煤矿火灾智能预警系统研发与应用

目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情态势的方法。内因火灾方面,主要针对较易发生火灾的工作面采空区、密闭采空区及人工自然发火观测点等进行监测;外因火灾方面,主要针对机电硐室及其配电点、带式输送机系统、电缆等方面进行监测。建立了煤矿火灾分源分区监测指标体系,采用人工监测或在线监测的方式定期采集或更新火灾特征参量数据,按数据采集方式及影响程度,将火灾监测指标分为动态指标、静态指标和关联指标。设计了火灾智能预警系统的总体架构和业务流程,采用基于多指标联合逻辑推理的预警方法实现内因火灾预警,采用基于D-S证据理论的多参量融合预警方法实现外因火灾预警。现场试验结果表明,火灾智能预警系统实现了对矿井火灾的有效监测预警,具有煤矿火灾风险预警“一张图”可视化展示功能,同时具备火灾智能模拟演示功能及避灾路线动态规划功能。

煤体结构对瓦斯解吸放散特征影响试验研究

为研究不同煤体结构煤在瓦斯吸附解吸与放散规律方面的差异性,对寺家庄矿15#煤层煤样进行等温吸附/解吸试验与恒温瓦斯放散试验,研究了构造煤与原生煤的吸附/解吸参数以及在不同吸附压力下的瓦斯放散特征。研究结果表明:构造煤的瓦斯吸附能力稍大于原生结构煤,吸附常数a值较原生煤提高6.3%左右;构造煤与原生煤的瓦斯放散曲线有较大差异,尤其体现于瓦斯放散初期,构造煤瓦斯放散速度更大,就达到极限解吸量所需时间而言,构造煤所需时间更短;瓦斯放散曲线拟合结果表明,孙重旭式与乌斯基诺夫式能够分别准确描述原生煤与构造煤的瓦斯放散过程。

基于机器学习的通风网络故障诊断方法研究

机器学习算法通过对已知数据的学习来预测未知数据,现有通风系统故障诊断方法大多针对1种机器学习算法进行研究,无法保证所选算法为最优。针对该问题,对8种机器学习算法进行比较,并选择支持向量机(SVM)、随机森林和神经网络3种算法进行通风网络故障诊断研究。根据矿井通风系统实际布局,按照几何相似、运动相似、动力相似准则构建通风网络管道模型,得到由管道网络分支和管道网络节点组成的通风网络,通过实验获取风量数据,并采用标准化方法对数据进行预处理;通过交叉验证和网格搜索对基于SVM、随机森林、神经网络的通风网络故障诊断模型进行参数寻优。实验及现场测试结果表明,基于SVM、随机森林、神经网络的通风网络故障诊断模型在实验平台测试集上的准确率分别为0.89,0.88和0.95,在煤矿现场测试集上的准确率分别为0.86,0.90和0.96,神经网络模型的故障诊断效果均为最佳。将煤矿现场收集的120组新风量数据输入神经网络模型进行预测,故障诊断准确率达0.98,验证了基于神经网络的通风网络故障诊断模型的可行性和准确性。

基于瞬态模型的井下抽采主管道泄漏定位方法研究

针对现有煤矿井下瓦斯抽采主管道漏点定位大多采用单一定位方法,存在适用性差、效率低、易受环境影响等问题,结合流量平衡法、负压波法和小波降噪原理,提出了一种基于瞬态模型的井下抽采主管道泄漏定位方法。首先分析了管道首末两端流量变化规律及差值大小,排除干扰信号,利用流量平衡法对管道泄漏状态进行定性分析,判断管道是否泄漏:比较正常运行及发生泄漏情况下的流量变化,当管道首末两端流量差大于管道流量差阈值时,即为工况改变或发生泄漏;然后根据负压波在管道内的传播机理,采用小波降噪技术对压力信号进行消噪处理,结合邻域差值法寻求信号突变点;最后通过泄漏定位公式计算漏点位置,从而实现对管道漏点位置的有效定位。仿真分析结果验证了该方法的准确性。

基于稳态模型的井下抽采主管道泄漏检测方法研究

为准确检测煤矿井下瓦斯抽采主管道泄漏位置,提出基于稳态模型的管道泄漏检测与定位方法,采用Comsol数值模拟及地面相似实验研究压力梯度法对煤矿井下抽采管道泄漏检测与定位的可行性及准确性。研究结果表明:管道未泄漏时,管内沿线压力呈均匀分布,当管道突发泄漏时,管内压力分布呈现明显弯折现象,弯折处即为管道漏点位置,并对管道阻力计算公式进行修正,提高了检测准确性;随着管道泄漏程度的加大,湍流效应显著增强,漏点处速度、压力产生明显突变,且当其他条件恒定时,随着管道泄漏孔径的扩大,管道的漏入量越大,定位的相对误差越小;在宏岩矿开展地面相似实验,实验结果绝对误差为4.5 m,相对误差为6%;在阳煤五矿井下8421抽采巷进行现场应用,绝对误差134 m,相对误差约7.95%。

基于混合长度理论的巷道风速场规律研究

为研究巷道断面风流风速分布规律,准确测定风速大小,根据普朗特混合长度理论建立的粘性应力与速度梯度关系与湍流运动基本方程式相结合,运用量纲分析法,分析平均风速与巷道断面任一点风速的关系,并在实验巷道和井下进行现场实测,得出巷道风流风速分布规律。结果表明,巷道断面任一点风速与平均风速比和实测点位置存在一种线性关系。针对煤矿井下巷道断面风速分布进行研究可以为准确计算巷道风量及平均风速提供参考,并为风速传感器布置提出指导意见。