快掘面风流动态调控参数与压抽比对粉尘运移的影响及降尘分析

随着矿山快掘设备的逐渐引进,快掘面粉尘污染问题愈加严重。为有效减少快掘面生产过程中的粉尘污染,设计出风流动态调控降尘净化系统,通过调节风流的状态并设计了不同工况下的风流调控方案,以降低司机处粉尘浓度与粉尘的扩散距离。以陕西某矿快掘面为例,建立了风流—粉尘耦合场有限元模型,并对模型进行了井下验证;分析了风流动态调控降尘净化系统中出风口偏角、出风口缩放口径、出风口距端头距离及风量压抽比4个参数对风流与粉尘场的影响规律;设计正交试验分析了各参数与司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离之间的关联性,确定了最佳调控净化方案。结果表明:各参数对司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离影响程度的显著性排序由大到小依次为风量压抽比、出风口偏角、出风口距端头距离、出风口缩放口径。确定的最佳调控净化方案为出风口距离端头10 m、出风口偏角20°、出风口缩放口径1.0 m及风量压抽比1。设计搭建试验平台进行了准确性及净化效果测试验证,模拟值与试验值的平均误差小于8.91%,净化后司机处粉尘浓度由327.22 mg/m^(3)降低至156.47 mg/m^(3),降低了52.18%,粉尘扩散距离由39.74 m缩短至25.91 m,缩短了34.80%,有效改善了快掘面的空气环境。

基于PCA-BP神经网络的巷道通风摩擦阻力系数预测模型

根据实测巷道通风摩擦阻力系数数据的特点,建立了主成分分析PCA-BP神经网络预测模型。采用PCA法对影响巷道通风摩擦阻力系数的支护类型、断面形状、巷道宽、巷道高、支护部分周边长、巷道断面积和巷道长度7个因素进行降维。将降维后因素的贡献率进行排序筛选,得到3个主成分指标(F_(1)、F_(2)和F_(3)),作为BP神经网络输入层的神经元。利用实测数据对PCA-BP神经网络模型进行训练和测试,并将测试结果与支持向量机回归(SVM)模型和BP神经网络模型的测试结果进行对比,结果显示:全因素的BP神经网络预测模型和SVM预测模型的平均精度分别为92.9420%、93.0235%,而PCA-BP预测模型的平均精度达到了96.4325%。PCA-BP神经网络模型不但简化了网络结构,更提高了网络的泛化能力,使预测误差更小、精度更高,为更准确地获得巷道通风摩擦阻力系数提供了一种有效的方法。

矿井通风参数缺失数据插补方法

矿井智能通风系统对矿山智能化建设至关重要。为解决矿井通风参数在实际测量时,因为巷道不具备测试条件、仪器信号受到干扰、巷道断面风速不均一、人工操作不当等制约性因素,造成的矿井通风参数数据缺失问题,提出了1种基于随机森林−链式方程多重插补法的矿井通风参数缺失数据插补方法。采用链式方程多重插补法,通过迭代对每个缺失的属性值产生n个插补值,从而产生n个完整数据集,对n个完整数据集进行分析优化得到1个最终的完整数据集。为了提高缺失值插补精度,合理考虑了矿井通风参数缺失数据的不确定性对分析过程的影响,在随机森林的预测任务中,结合预测均值匹配模型对缺失数据进行插补。以潞新二矿为实验对象,利用智能矿井通风仿真系统IMVS对潞新二矿矿井通风参数原始数据集进行数据预处理,得到完整、准确的矿井通风参数完整数据集,对完整数据集分别进行了不同缺失属性、不同数据缺失率、不同迭代次数的对比试验。以多种模型评价指标对模型有效性进行评估。结果表明:基于随机森林的链式方程多重插补模型插补形成的完整数据集与原始数据集具有很好的相似性;对不同缺失列进行插补实验的结果显示插补模型可以轻松处理混合类型的数据,自主学习参数之间的相关性从而降低了插补复杂性;迭代后形成的n个数据集通过分析合并成一个最终数据集,提高了插补准确率;对初始插补后的完整数据集进行不同迭代次数的试验,发现迭代超过一定次数后,数据相关性一定会收敛。

基于最优独立通路的通风网络调节位置优化

独立通路在通风网络中具有重要的作用,寻找一种能够快速搜索复杂网络独立通路的算法具有重要意义。采用通路法进行网络调节可以优化通风网络的调节效果。传统的通路搜索算法搜索的通路一般较长,无法处理特殊网络的搜索问题且无法同时保证通路的独立性和完备性。为了解决传统通路搜索算法存在的问题,系统研究了独立通路搜索的关键技术,在分析传统通路搜索算法局限性的基础上,提出了1种改进的独立通路搜索算法。该算法处理了网络中的割边、割点问题,避免了算法陷入死循环或异常中断;结合BFS法改进了通路搜索的性能,便于控制通路中关键分支的搜索;分析独立通路完备性搜索失败的原因,并通过记忆搜索策略解决了含有单向回路的通路搜索问题。利用改进的独立通路搜索算法,提出了1种自适应通路调节法,该方法可以获得1棵具有最优调节位置的最佳通路调节树,从而得到一组最优增阻调节解。

深井自然风压数值模拟及计算模型研究

对处于基建期的鑫汇金矿自然风压进行现场测试,获取夏季及冬季自然风压数值。采用fluent软件进行建模,用现场测得的自然风压数据验证模型的可靠性。在此基础上,通过正交模拟实验探究入风温度、热源热量、地温梯度、相对湿度对深井自然风压的影响。极差分析结果表明,各因素对深井自然风压的影响程度为:冬季入风温度>热源热量>地温梯度>相对湿度;夏季热源热量>入风温度>地温梯度>相对湿度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,并结合现场实测数据,建立了鑫汇金矿深井自然风压计算模型,为鑫汇金矿深部矿区通风系统的设计和风机选型提供了理论依据。

风障设置角度对上隅角低氧气体赋存规律的影响

风障角度的变化会对上隅角低氧气体的赋存状态产生重要影响。研究以山西某矿100510工作面为工程背景,利用Ansys Fluent软件构建工作面气体运移模型,对不同风障角度条件下上隅角低氧气体的赋存状态进行模拟,并通过现场实测数据进行验证。研究结果表明:设置风障能提高上隅角区域的风速,有利于解决上隅角低氧问题;在开切眼内距回风巷道5 m位置,风障的最佳角度为60°时,上隅角低氧问题的治理效果最好。研究成果有助于井下作业过程中解决上隅角低氧问题,确保安全生产。

矿井智能通风发展趋势

针对传统矿井通风技术智能化方面存在的不足,采用文献调研的方法,通过分析现有研究,从系统通风、局部通风、矿井智能通风理念、生产时期智能通风、灾变时期智能通风5个方面进行梳理与总结,探讨矿井智能通风系统的发展进程与技术趋势。研究结果表明:矿井智能通风的基础理论尚不完善,基于监测数据的实时仿真和按需调节技术仍需进一步研究,灾变时期的智能决策与控制将成为未来的重点研究方向。研究结论为矿井智能通风的理论发展和应用提供参考。

我国金属矿山采—装—运过程中粉尘职业危害防控技术进展与展望

在高温、噪声、粉尘、有毒有害气体等金属矿山主要的职业病危害因素中,由粉尘引起的尘肺病在职业病病例中占比最大,为不断推进粉尘职业健康防护研究,保障金属矿山人员、生产与环境安全,概述了金属矿山尘源与扩散理论以及粉尘职业健康职业防护研究现状,基于安全工程系统性原理,分别从源头治理、过程控制以及个体防护3个维度分析了我国金属矿山采—装—运过程中粉尘职业危害防控技术进展。在此基础上,剖析了目前存在的不足,并展望了未来发展方向。认为现阶段存在的不足在于金属矿山粉尘控制理论体系尚未成熟,金属矿山粉尘智能化监测预警技术研究有待加强,不同粉尘治理技术交叉性、协同性研究与应用较薄弱,以及以现场人员舒适性为导向的个体呼吸防护设备研发需要进一步加强,未来可从完善金属矿山粉尘控制理论体系,开发适用于金属矿山产尘特性的智能化防尘监测预警技术,注重粉尘治理技术的交叉性、协同性研究与应用,以及研发更符合人体工程学的个体防护设备等方面进一步开展工作。

基于SSA−LSTM的风速异常波动检测方法

针对传统统计方法对风门开闭导致传感器监测数据异常波动的漏报率和误报率高的问题,通过挖掘风速传感器中时间序列数据中的数据特征,提出了一种基于奇异谱分析法(SSA)与长短期记忆神经网络(LSTM)组合的SSA−LSTM风速异常波动检测方法。首先利用SSA对风速传感器监测数据进行预处理,将风速数据分解为趋势分量、周期分量和噪声分量,通过重组趋势分量和噪声分量去除因湍流脉动产生的数据噪声;然后对LSTM进行参数优化,利用优化后的LSTM模型对预处理数据进行预测并得到重构风速;最后以对数概率密度函数计算监测风速与重构风速的异常分数,通过计算训练集数据样本的异常分数设定阈值对监测风速进行异常检测。试验结果表明:SSA去除因湍流脉动产生的数据噪声效果较好,在不影响数据波动情况下去除噪声分量,有助于提高风速重构效果和异常检测准确率;LSTM在无异常波动时能正确重构因湍流脉动导致的小幅波且与实际数据拟合效果较好,在有异常波动时根据历史波动趋势对异常波动段进行重构,可有效提高异常检测的准确率。通过对比分析,所提方法比ARIMA、BP、CNN模型的重构效果更好,异常检测准确率为99.2%,F1-Score为0.97,验证了所提方法的可靠性。表明本文所提方法在检测因风门开闭导致的风速异常波动上具有一定的应用价值。

综掘面风流调控下的瓦斯与粉尘浓度双目标预测模型研究

针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风口距端头5 m和10 m工况下的应用测试,结果表明:模型误差率最大9.85%,最小0.27%。瓦斯浓度最高降低了45%,粉尘浓度最高降低了40%,有效预防了瓦斯和粉尘浓度的积聚问题。

基于S7-1200 PLC的矿井通风机智能监控系统设计

在智能化矿井建设的背景下,通风系统逐步向自动化、智能化、绿色化的方向发展。通过对轿子山矿井的现场试验,围绕调度层、传输层和终端设备,设计了通风机智能监控系统的硬件与软件架构,硬件设计包含PLC选型、变频器选型、监控单元;软件设计包含流程图、程序说明、上位机组态。该系统具有多模式运行、智能风量调节、视频监控、故障报警等功能,对矿井通风过程进行监控,有效提升了矿井通风系统的自动化与智能化水平,增强了系统的安全性、可靠性及运行效率,为智能化矿井建设贡献了新的技术力量。

基于Ventsim的王家塔煤矿通风系统优化研究

针对王家塔煤矿存在的多煤层、多盘区、供风线路长和通风阻力分布不协调等特点,尤其是随着4^(#)煤开拓和3^(#)煤3盘区的准备,通风系统的不合理性更加凸显。在获取可靠通风基础参数的基础上,利用Ventsim建立王家塔煤矿全矿井三维可视化模型并完成仿真模拟,按照调风操作可行、简单、可靠的原则,提出优化调整方案并模拟分析了调风效果。调风实践表明,优化后的通风系统稳定性增强,通风总阻力降低,阻力分布趋于合理,既实现了企业通风的节能降耗和成本开支,又全面提升了矿井的通风管理水平及决策能力,对矿井通风管理有较好的指导作用。

深部通风三维仿真模拟研究

随着矿井开采深度的不断增加,井下深部高温热害问题严重,由于深部的恶劣条件导致相关现场研究十分困难,利用通风三维仿真模拟技术进行深部通风系统分析是合理可靠的科学选择。应用Ventsim通风仿真模拟软件对河西金矿通风系统进行三维仿真模拟和系统能量损失分布模拟、河西金矿深部通风系统总需风量的相关计算,在模拟结果与理论计算的基础上,对模拟风量结果与临界需风量结果进行对比分析。为相似条件的深部矿井通风系统的模拟分析研究和降本节能增效提供了案例借鉴和数据参考。

基于太阳能吸附制冷的载/蓄冷充填降温系统性能分析

含冰粒的载/蓄冷充填降温是解决深井热害问题的有效方式,但其制冰能耗大、系统运行费用较高。为此,研发了基于太阳能吸附制冷的矿井载/蓄冷充填降温系统(Mine Cold Load/Storage Backfill Cooling System Based on Solar Adsorption Refrigeration),该系统由地面太阳能集热子系统、吸附制冷子系统和地下输冰子系统组成。通过建立子系统的数学模型和地面系统的TRNSYS模型,分别分析甲醇解吸量、吸附制冷量和吸附制冰量在不同太阳能辐射强度、不同季节和不同地区影响下的变化规律,进而得出太阳辐射强度和太阳辐射连续性是造成制冰量差异的主要原因。选取太阳辐射强度和太阳连续性较优的淮南、南宁两区域进行系统制冰能效分析,与传统蒸汽压缩式制冷系统相比,该系统的吸附制冷子系统平均节能效率达到64.71%。研究结果反映出,太阳能吸附制冷与载/蓄冷充填降温相结合的新型矿井降温系统的研发,对于高效解决矿井热害问题有所裨益。

地下矿通风系统风流稳定性分析新方法

利用通风系统节点风流平衡关系和回路阻力平衡关系，分析了风网中各分支间基于空气动力学特征的制约关系，提出了某分支风阻、阻力发生变化时，其它分支的风量对此变化作出反应的分析模型，并随之提出了抑制分支风量变化的控制模型，给出了度量反应敏感性强弱的方法。研究发现，对于一个确定的通风网络，当分支风阻或阻力改变时，各分支风量变化对其它巷道风阻或阻力变化的敏感指数曲线是确定的曲线；当通过改变一些分支风阻值来抵消另一些分支风量变化时，各分支风阻变化对其它分支风阻变化的敏感指数曲线是确定的直线。预先计算出这些敏感指数曲线，并绘制成曲线图谱，对于监测和预测风流稳定性具有重要价值。

高温独头巷道压抽混合式通风参数对人工制冷降温效果的影响

为了改善独头掘进巷道高温环境,以大红山铜矿西矿段-20m中段北沿脉西侧高温独头掘进巷道为研究对象,利用Fluent进行数值模拟,开展了风筒高度、抽出式风筒滞后压入式风筒距离及抽压比对独头巷道人工制冷降温效果的影响研究。结果表明:压入式风筒高度对降温效果影响明显,最佳高度为1.0m;抽出式风筒与压入式风筒高度持平时,降温效果最好,最佳高度为1.0m;抽出式风筒滞后压入式风筒距离过大不利于降温,最佳距离为5.0m;抽压比过小或过大均不能使掘进巷道形成良好的风流循环,降温效果较差,最佳抽压比为2.0。研究成果可为高温矿井通风辅助人工制冷降温参数选取提供指导。

高温掘进巷道中双压风筒布设位置及降温效果研究

为解决高温掘进巷道中冷却方法和冷却成本问题,量化分析双压风筒布置方式对巷道中人工作业区的通风降温效果,利用Fluent软件对不同通风布置模型进行数值模拟。首先,提出双压风筒通风降温思路,并分别建立3种风筒布置巷道的三维几何模型;其次,在送风速度v=8 m/s,送风温度T=293.15 K且相同环境模拟参数的条件下,对不同布置方式的降温效果进行对比研究;最后,分析得出布置2模型的温度场分布及降温效果最好,并总结其在不同送风温度时的降温规律,确定经济适用的通风降温方案。研究表明:风筒布设位置是决定巷道温度分布的关键因素,双压风筒的间距影响风流流向的对称性,而风筒位置高度影响温度均匀分布的距离;当送风速度v=8 m/s时,布置2通风降温效果明显且满足矿井通风需求标准,送风温度T=298.15 K时能为矿山生产最大限度节约经济成本。

深部矿井新型局部制冷设备设计及应用

随着我国矿井开采深度日益增加,井下高温热害成为制约煤矿开采的主要因素。作为集中式制冷的补充方式,局部制冷可有效消除井下高温热害。文章针对平煤十矿高温掘进面的高温热害问题,重点研究了由闭式乏风冷却塔、多级串联直膨组合柜、大压比防爆半封闭螺杆压缩机等装备组成的制冷装备,介绍了该装备的设计方案以及工程实际应用效果。结果表明:闭式乏风冷却塔方案可提升矿井综合能效水平;新型矿井局部制冷系统可适用于高压比矿井工况,运行冷凝温度最高至80℃;直膨组合柜采用多级串联降温冷却,实现掘进面温降10℃,相对湿度下降30%。

矿山多级机站通风系统风机优化选型方法

为了确定多级机站风机的最优不平衡风压分配方式,提出了一种以通风风机功率最小、最佳匹配风机风量和最佳匹配风机风压为目标的多级机站风机优选多目标优化模型,可用于确定各装机点所需的优选风机型号及风机安装角度。该模型既获得了近似满足风量要求的优选方案,也避免了非线性模型求解不收敛的问题,并在大规模多级机站通风系统中表现出高效的求解能力。此外,提出的多风机优选方法通过数学模型构建各级机站之间的相互约束关系,在风机工况范围内约束各装机点的不平衡风压,以解决各级机站风机风压合理分配的问题,避免因风机风压分配不合理导致风机选型失败。实例验证结果表明本研究的多级机站通风系统风机选型方案是可靠的。

基于混合整数规划的风流两步骤调控优化方法

实现按需通风是当前矿井智能通风系统推进建设过程的核心技术问题。为解决矿井通风网络优化调控非线性模型求解困难的问题,在改进两步骤通风优化方法的基础上,提出了一种基于混合整数规划的风流两步骤调控优化数学模型。该模型以通风能耗最小、调节点个数最少和调节点位置最佳等为目标,是一种多目标线性规划模型,其求解结果更加符合矿山实际调控需求。改进的两步骤通风优化方法具有以下优点:通过引入混合整数规划方法,该模型可以对调节方案的调节点个数和调节方式进行约束;通过引入分支调节级数,该模型可以根据井下实际情况对调节方案的位置进行约束,从而提高了通风网络优化调节方案的灵活性;此外,通过多次求解风量分配对应调控方案的方式,该模型既可以得到近似满足风量未知调控模型的求解方案,也可以避免非线性模型求解不收敛的问题。通过构建矿井通风优化调控计算实例模型,在通风网络模型进行分风计算的基础上验证了通风网络模型调控的可靠性。