟采掘工作面随机推进的同时，根据产量（推进速度）与瓦斯涌出量的关系，计算其需风量的相应变化。(5)采掘推进过程中工作面巷道风阻值的变化随着采掘工程的推进，采掘工作面系统的通风距离将发生变化。对于长壁回采工作面系统，其进回风平巷的通风长度逐渐缩短，导致风阻减小。研究工作进展（一）输入原始信息通风系统初始状态模拟（t=t0）模拟开始：掘进的独头巷道状态模拟巷道注销工作面回采状态模拟需风量变化矿井通风系统自然分风模拟N检查通风系统参数是否合理N矿井通风系统风量按需重新进行调节模拟j=j+1,YY完成整个动态模拟过程：开始完成矿井通风系统动态仿真模拟的流程图研究工作进展（一）研究工作进展（一）掘进巷道模型流程回采工作面模型流程研究工作进展（一）矿井通风系统动态模拟软件算例：模拟某矿采掘接替下矿井通风系统动态仿真，设定总时间为360d，计算步长为10d，计算步数为36步，分别模拟采掘工作面推进速度分别为4m/d和7.5m/d和快速推进分别为10m/d和15m/d两种情况做对比。

研究工作进展（一）。输入：矿井采掘工作面接替布局图输出：采煤工作面风量随时间变化图

输出：主要通风机风量变化图

输出：主要通风机工作风压变化图

输出：采煤工作面风量随时间变化图

输出：主要通风机风量变化图

输出：主要通风机工作风压变化图

掘进速度7.5m/d，回采速度4m/d掘进速度15m/d，回采速度10m/d研究工作进展（二）通风系统可靠性分配模型针对“一矿一面”矿井通风设施可靠度需求高的特点，建立可靠性分配的模糊层次分析模型。该方法依据矿井的自然条件、生产方法及设计要求，对通风系统的组成单元从总体上调整权重关系合理规划出可靠度，并开发了可靠性分配设计软件。通风系统可靠性分配设计软件研究工作进展（二）基于“一矿一面”矿井通风特点，初步建立了包含25项评价指标科学的矿井通风系统健康指数评价指标体系，初步提出了基于三角白化权函数的模糊灰色系统二级综合评价模型。为基于监测监控系统的矿井通风系统实时“健康体检”奠定基础。通风系统健康指数评价模型模拟了不同推进速度条件下，工作面风量分配的非稳定性。结果表明：工作面推进速度越快，工作面风量波动越剧烈；模拟了不同配风量下条件下，工作面风流的波动特性。结果表明：随着配风量的增加，工作面风流呈现波动程度先减小后增大的趋势，说明集约化生产工作面具有抗波动性的最优配风量。研究工作面推进度，工作面初始风量对工作面风量波动的影响，揭示了:不同工作面推进速度、不同配风量下条件下工作面风流波动特性研究工作进展（二）最优配风范围引入灵敏度理论总结了失效关键巷道利用统计学方法计算系统可靠性研究通风系统动态可靠性评定方法：研究工作进展（二）针对静态评价忽略了系统随机、动态特性的问题。采用MonteCarlo随机模拟方法，从统计学角度描述系统的可靠性，其结果更能真实反映矿井通风系统可靠性。研究工作进展（二）初步建立传感器“全覆盖”要求下的优化布置针对高效集约化矿井，研究获取通风网络健康指数所需参数各类传感器的无盲区优化布置；将分支和节点分为可能瓦斯突出、可

能瓦斯涌出、无瓦斯涌出与突出等几种类型，根据相关算法求得网络中任意两节点间的最短流经时间，建立有效监测矩阵。

研究工作进展（二）初步建立了通风系统分级管理模式综合前述研究成果，从多种角度（健康指数权重影响度，巷道变化对风网波动程度、可靠度灵敏度等）初步区分了通风设施、通风机、通风巷道的重要程度，形成了通风系统分级管理模式，有针对性的提高系统的安全性。分级管理模式研究工作进展（三）利用矿井监测监控系统提供的实时数据，基于Tikhonov正则化参数的方法，建立了矿井通风网络实时动态解算模型，突破了传统静态通风网络解算的不足，为通风系统隐患的在线诊断与智能实时控制提供基础。研究成果文章“基于Tikhonov正则化的矿井通风网络测风求阻法”已经在EI源期刊《煤炭学报》上发表。建立矿井通风网络实时动态解算模型采用实时获取通风量进行风阻求解的迭代校正实现监测风量与解算风量的对比利用OPC技术实时获取通风参数通风网络实时动态解算比较研究工作进展（三）OPC技术方便与多种、多厂家监测监控系统无缝连接，可以实时获取通风系统相关各类监测数据，为通风系统实时体检、实时预警及通风系统智能调控提供研究基础。研究工作进展（三）研究与开发矿井通风调控三维可视化仿真系统，从监测监控系统实时获取及处理过的数据可以在三维系统中展示和模拟，为实现三维可视化智能调节与控制系统奠定基础。开发矿井通风三维可视化系统研究工作进展（四）针对大断面巷道风速不均匀程度大、易受绕流影响的问题，基于实测和计算流体力学（CFD）分析得出了典型巷道断面风速分布场，为风速传感器的最优布设位置的选择，以及为准确获取通风参数奠定基础。半圆拱巷道断面等风速线分布

半圆拱皮带巷断面等风速线分布

巷道断面风速分布场基础测定研究工作进展（四）研制了矿井通风管网物理模拟实验系统建立通风系统的实验室物理模拟实验系统，包括通风管网系统、变频风机、变频器、传感器、控制器和监控软件，对矿井风流控制系统进行监测和验证，初步在实验室实现对矿井主通风机的智能化变频调节。通风系统物理模型设计图研究工作进展（四）硬件部分：SF4-2型系列轴流式通风机、日普RP3200系列变频器、管道、静压传感器、速压传感器、皮托管、S7-200PLC、EM231等。实验系统布置图速压传感器PLC与EM231线路连接图软件部分：基于VisualBasic软件开发平台、上位机STEP7-MircoWINSP5软件进行数据采样。研究工作进展（四）软件初始界面数据采集界面已完成的工作：在实验系统校验的的基础上，完成了风机的风量、风压、效率、功率的特性曲线。研究工作进展（四）近期研究目标（1）建立智能化通风调节和管理系统，即根据矿井现场需风量的不同，利用变频器调节主要通风机，以实现风量的自动调节。（2）使整个通风网络的风量调节与瓦斯涌出量之间形成随动控制。（3）对于通风网络特性进行研究。在实践过程中或文献报告中，通风网络中的每条分支，在整个通风网络风量调节中，具有不同的重要性。（4）通过模拟实验，可以实现在实际矿井通风网络中快速、有效地寻找到关键节点和关键分支，并合理布置传感器，建立监测监控系统，使得矿井中的传感器数量最少化，即监测监控系统经济最优化，最终提高矿井通风系统的稳定性。（5）通过模拟实验，验证整个实验的可行性，最终将相应的软件系统和硬件系统应用到实际矿井中。研究工作进展（四）三、成果推广前景及效益项目推广前景和预期效益推广前景本项目研究成果“矿井通风系统动态模拟软件”、“矿井通风网络实时解算软件”、“矿井通风三维仿真软件”已经在山西，内蒙、宁夏等地十余对矿井应用。对指导矿井的风量的调控，通风能力的预测，通风系统改造以及通风系统隐患预警起到重要作用。

预期效益预期成果可实现全矿井通风系统智能控制与