矿井通风系统VentGIS在线监测平台与智能调控关键

1、项目名称矿井通风系统VentGIS在线监测平台及智能调控关键技术及应用二、 申报奖种科技进步奖三、 推荐单位中国矿业大学四、 项目简介矿井通风系统高效、可靠运转是保障井下安全生产先决条件，如何监测及精准控制通风系统是实现上述目标关键。现有技术仍是采用“人工参数观测一根据经验调风控制”方法，时效性差、自动化程度低。本项目以实现通风系统参数自动监测、数据自动采集技术为基础，开展了基于大数据分析矿井通风环境智能监测及控制技术，具体包括：通风系统最优监测技术理论及方法针对巷道风速测不准问题、井下通风参数数据获取需求及监测系统数量有限矛盾问题，提出了通风参数测点最优化布置模型，实现了全风网无盲区监测；研究风表位置及巷道断面特征关系，实现全断面平均风速精确测定；发展全风网分支风阻实时反演，获取分支风阻动态分布信息。引入基于物联网主通风机智能监控技术，完成对主通风机状态参数、通风参数、环境参数综合监测，根据通风系统需风量预测控制主通风机运行频率，解决了矿井主要通风机监测信息不完全，智能化程度不足问题。基于海量监测数据通风系统安全评价及预警技术研究针对通风系统运行安全性判定及状态预测问题，井下通风网络健康指数评价及异常预警方面，提出了基于统计特征函数通风参数跟踪及系统故障预测方法，建立了MonteCarl。随机抽样模型，实现了通风系统可靠性评估预测；建立了矿井通风系统健康指数实时评价模型，量化了35项诊断指标，提高了事故诱因及隐患识别效率；发展了通风异常前兆信息挖掘技术，建立了融合RS-SVM矿井通风系统预警机制。利用傅里叶变换、小波变换等方法进行实时频谱分析，记录振动信号时频域及波形变化特性，实时显示质心振动轨迹，异常状态实时预警；研发了基于振动信号风机故障实时诊断系统，实现了通风机异常状态超前预测预警。(3)矿井通风系统大数据架构及多元信息融合VentGIS平台研发矿井通风系统监测数据规模庞大，维度丰富，具有强周期性等特点，本项目围绕对矿井通风数据动态处理，多元信息融合及系统协同集控平台建设，提出了面向井下通风数据集成管理及深度分析方法，研发了VentGIS软件平台，内嵌了风量参数、通风阻力、风机工况多元在线监测数据，运用风网实时解算技术进行交义验证，实现通风异常预警、态势发展研判、智能调控方案生成、通风异常恢复辅助决策；针对风机运行状态多元参数监测问题，整合监测内容，挖掘关键信息，提出了风机运行状态监测方法,建立了风机运行故障诊断及变频调节模型，研发了风机运行状态监控软件，并嵌入VentGIS平台。（4）矿井通风系统智能化调控关键技术装备研发井下环境严重制约了矿井通风设施远程调控可靠性，人工操作存在时效性差、安全性低问题。本项目围绕矿井通风设施自动化调控关键装备研发，提出了防火抗爆通风设施设计方法，发展了智能化控制装置机器学习和超高容错技术，实现了关键分支用风需求关联分支风阻精确调节以及复杂通风网络结构远程联动可靠控制。研发了掘进工作面局部通风机风量调节控制装置并实现了区域联动控制；提出了主风机变频控制及通风设施智能调节相融合协调集控技术，解决了多风井通风机联合运转安全问题。五、主要完成单位及创新推广贡献1、 中国矿业大学 排名：1项目负责单位，全面负责项目研究工作。主要科技贡献包括：（1） 提出通风系统最优监测技术理论及方法；（2） 提出基于海量监测数据通风系统安全评价及预警技术；（3） 创建了矿井通风系统大数据架构及多元信息融合VentGIS平台研发；（4） 研发了部分矿井通风系统智能化调控关键技术装备。主持了研究成果在多个煤矿中应用和推广工作。2、 新疆工程学院 排名：2主要科技贡献包括：（1） 研发了部分矿井局部通风系统智能化装置。（2） 协助第1完成单位基于海量监测数据通风系统安全评价及预警技术。3、 徐州博联科技有限公司 排名：3主要科技贡献包括：（1） 研发了部分矿井通风系统智能化调控关键技术装备。（2） 协助第1完成单位完成VentGIS平台研发；六、推广应用情况本项目先后在乌鲁木齐104煤矿、河南永城城郊煤矿、大屯煤电公司龙东煤矿，潞安集团常村煤矿等数个煤矿通风工程中进行推广应用，解决了复杂条件下煤矿精准通风问题，保证了煤矿安全生产。七、曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级授奖部门（单位）矿井通风系统在线监测技术及智能控制基础2018年05月绿色矿山科学技术奖量）中关村绿色矿山联盟八、主要知识产权证明目录主要发明专利授权发明专利，中国，一种用于矿井通风阻力测定测点编码方法.授权号：ZL2,授权日期，权利人：中国矿业大学，发明人：魏连江，胡建坤，梁伟，高方舟.专利权有效授权发明专利，中国，一种矿井通风系统动态分阶段安全调节控制方法.授权号：ZL23,授权日期，权利人：中国矿业大学，发明人：陈开岩，周福宝，魏连江，裴晓东，张人伟.专利权有效授权发明专利，中国，基于物联网和云计算矿井通风机智能监控及故障诊断系统.授权号：ZL2.9,授权日期20160511,权利人：中国矿业大学，发明人：华钢，徐永刚，尹洪胜，王永星，黄冬勃，王书芹，蒋超.专利权有效授权发明专利，中国，一种基于802.15.4通信协议WSN渐进式物理拓扑定位方法.授权号:ZL2.X,授权日期2018.4.10,权利人：中国矿业大学，发明人：华钢;黄冬勃；顾博闻；曹佩永；聂政.专利权有效授权发明专利，中国，多跳自组织可休眠路由算法.授权号：ZL2.7,授权日期2017.10.24,权利人：中国矿业大学，发明人：华钢；顾博闻；黄冬勃；王永星；姜代红.专利权有效授权发明专利，中国，一种基于WSN煤矿采空区自然发火火源点定位系统•授权号：ZL2.X,授权日期：2016.2.3,权利人：中国矿业大学，发明人：华钢；蒋超；王永星；顾博闻；王书芹.专利权有效授权发明专利，中国，采空区煤炭自燃无线监测装置及方法.授权号：ZL2.5,授权日期：20130703权利人：中国矿业大学，发明人：蒋曙光，王凯，邵昊，吴征艳，王兰云，张卫清.专利权有效.授权发明专利，中国，一种适用于煤矿井下目标定位方法.授权号：ZL2.9,授权日期：2016.11.30.权利人：中国矿业大学，发明人：华钢，王永星；任荣；徐永刚；王书芹；蒋超；赵颖杰；黄冬勃；郑琪；顾博闻.专利权有效授权发明专利，中国，一种煤矿井下风窗双气缸式自动调控系统及其控制方法，授权号：ZL2.4,授权口期：20180202；权利人：中国矿业大学，发明人：王凯,崔传波，蒋曙光,吴征艳，邵昊，张卫清,裴晓东，朱成璐.专利权有效授权发明专利，中国，一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置及方法，授权号：ZL2.4,授权日期：20180608,权利人：中国矿业大学，发明人：王凯，蒋曙光,周松，吴征艳，邵昊，张卫清.专利权有效发明专利申请，中国，一种集约化矿井通风阻力测算方法，申请号：2.1,申请日期：20170331,权利人：中国矿业大学,发明人：魏连江，周福宝,夏同强，胡建坤.实质审查阶段发明专利申请，中国，矿井通风系统健康指数综合评价方法，申请号：2.4,申请口期：20150915,权利人：中国矿业大学，发明人：魏连江，梁伟，胡建坤，高方舟，李青.实质审查阶段发明专利申请，中国，基于无线Mesh自组网煤矿应急救援指挥系统及方法.申请号：2.7,申请日期：20161108,权利人:中国矿业大学，发明人：王凯,崔传波，蒋曙光,吴征艳，邵昊，张卫清，裴晓东.实质审查阶段发明专利申请，中国，一种煤矿通风参数智能化监测调控装置及其控制方法.申请号：2.1,申请日期：20170628,权利人：中国矿业大学，发明人：王凯，蒋曙光,崔传波，裴晓东,吴征艳，邵昊，张卫清.实质审查阶段主要软件著作权程健维.矿井通风系统辅助设计咨询软件VI.0.授权号（软件著作权）：2015SR03239&中国.徐永刚.感知矿山信息集成交换平台VI.0授权号（软件著作权）：2012SR068716&中国.徐永刚.感知矿山信息联运系统VI.0授权号（软件著作权）：2012SR068629,中国.徐永刚.感知矿山物联网运行维护管理系统VI.0授权号（软件著作权）：2012SR068772,中国.华钢.基于teechartfor.netB/S结构煤矿安全监控数据曲线显示系统VI.0授权号（软件著作权）：2018SR127145,中国.主要科技论文魏连江，汪云甲，方宗武.复杂通风网络简化过程及原理研究[J].中国矿业大学学报，2010,（04）:480-483.Wei,L.,Cheng,J・,Luo,X.ANovelModelforRapidlyCorrectingAirVelocityMeasurementsinSemicircularArchTunneloftheCoalMine,ElectronicJournalofGeotechnicalEngineering,2015,20(2):473-484.Jiang,D・,Hua,G・ResearchonImageEnhancementMethodBasedonAdaptiveImmuneGeneticAlgorithm,JournalofComputationalandTheoreticalNanoscience12(1):119-127Cheng,J・,Liu,J・,Xu,H・,Wu,Y・,Yang,Y・,Deng,H・,Wang,Y・ComprehensiveandIntegratedMineVentilationConsultationModel-CIMVCM・TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,2015,45C:166-180Cheng,J・andYangS・DataMiningApplicationsinEvaluatingMineVentilationSystem.,SafetyScience,2012,50(4):918-922Wang,S・,Hua,G・,He,G・,Xie,C・,ACycleDeepBeliefNetworkModelforMultivariateTimeSeriesClassification,MathematicalProblemsinEngineering,2017,Wei,L.,Zhou,F・,Cheng,J・,Li,X.andLuo,X・ClassificationofStructuralComplexityforMineVentilationNetwork・Complexity,2015,21(1):21-34・KaiWang,ShuguangJiang,ZhengyanWu,HaoShao,WeiqingZhang,,XiaodongPeiIntelligentsafetyadjustmentofbranchairflowvolumeduringventilation-on-demandchangesincoalmines,ProcessSafetyandEnvironmentalProtection,2017(111):491-506・KaiWang,ShuguangJiang,XiaopingMa,WeiqingZhang,LimingHu,ZhengyanWu,HaoShao,XiaodongPei,YuanyuanWang・Abnormalgasemissionincoalminesandamethodforitsdilutionusingventilatorcontro1・JournalofNaturalGasScienceandEngineering,2016(33):355-366KaiWang,ShuguangJiang,XiaopingMa,LimingHu,ZhengyanWu,HaoShao,WeiqingZhang,XiaodongPei,YuanyuanWang・Anautomaticapproachforthecontroloftheairflowvolumeandconcentrationsofhazardousgasesincoalminegalleries・JournalofLossPreventionintheProcessIndustries,2016(43):676-687.KaiWang,ShuguangJiang*,XiaopingMaeta1・Studyofthedestructionofventilationsystemsincoalminesduetogasexplosions・PowderTechnology・2015(286):401一411.九、主要完成人情况表1、 姓名：程健维 排名：1工作单位：中国矿业大学完成单位：中国矿业大学对本项目技术创造性贡献：（1）确定了项目整体研究思路，完成了整体研究方案制定；（2）主要完成了基于海量监测数据通风系统安全评价及预警技术研究；（3）主持开展了现场试验及应用推广。2、 姓名：王凯 排名：2工作单位：中国矿业大学完成单位：中国矿业大学对本项目技术创造性贡献：（1）主要完成矿井通风系统智能化调控关键技术装备研发；（2）协助实施现场试验及应用推广