矿井通风系统风量调节的决策方法及系统与流程

1.本技术涉及矿井通风技术领域，尤其涉及一种矿井通风系统风量调节的决策方法及系统。


背景技术：

2.目前，矿井下作业的安全性越来越引起人们的重视，其中，矿井通风系统作为矿井资源开采八大系统之一，其设计管理的合理性与保证井下作业人员的生命安全息息相关。在矿井通风系统运转过程中，风量作为衡量通风系统稳定性的一个重要指标，需要被矿井通风管理人员准确掌握。矿井通风的核心任务是保证井下各用风地点的按时按需供风。
3.相关技术中，对井下用风地点的风量进行调节时，通常是采用静态需风量计算的方式，静态计算得到某一时刻矿井用风地点需风量。具体包括人工现场测试数据过程和计算处理测试数据两个过程。人工现场测试数据过程主要采用人员现场手持监测仪表方式进行，人工现场测试数据包括矿井风速、瓦斯浓度、二氧化碳浓度等通风环境参数，和矿井人员数量、车辆数量等矿井生产参数。计算处理测试数据过程主要采用人工手动录入计算系统，计算得到在人工现场测试数据时刻矿井用风地点需风量。
4.然而，井下通风系统错综复杂，从环境监测、需风量计算到系统调节是一个复杂的系统工程，而且矿井通风系统是一个动态系统，随矿井开采条件和环境条件的变化而变化，具有实时性。上述相关技术中的调节方式，采用人工现场测试，测试数据和测试地点较多，需要耗费大量时间，计算处理测试数据又需要耗费一定时间，现场参数测试时刻与完成计算时刻的通风通风环境参数和矿井生产参数会发生改变，所以采用目前矿井用风地点需风量调节方式计算出的矿井用风地点需风量结果已经处于滞后状态，不能及时反映矿井用风地点需风量情况，也难以及时针对用风情况作出对应调控。


技术实现要素：

5.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本技术的第一个目的在于提出一种矿井通风系统风量调节的决策方法，该方法通过将调节风窗过风面积与风阻定量关系函数、多个用风地点风阻调节量联合解算方法进行耦合，建立了矿井风量调节方案决策流程，并将上述矿井用风地点风量调节方案决策流程及多个用风地点风量风阻联合解算方法，输入至矿井通风系统中，以实现用风地点的风量安全性预警及风量调节功能。
7.本技术的第二个目的在于提出一种矿井通风系统风量调节的决策系统。
8.本技术的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
9.为达上述目的，本技术的第一方面实施例在于提出一种矿井通风系统风量调节的决策方法，该方法包括以下步骤：
10.基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量；
11.根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对所述多个用风地点的调节风
窗的风阻调节量进行解算；
12.根据所述调节风窗的风阻对所述多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算；
13.结合所述过风面积和所述风阻，根据生成的矿井用风地点风量调节决策流程对所述多个用风地点的调节风窗进行调节。
14.可选地，在本技术的一个实施例中，计算通风系统中多个用风地点的需风量，包括：通过回路风量法进行自然分风区整体解算，将固定风量点分支设为余支，并在风网图中删除全部的所述余支；圈划所述风网图的回路，将所述余支对应的回路排放在自然分风分支所对应的回路之后；控制所述余支的风量不变，通过所述通风系统按需分风算法求解所述自然分风分支的风量。
15.可选地，在本技术的一个实施例中，通过所述通风系统按需分风算法求解所述自然分风分支的风量，包括：构建如下所示的自然分风区的数学模型：
[0016][0017]
其中，pj是第j个分支通风动力，qj是第j个分支风量，是l个固定风量点分支所在基本回路风量对第j个分支风量的贡献值，q
ri
是第i个基本回路风量，c
kj
是第j个分支在第k个基本回路中的系数值，rj是第j个分支风阻值，δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，是第j个分支的迭代风量初值，l是余支数量，m是通风系统的回路数量，b是通风系统的分支数量；通过斯考特-亨斯雷法迭代求解所述数学模型，经过多次迭代计算求解除所述余支之外的其他回路的风量。
[0018]
可选地，在本技术的一个实施例中，多个用风地点包括：采煤工作面、掘进工作面、备用工作面、硐室和防爆胶轮车，所述需风量包括：静态需风量和动态需风量，在所述计算通风系统中多个用风地点的需风量之后，还包括：获取多个所述采煤工作面所需的第一动态需风量、多个所述备用采煤工作面所需的第二动态需风量、多个所述掘进采煤工作面所需的第三动态需风量、多个所述硐室所需的的第四动态需风量和多个所述防爆胶轮所需的第五动态需风量；将每个所述用风地点对应的动态需风结合矿井对应的通风需风系数，计算所述矿井的总动态需风量。
[0019]
可选地，在本技术的一个实施例中，多个用风地点的风力还包括：实时风量，在所述计算通风系统中多个用风地点的需风量之后，还根据三种风量之间大小关系，对所述用风地点的风量安全性进行预警分析，所述进行预警分析包括：在所述用风地点的实时风量大于静态需风量，且静态需风量大于动态需风量的情况下，判定为正常状态；在所述用风地点的实时风量大于动态需风量，且动态需风量大于静态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入；在所述用风地点的动态需风量大于实时风量，且实时风量大于静态需风量的情况下，进行报警且控制静态需风量重新核定输入；在所述用风地点的动态需风量大于静态需风量，且静态需风量大于实际风量的情况下，进行报警；在所述用风地点的静态需风量大于动态需风量，且动态需风量大于实时风量的情况下，进行报警；在所述用风地点的静态需风量大于实时风量，且实时风量大于动态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入。
[0020]
可选地，在本技术的一个实施例中，通过风量风阻联合解算的方式对所述多个用
风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算，包括：将所述通风系统中存在所述用风地点的支路均设为所述余支，采用斯考特-亨斯雷法求解不包含所述用风地点分支的基本回路的风量，并根据m个基本回路的风量求得全风网分支风量；求解l个包含用风地点的基本回路的风压平衡方程组，反演计算得到l个所述用风地点的风阻值，其中，通过以下公式表示所述风压平衡方程组：
[0021][0022]
其中，c
ij
是第j个分支在第i个基本回路中的系数值，δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，δrj是第j个采煤工作面风阻增量，是第j个采煤工作面风阻初始值。
[0023]
可选地，在本技术的一个实施例中，该方法还包括：建立以风量、叶片角度和频率为自变量的主通风机特性曲线，并建立主通风机性能特性曲线数据库；构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，通过函数相交工况点预测法，对实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数函数和所述主通风机性能特性曲线数据库中风量-频率-风压曲线函数进行联立求解，决策出效率最高的目标风机性能特性曲线；根据所述目标风机性能特性曲线对应的风叶角度与频率对所述主通风机进行调节。
[0024]
为达上述目的，本技术的第二方面实施例还提出了一种基矿井通风系统风量调节的决策系统，包括以下模块:
[0025]
第一计算模块，用于基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量；
[0026]
第二计算模块，用于根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对所述多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算；
[0027]
换算模块，用于根据所述调节风窗的风阻对所述多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算；
[0028]
调节模块，用于结合所述过风面积和所述风阻，对所述多个用风地点的调节风窗进行调节。
[0029]
可选地，在本技术的一个实施例中，第一计算模块，具体用于：通过回路风量法进行自然分风区整体解算，将固定风量点分支设为余支，并在风网图中删除全部的所述余支；圈划所述风网图的回路，将所述余支对应的回路排放在自然分风分支所对应的回路之后；控制所述余支的风量不变，通过所述通风系统按需分风算法求解所述自然分风分支的风量。
[0030]
为了实现上述实施例，本技术第三方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的矿井通风系统风量调节的决策方法。
[0031]
本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本申通过将调节风窗过风面积与风阻定量关系函数、多个用风地点风阻调节量联合解算方法进行耦合，建立了矿井风量调节方案决策流程，并将上述矿井用风地点风量调节方案决策流程及多个用风地点风量风阻联合解算方法，输入至矿井通风系统中，以实现用风地点的风量安全性预警及风量调节功能。并且，采用数学分析方法拟合获得风窗过风面积与风阻之间非线性关系函数，
可以根据井下采矿工程的变化，随时优化矿井通风系统分析与决策模型，改进矿井智能通风系统分析能力，实现矿井通风系统运行的智能化和风机实时智能调控，有利于推进矿井智能通风系统工程化应用。由此，可以实现在各种工况下对井下巷道风量的精确分配，保障矿井地下作业的通风需求，提高矿井底下作业的安全性。
[0032]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0033]
本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0034]
图1为本技术实施例提出的一种矿井通风系统风量调节的决策方法的流程图；
[0035]
图2为本技术实施例提出的一种矿井中各用风点所处的层级关系示意图；
[0036]
图3为本技术实施例提出的一种具体的多个用风地点的需风量的计算方法的流程示意图；
[0037]
图4为本技术实施例提出的一种具体的基于风量风阻联合解算的多个用风地点的调节风窗的风阻调节量的计算方法的流程示意图；
[0038]
图5为本技术实施例提出的一种具体的矿井通风系统风量调节的决策方法的流程图；
[0039]
图6为本技术实施例提出的一种矿井通风系统风量调节的决策系统的结构示意图。
具体实施方式
[0040]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0041]
下面参考附图详细描述本发明实施例所提出的一种矿井通风系统的风量调节方法及系统。
[0042]
图1为本技术实施例提出的一种矿井通风系统风量调节的决策方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0043]
步骤s101，基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量。
[0044]
其中，用风地点可以是矿井实际运用中各个需要用风的地点位置或设备。需风量是各个用风地点在不同情况下所需的风量，需风量可包括各个类型。
[0045]
在本技术一个实施例中，用风地点包括：采煤工作面、掘进工作面、备用工作面、硐室和防爆胶轮车，也可以包括其他的需要用风的矿用机车。需风量包括：静态需风量和动态需风量。
[0046]
作为一种示例，基于矿井下的实际情况确定多个用风地点。如图2所示的矿井各用风点层级关系，矿井包括数个回风系统，每个回风系统包括数个采煤工作面、数个掘进工作面、数个备用工作面、数个硐室以及防爆胶轮车，上述各用风地点、回风系统、矿井均有静态需风量、动态需风量、实时风量，其中，用风地点静态需风量为固定值或计算值，用风地点动
态需风量和用风地点实时风量均为实时计算值。在本示例中，基于上述层级关系，在分配风量时，可以在矿井通风设计阶段计算矿井总风量，并在矿井通风设计实例的分析基础上分析井下所有巷道需配风风量，以确定矿井风量分配方法。
[0047]
具体的，对矿井通风系统进行按需分风计算，可以计算出通风系统中多个用风地点的需风量，比如，对动态需风量进行实时计算。
[0048]
为了更加清楚的说明本技术计算通风系统中多个用风地点的需风量的具体实现过程，下面在本技术一个实施例中，以一种具体的按需分风计算方法进行说明。图3为本技术实施例提出的一种具体的多个用风地点的需风量的计算方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括以下步骤：
[0049]
步骤s301，通过回路风量法进行自然分风区整体解算，将固定风量点分支设为余支，并在风网图中删除全部的余支。
[0050]
具体的，采用回路风量法进行自然分风区整体解算，将按需分风固定风量点分支作为余支，进行回路圈划，即先从风网图中删除所有固定风量点分支，以得到的子图计算生成树。
[0051]
步骤s302，圈划风网图的回路，将余支对应的回路排放在自然分风分支所对应的回路之后。
[0052]
其中，风网图可以是当前的通风系统对应的风力流动网状图像，也可以是矿井整体对应的风网图。
[0053]
具体的，圈划风网图的回路，并将按需分风固定风量点分支对应的回路排在最后，设按需分风固定风量点分支数为l，而风网图中共有b条分支n个节点m个回路。圈划后，前m-l个回路中无固定风量点分支，每个分支的风量都是未知的，是由自然分风分支所组成，其余分支，仅在按需分风固定风量点分支作为余支的回路中出现，这些分支的风量完全由关键用风点分支确定。
[0054]
步骤s303，控制余支的风量不变，通过通风系统按需分风算法求解自然分风分支的风量。
[0055]
具体的，对于余支，以目标风量作为固定风量，在计算过程中按需分风固定风量点分支风量始终不变，其风量增量始终为零。回路风量法的求解方程中虽然包含了所有分支，但其中的固定风量点分支目标风量始终以常数出现，真正要求解的未知量只是自然分风分支的风量。
[0056]
在通过通风系统按需分风算法求解自然分风分支的风量时，作为一种可能的实现方式，构建矿井通风系统按需分风算法模型进行计算。具体而言，构建如下所示的自然分风区的数学模型：
[0057][0058]
其中，pj是第j个分支通风动力，单位是pa；qj是第j个分支风量，单位是m3/s；是l个固定风量点分支所在基本回路风量对第j个分支风量的贡献值，单位是m3/s；，q
ri
是第i个基本回路风量，单位是m3/s；c
kj
是第j个分支在第k个基本回路中的系数值，如果第k个基本回路中包含第j个分支，则系数值为1；如果第k个基本回路中不包含第j个分支，则系数值为
0；rj是第j个分支风阻值；δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，单位是m3/s；是第j个分支的迭代风量初值，单位是m3/s；l是余支数量，m是通风系统的回路数量，b是通风系统的分支数量，c
ij
是第j个分支在第i个基本回路中的系数值，如果第i个基本回路中包含第j个分支，则系数值为1；如果第i个基本回路中不包含第j个分支，则系数值为0。
[0059]
可以理解的是，上述公式为非线性方程组，共有b+m-l个独立方程，自然分风的待求解回路风量数量等于b+m-l，因此方程组有定解。
[0060]
进一步的，通过斯考特-亨斯雷法迭代求解上述数学模型，经过多次迭代计算求解除余支之外的其他回路的风量。即，采用斯考特-亨斯雷法迭代求解方程组，经多次迭代计算求解得到不包括按需分风固定风量点分支在内的其他回路余支风量，进而求得通风系统所有巷道分支风量。
[0061]
由此，本技术实现了矿井通风系统按需分风计算。
[0062]
基于上述实施例，为了进一步保证矿井需风量的时效性，且提高矿井的安全性。在本技术一个实施例中，在所述计算通风系统中多个用风地点的需风量之后，还包括：
[0063]
获取多个采煤工作面所需的第一动态需风量、多个备用采煤工作面所需的第二动态需风量、多个掘进采煤工作面所需的第三动态需风量、多个硐室所需的的第四动态需风量和多个防爆胶轮所需的第五动态需风量；再将每个用风地点对应的动态需风结合矿井对应的通风需风系数，计算矿井的总动态需风量。
[0064]
具体而言，进行用风点动态需风量计算总体设计，获取矿井对应的用风地点，再获取每种类型的多个用风地点对应的上述各个动态需风量，并结合矿井对应的通风需风系数，确定矿井的总动态需风量，由此，基于矿井对应的用风地点各自对应的动态需风量，实时计算出矿井所需的总动态需风量，保证矿井需风量的时效性，提高矿井的安全性。
[0065]
进一步的，根据计算出的用风地点的动态需风量和实时风量，对用风地点的风量安全性进行预警分析，以便及时诊断出异常，并提醒相关人员排除异常。
[0066]
具体而言，在本技术一个实施例中，在计算通风系统中多个用风地点的需风量之后，还根据三种风量之间大小关系，对用风地点的风量安全性进行预警分析。
[0067]
其中，用风地点静态需风量q
jt
为固定值，直接输入。用风地点静态需风量包括采煤工作面静态需风量、备用采煤工作面静态需风量、掘进工作面迎头静态需风量、掘进工作面局部通风机所在巷道静态需风量、硐室静态需风量、防爆胶轮车静态需风量、回风井静态需风量和矿井静态总需风量。用风地点动态需风量q
dt
为实时计算值。用风地点动态需风量包括采煤工作面动态需风量、备用采煤工作面动态需风量、掘进工作面迎头动态需风量、掘进工作面局部通风机所在巷道动态需风量、硐室动态需风量、防爆胶轮车动态需风量、回风井动态需风量和矿井动态总需风量。用风地点实际风量q
sj
为实时计算值。用风地点实时风量包括采煤工作面实时风量、备用采煤工作面实时风量、掘进工作面迎头实时风量、掘进工作面局部通风机所在巷道实时风量、硐室实时风量、回风井实时需风量和矿井实时总风量。
[0068]
根据上述三种风量之间大小关系，对用风点风量安全性进行预警分析包括：
[0069]
在用风地点的实时风量大于静态需风量，且静态需风量大于动态需风量的情况下，判定为正常状态，即，用风地点风量满足q
sj
≥q
jt
≥q
dt
，实时风量大于静态需风量，静态风量大于动态需风量，则为正常状态。
[0070]
在用风地点的实时风量大于动态需风量，且动态需风量大于静态需风量的情况
下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入；即，用风地点风量满足q
sj
≥q
dt
≥q
jt
，实时风量大于动态需风量，动态需风量大于静态需风量，进行提示。且需要静态需风量需要重新核定输入。在本技术实施例中，进行提示可以是调节系统与预先验证合法性的相关工作人员的移动终端建立无线连接，通过无线通讯向工作人员的移动终端发送提示信息，提示信息可以文字或语音提示信息，比如
“××
用风地点实时风量大于动态需风量，动态需风量大于静态需风量，请注意进行风量调整”的文字提示信息。
[0071]
在用风地点的动态需风量大于实时风量，且实时风量大于静态需风量的情况下，进行报警且控制静态需风量重新核定输入；即，用风地点风量满足q
dt
≥q
sj
≥q
jt
，动态需风量大于实时风量，实时风量大于静态需风量，进行报警。实时风量小于动态需风量，同时静态需风量需要重新核定输入，无法满足安全生产要求。在本技术实施例中，进行提示可以是通过发生异常的用风地点处的声光报警装置进行报警，也可以是如上述示例中，向相关工作人员的移动终端发送报警信息。
[0072]
在用风地点的动态需风量大于静态需风量，且静态需风量大于实际风量的情况下，进行报警；即，用风地点风量满足q
dt
≥q
jt
≥q
sj
，动态需风量大于静态需风量，静态需风量大于实际风量，进行报警。实时风量小于动态需风量，无法满足安全生产要求。
[0073]
在用风地点的静态需风量大于动态需风量，且动态需风量大于实时风量的情况下，进行报警；即，用风地点风量满足q
jt
≥q
dt
≥q
sj
，静态需风量大于动态需风量，动态需风量大于实时风量，进行报警。实时风量小于动态需风量，无法满足安全生产要求。
[0074]
在用风地点的静态需风量大于实时风量，且实时风量大于动态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入；即，用风地点风量满足q
jt
≥q
sj
≥q
dt
，静态需风量大于实时风量，实时风量大于动态需风量，进行提示。实时风量小于静态需风量，但是实时风量大于动态需风量，需要静态需风量需要重新核定输入。
[0075]
步骤s102，根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算。
[0076]
具体的，在矿井风量调节方案决策中，基于上述步骤s101中计算出的需风量，通过多个用风地点风量风阻联合解算方法构建，计算多个用风地点的调节风窗的风阻调节量。
[0077]
为了更加清楚的说明本技术对调节风窗的风阻调节量进行解算的具体实现过程，下面在本技术一个实施例中，以一种具体的风阻调节量计算方法进行说明。图4为本技术实施例提出的一种具体的基于风量风阻联合解算的多个用风地点的调节风窗的风阻调节量的计算方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括以下步骤：
[0078]
步骤s401，将通风系统中存在用风地点的支路均设为余支，采用斯考特-亨斯雷法求解不包含用风地点分支的基本回路的风量，并根据m个基本回路的风量求得全风网分支风量。
[0079]
具体的，本步骤中通风网络内所有用风地点均作为通风网络余支，进行通风网络回路圈划，对于有m个基本回路的通风网络，假设用风地点为l，则l个基本回路中每个回路中只包含一个用风地点分支，剩余m-l个基本回路中不包含关键用风点，l个包含用风地点的基本回路风量已知，采用斯考特-亨斯雷法求解不包含用风地点分支的m-l个基本回路风量，根据m个基本回路风量求得全风网分支风量，使全风网风量达到平衡。
[0080]
步骤s402，求解l个包含用风地点的基本回路的风压平衡方程组，反演计算得到l
个用风地点的风阻值。
[0081]
具体的，通过步骤s401使全风网风量达到平衡，但l个包含用风地点的基本回路风压不平衡，求解l个包含用风地点的基本回路的风压平衡方程组反演计算得到l个用风地点风阻值，使l个包含用风地点的基本回路达到风压平衡，即全风网风压也达到平衡。
[0082]
其中，通过以下公式表示所述风压平衡方程组：
[0083][0084]
其中，c
ij
是第j个分支在第i个基本回路中的系数值，如果第i个基本回路中包含第j个分支，则系数值为1，如果第i个基本回路中不包含第j个分支，则系数值为0；δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，单位是m3/s；δrj是第j个采煤工作面风阻增量，单位是n
·
s2·
m-8
；是第j个采煤工作面风阻初始值，单位是n
·
s2·
m-8
；。上述公式中其他参数的含义可以参见上述实施例中数学模型中相同参数的解释，此处不再赘述。
[0085]
步骤s103，根据调节风窗的风阻对多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算。
[0086]
其中，调节风窗是在风门或风墙上方，开设的一个面积可调的窗口，可以利用小窗口的面积调动来调节风量。因此，本技术可以通过设置合理的调节风窗的过风面积对通风系统的风量进行调节。
[0087]
具体的，建立调节风窗过风面积-等效风阻数学模型，根据上述实施例中计算得到的风阻，通过调节风窗过风面积与风阻定量关系函数进行调节风窗的过风面积的换算。
[0088]
作为一种可能的实现方式，采用cfd数值模拟方法研究不同过风面积条件下调节风窗风阻，采用数学分析方法拟合获得风窗过风面积与风阻之间非线性关系函数，风窗过风面积与风阻之间非线性关系函数是实现矿井风量定量调节的纽带，将上述实施例中计算得到的风阻代入该非线性关系函数，得到换算后的风窗的过风面积。
[0089]
步骤s104，结合过风面积和风阻，根据生成的矿井用风地点风量调节决策流程对多个用风地点的调节风窗进行调节。
[0090]
具体的，结合计算出的过风面积和风阻，获得多个用风地点调节风窗的调节方案。在本技术实施例中，构建矿井用风地点风量调节方案决策流程，具体是将调节风窗过风面积与风阻定量关系函数、多个用风地点风阻调节量联合解算方法进行耦合，建立矿井风量调节方案决策流程。将上述矿井用风地点风量调节方案决策流程及多个用风地点风量风阻联合解算方法，进行计算机编程，开发相应的解算程序模块。
[0091]
为了进一步提高通风系统的风量调节效果，在本技术一个实施例中还对通风机风量进行调节。具体而言，先建立以风量、叶片角度和频率为自变量的主通风机特性曲线，并建立主通风机性能特性曲线数据库。即，实测主通风机性能特性曲线，建立以风量、叶片角度、频率为自变量的主通风机特性曲线，建立主通风机性能特性曲线数据库。
[0092]
然后，构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，通过函数相交工况点预测法，对实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数函数和所述主通风机性能特性曲线数据库中风量-频率-风压曲线函数进行联立求解，决策出效率最高的目标风机性能特性曲线。
[0093]
最后，根据目标风机性能特性曲线对应的风叶角度与频率对主通风机进行调节。
即该风机性能特性曲线所对应的风叶角度与频率即为主通风机的最佳工况调控目标。
[0094]
由此，本技术的矿井通风系统的风量调节决策方法，适用于所有矿井通风系统风量的测量与管理中，本方法在矿井通风设计阶段分析井下所有巷道需配风风量，通过控制软件与电控系统的配合对矿井通风系统进行实时监控，实现井下巷道风量的精确分配，能满足不同矿井、不同巷道的不同情况，保障矿井底下作业的安全进行。并且，本技术的矿井通风系统可以根据井下采矿工程的变化，随时优化矿井通风系统分析与决策模型，改进矿井智能通风系统分析能力，实现矿井通风系统运行的智能化，风机实时智能调控。
[0095]
综上所述，本技术实施例的矿井通风系统风量调节的决策方法，通过将调节风窗过风面积与风阻定量关系函数、多个用风地点风阻调节量联合解算方法进行耦合，建立了矿井风量调节方案决策流程，并将上述矿井用风地点风量调节方案决策流程及多个用风地点风量风阻联合解算方法，输入至矿井通风系统中，以实现用风地点的风量安全性预警及风量调节功能。并且，采用数学分析方法拟合获得风窗过风面积与风阻之间非线性关系函数，可以根据井下采矿工程的变化，随时优化矿井通风系统分析与决策模型，改进矿井智能通风系统分析能力，实现矿井通风系统运行的智能化和风机实时智能调控，有利于推进矿井智能通风系统工程化应用。由此，该方法可以实现在各种工况下对井下巷道风量的精确分配，保障矿井地下作业的通风需求，提高矿井底下作业的安全性。
[0096]
为了更加清楚地说明本技术实施例的矿井通风系统风量调节的决策方法的实施流程，下面以一个具体的矿井风量调节方案决策流程实施例进行详细说明。图5为本技术实施例提出的一种具体的矿井通风系统风量调节的决策方法的流程图。如图5所示，该方法包括以下步骤：
[0097]
步骤s501，多个用风地点需风量预设。
[0098]
步骤s502，全风网风量解算。
[0099]
步骤s503，多个用风地点调节风窗风阻调节量快速解算。
[0100]
步骤s504，矿井通风阻力解算。
[0101]
步骤s505，多个用风地点调节风窗过风面积快速换算。
[0102]
步骤s506，获得多个用风地点调节风窗调节方案。
[0103]
本方法将调节风窗过风面积与风阻定量关系函数、多个用风地点风阻调节量联合解算方法进行耦合，并可以将上述矿井用风地点风量调节方案决策流程及多个用风地点风量风阻联合解算方法，输入至矿井通风系统中，以实现用风地点的风量安全性预警及调控功能。
[0104]
需要说明的是，在本实施例中，各步骤的具体实现方式可参照上述实施例的描述，具体实现方式相似，此处不再赘述。
[0105]
为了实现上述实施例，本技术还提出了一种矿井通风系统风量调节的决策系统，图6为本技术实施例提出的一种矿井通风系统风量调节的决策系统的结构示意图。如图6所示，该系统包括第一计算模块100、第二计算模块200、换算模块300和调节模块400。
[0106]
其中，第一计算模块100，用于基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量。
[0107]
第二计算模块200，用于根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算。
[0108]
换算模块300，用于根据调节风窗的风阻对多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算。
[0109]
调节模块400，用于结合过风面积和风阻，对多个用风地点的调节风窗进行调节。
[0110]
可选地，在本技术的一个实施例中，第一计算模块100，具体用于：通过回路风量法进行自然分风区整体解算，将固定风量点分支设为余支，并在风网图中删除全部的余支；圈划风网图的回路，将余支对应的回路排放在自然分风分支所对应的回路之后；控制余支的风量不变，通过通风系统按需分风算法求解自然分风分支的风量。
[0111]
可选地，在本技术的一个实施例中，第一计算模块100，具体用于：构建如下所示的自然分风区的数学模型：
[0112][0113]
其中，pj是第j个分支通风动力，qj是第j个分支风量，是l个固定风量点分支所在基本回路风量对第j个分支风量的贡献值，q
ri
是第i个基本回路风量，c
kj
是第j个分支在第k个基本回路中的系数值，rj是第j个分支风阻值，δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，是第j个分支的迭代风量初值，l是余支数量，m是通风系统的回路数量，b是通风系统的分支数量；通过斯考特-亨斯雷法迭代求解所述数学模型，经过多次迭代计算求解除余支之外的其他回路的风量。
[0114]
可选地，在本技术的一个实施例中，多个用风地点包括：采煤工作面、掘进工作面、备用工作面、硐室和防爆胶轮车，所述需风量包括：静态需风量和动态需风量。第一计算模块100，还用于：获取多个采煤工作面所需的第一动态需风量、多个备用采煤工作面所需的第二动态需风量、多个掘进采煤工作面所需的第三动态需风量、多个硐室所需的的第四动态需风量和多个防爆胶轮所需的第五动态需风量；将每个用风地点对应的动态需风结合矿井对应的通风需风系数，计算矿井的总动态需风量。
[0115]
可选地，在本技术的一个实施例中，多个用风地点的风力还包括：实时风量。第一计算模块100，还用于：还根据三种风量之间大小关系，对用风地点的风量安全性进行预警分析，具体包括：在用风地点的实时风量大于静态需风量，且静态需风量大于动态需风量的情况下，判定为正常状态；在用风地点的实时风量大于动态需风量，且动态需风量大于静态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入；在用风地点的动态需风量大于实时风量，且实时风量大于静态需风量的情况下，进行报警且控制静态需风量重新核定输入；在用风地点的动态需风量大于静态需风量，且静态需风量大于实际风量的情况下，进行报警；在用风地点的静态需风量大于动态需风量，且动态需风量大于实时风量的情况下，进行报警；在用风地点的静态需风量大于实时风量，且实时风量大于动态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入。
[0116]
可选地，在本技术的一个实施例中，第二计算模块200，具体用于：将通风系统中存在用风地点的支路均设为余支，采用斯考特-亨斯雷法求解不包含用风地点分支的基本回路的风量，并根据m个基本回路的风量求得全风网分支风量；求解l个包含用风地点的基本回路的风压平衡方程组，反演计算得到l个所述用风地点的风阻值，其中，通过以下公式表示风压平衡方程组：
[0117][0118]
其中，c
ij
是第j个分支在第i个基本回路中的系数值，δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，δrj是第j个采煤工作面风阻增量，是第j个采煤工作面风阻初始值。
[0119]
可选地，在本技术的一个实施例中，调节模块400，还用于：建立以风量、叶片角度和频率为自变量的主通风机特性曲线，并建立主通风机性能特性曲线数据库；构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，通过函数相交工况点预测法，对实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数函数和所述主通风机性能特性曲线数据库中风量-频率-风压曲线函数进行联立求解，决策出效率最高的目标风机性能特性曲线；根据目标风机性能特性曲线对应的风叶角度与频率对主通风机进行调节。
[0120]
需要说明的是，前述对矿井通风系统风量调节的决策方法的实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述
[0121]
综上所述，本技术实施例的矿井通风系统风量调节的决策系统，通过将调节风窗过风面积与风阻定量关系函数、多个用风地点风阻调节量联合解算方法进行耦合，建立了矿井风量调节方案决策流程，并将上述矿井用风地点风量调节方案决策流程及多个用风地点风量风阻联合解算方法，输入至矿井通风系统中，以实现用风地点的风量安全性预警及风量调节功能。并且，采用数学分析方法拟合获得风窗过风面积与风阻之间非线性关系函数，可以根据井下采矿工程的变化，随时优化矿井通风系统分析与决策模型，改进矿井智能通风系统分析能力，实现矿井通风系统运行的智能化和风机实时智能调控，有利于推进矿井智能通风系统工程化应用。由此，该系统可以实现在各种工况下对井下巷道风量的精确分配，保障矿井地下作业的通风需求，提高矿井底下作业的安全性。
[0122]
为了实现上述实施例，本技术还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中任一所述的矿井通风系统风量调节的决策方法。
[0123]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0124]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0125]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺
序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0126]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0127]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0128]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0129]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0130]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种矿井通风系统风量调节的决策方法，其特征在于，包括以下步骤：基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量；根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对所述多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算；根据所述调节风窗的风阻对所述多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算；结合所述过风面积和所述风阻，根据生成的矿井用风地点风量调节决策流程对所述多个用风地点的调节风窗进行调节。2.根据权利要求1所述的风量调节的决策方法，其特征在于，所述计算通风系统中多个用风地点的需风量，包括：通过回路风量法进行自然分风区整体解算，将固定风量点分支设为余支，并在风网图中删除全部的所述余支；圈划所述风网图的回路，将所述余支对应的回路排放在自然分风分支所对应的回路之后；控制所述余支的风量不变，通过所述通风系统按需分风算法求解所述自然分风分支的风量。3.根据权利要求2所述的风量调节的决策方法，其特征在于，所述通过所述通风系统按需分风算法求解所述自然分风分支的风量，包括：构建如下所示的自然分风区的数学模型：其中，p
j
是第j个分支通风动力，q
j
是第j个分支风量，是l个固定风量点分支所在基本回路风量对第j个分支风量的贡献值，q
ri
是第i个基本回路风量，c
kj
是第j个分支在第k个基本回路中的系数值，r
j
是第j个分支风阻值，δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，是第j个分支的迭代风量初值，l是余支数量，m是通风系统的回路数量，b是通风系统的分支数量；通过斯考特-亨斯雷法迭代求解所述数学模型，经过多次迭代计算求解除所述余支之外的其他回路的风量。4.根据权利要求1所述的风量调节的决策方法，其特征在于，所述多个用风地点包括：采煤工作面、掘进工作面、备用工作面、硐室和防爆胶轮车，所述需风量包括：静态需风量和动态需风量，在所述计算通风系统中多个用风地点的需风量之后，还包括：获取多个所述采煤工作面所需的第一动态需风量、多个所述备用采煤工作面所需的第二动态需风量、多个所述掘进采煤工作面所需的第三动态需风量、多个所述硐室所需的的第四动态需风量和多个所述防爆胶轮所需的第五动态需风量；将每个所述用风地点对应的动态需风结合矿井对应的通风需风系数，计算所述矿井的总动态需风量。5.根据权利要求4所述的风量调节的决策方法，其特征在于，所述多个用风地点的风力还包括：实时风量，在所述计算通风系统中多个用风地点的需风量之后，还根据三种风量之间大小关系，对所述用风地点的风量安全性进行预警分析，所述进行预警分析包括：在所述用风地点的实时风量大于静态需风量，且静态需风量大于动态需风量的情况
下，判定为正常状态；在所述用风地点的实时风量大于动态需风量，且动态需风量大于静态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入；在所述用风地点的动态需风量大于实时风量，且实时风量大于静态需风量的情况下，进行报警且控制静态需风量重新核定输入；在所述用风地点的动态需风量大于静态需风量，且静态需风量大于实际风量的情况下，进行报警；在所述用风地点的静态需风量大于动态需风量，且动态需风量大于实时风量的情况下，进行报警；在所述用风地点的静态需风量大于实时风量，且实时风量大于动态需风量的情况下，进行提示且控制静态需风量重新核定输入。6.根据权利要求3所述的风量调节的决策方法，其特征在于，所述通过风量风阻联合解算的方式对所述多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算，包括：将所述通风系统中存在所述用风地点的支路均设为所述余支，采用斯考特-亨斯雷法求解不包含所述用风地点分支的基本回路的风量，并根据m个基本回路的风量求得全风网分支风量；求解l个包含用风地点的基本回路的风压平衡方程组，反演计算得到l个所述用风地点的风阻值，其中，通过以下公式表示所述风压平衡方程组：其中，c
ij
是第j个分支在第i个基本回路中的系数值，δq
ri
是第i个基本回路的风量增量，δr
j
是第j个采煤工作面风阻增量，是第j个采煤工作面风阻初始值。7.根据权利要求1所述的风量调节的决策方法，其特征在于，还包括：建立以风量、叶片角度和频率为自变量的主通风机特性曲线，并建立主通风机性能特性曲线数据库；构建主通风机最佳工况区域调控快速决策模型，通过函数相交工况点预测法，对实时更新的矿井通风阻力特性曲线函数函数和所述主通风机性能特性曲线数据库中风量-频率-风压曲线函数进行联立求解，决策出效率最高的目标风机性能特性曲线；根据所述目标风机性能特性曲线对应的风叶角度与频率对所述主通风机进行调节。8.一种矿井通风系统风量调节的决策系统，其特征在于，包括以下模块：第一计算模块，用于基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量；第二计算模块，用于根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对所述多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算；换算模块，用于根据所述调节风窗的风阻对所述多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算；调节模块，用于结合所述过风面积和所述风阻，对所述多个用风地点的调节风窗进行调节。
9.根据权利要求8所述的风量调节的决策系统，其特征在于，所述第一计算模块，具体用于：通过回路风量法进行自然分风区整体解算，将固定风量点分支设为余支，并在风网图中删除全部的所述余支；圈划所述风网图的回路，将所述余支对应的回路排放在自然分风分支所对应的回路之后；控制所述余支的风量不变，通过所述通风系统按需分风算法求解所述自然分风分支的风量。10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的矿井通风系统风量调节的决策方法。

技术总结
本申请提出了一种矿井通风系统风量调节的决策方法及系统，该方法包括：基于通风系统按需分风算法，计算通风系统中多个用风地点的需风量；根据计算出的风量，通过风量风阻联合解算的方式对多个用风地点的调节风窗的风阻调节量进行解算；根据调节风窗的风阻对多个用风地点的调节风窗的过风面积进行换算；结合过风面积和风阻，根据生成的矿井用风地点风量调节决策流程对多个用风地点的调节风窗进行调节。该方法可以实现在各种工况下对井下巷道风量的精确分配，保障矿井地下作业的通风需求，提高矿井底下作业的安全性。提高矿井底下作业的安全性。提高矿井底下作业的安全性。


技术研发人员：张浪 李伟 刘彦青 张学超 姚海飞 彭然 魏远 段思恭 曹泽宇
受保护的技术使用者：煤炭科学技术研究院有限公司
技术研发日：2022.10.19
技术公布日：2023/8/28