基于网络分析的矿井通风系统故障源诊断技术研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
利用当前的矿井通风安全监测监控系统,只能反映安设风速传感器的井巷风量发生了变化,至于变化是由该条巷道故障引起的,还是由于拓扑关系原因引起的,故障源是一点还是多点,即为通风系统故障源诊断问题。通风系统的故障从整个网络角度考虑,都可以归结为分支的风阻发生了变化。如果分析每一条分支风阻变化对通风系统的影响,即每一条分支都安设风速传感器是不可能的。因此井下风速传感器的布置最小数量及位置问题也是故障源诊断技术研究的重点。国内外关于故障诊断的问题研究较多,但大多数属于检测领域的设备故障诊断,对矿井通风系统的故障诊断研究较少。基于国家自然基金资助项目(60772159)《基于仿真技术的矿井通风系统智能诊断系统研究》,开展了本文的研究工作。
     在风速传感器的布置问题上,提出了人为指定优先级、灵敏度排序和角联结构的风速传感器布置方法。通过试验数据建立了风速传感器的测量值与平均风速之间的一元线性回归方程。提出了三种方法构建反映分支风量变化与相关分支风阻之间关系的通风网络故障巷道范围库,用以确定可能引起风速超限巷道的故障巷道范围,并对三种方法进行了比较分析。提出了一种宏观上风速传感器的布置方法——最少全覆盖布点法,又给出了分支覆盖度和影响巷道范围库的概念。对矿井通风系统的故障通过建立故障树的方法进行了分析,并归类处理。并对故障巷道范围库缩小的故障巷道范围进行了最终的故障源推理分析。对铁法大明矿进行了工业试验,验证了故障诊断技术及方法的可行性,并做了风速传感器布置方案,对矿井通风系统具有重要的指导意义。
Using the current safety monitoring system, can only get the air amount of roadway placed transducer, as this change is caused by the failure of the section of roadway, or other roadway, fault source is one point or more, which are belong to the problem of ventilation system fault source diagnosis.Ventilation system fault can be attributed to the change of the branch drag from the entire network. If the changes of air drag for each branch on ventilation system are analyzed, that is impossible of placing air velocity transducers in every branch. So the problem of the minimum quantities and location for placing air velocity transducer should be mainly studied. The issure of fault diagnosis is more researched by domestic and international experts, but most of them belong to fault diagnosis of equipment, fault diagnosis of mine ventilation system is little researched. "Research for intelligent diagnosis system of mine ventilation system based on simulation" is based on the National Natural Foundation of China (60772159).
     The man-made priority, sensitivity ranking and method of placing air velocity transducer to diagonal structure are proposed for the issue of placing air velocity transducer. Unary linear regression equation between measured value of air velocity transducer and average air velocity is established by experimental data, and the effect has been evaluated. Three methods have been proposed to build fault roadway range library of ventilation network, which can reflect the change relationship between the air quantity of the branch and air drag of the relevant branches, which are used to determine fault roadway range causing air velocity exceed the limit. And these are compared and analyzed. One macro method of setting the air velocity transducer– minimum and full coverage of distribution method has been proposed, the concept of branch coverage degree and impact roadway range library have been given. The fault of mine ventilation system is analyzed through the method of establishing fault tree analysis, and classified processing. And the narrow fault roadway range has been finally carried on fault sources reasoning analysis. It has been done the industrial testing in Daming, the feasibility of fault diagnosis techniques and methods are been validated, and the program of setting air velocity transducer has been made, which has important significance to the mine ventilation system.
引文
[1]龚晓燕,薛河,陶新利,孙晓辉.矿井局部通风故障诊断系统开发研究[J].煤炭工程,2008(2):128-130.
    [2]黄雷.基于Web的矿井局部通风故障诊断专家系统[D].西安科技大学,2008:6-8.
    [3]龚晓燕,孙晓辉.基于遗传算法的矿井局部通风故障诊断神经网络模型[J].煤矿安全,2008(2):35-38.
    [4]王建浩,李承凯.管网故障微机诊断的实用方法[J].控制与测量,1999(2):45-49.
    [5]梁建文,肖笛等.水管网故障实时诊断方法[J].水利学报,2001(12):40-47.
    [6] Le Gat Yves,Eisenbeis Patrick. Using maintenance reeords to foreeast failures in water networks[J]. UrbanWater,2000,2(3):173-181.
    [7] Osama Moselhi,Tariq Sheh:Lb一Eldeen. Automated detection of surface defects in water and sewer Pipes[J].Automation in Construetion,1999(8):581-588.
    [8]税爱社,周绍骑.输油管线泄漏诊断的SCADA系统实现[D].仪器仪表学报,2001,22(4):229-230.
    [9] D.N.Shields,S.A.Ashton,S.Daley. Design of nonlinear observers for detecting faults in hydraulic sub-sea pipelines[J]. Control Engineering Praetice,2001(9):297-311.
    [10]吴向前.矿井通风系统稳定性的研究[D].济南:山东科技大学,2002:45-49.
    [11]谢贤平,赵梓成.矿井风流的稳定性分析[J].有色矿山,1992(5):22-27.
    [12]贾进章,刘剑.通风系统稳定性数值分析[J].矿业安全与环保,2003,30(6):10-11.
    [13]赵厚春,冯建文.矿井通风网路中风流稳定性分析[J].煤矿现代化,2004(4):40-41.
    [14]刘剑,贾进章,郑丹.流体网络理论[M].北京:煤炭工业出版社,2002:138-147.
    [15]贾进章,刘剑,倪景峰.通风系统可靠性稳定性及灵敏性数学模型[J].辽宁工程技术大学学报,2003,22(6):125-127.
    [16]周静,刘剑,贾进章.矿井通风系统灵敏度分析[J].辽宁工程技术大学学报,2005,24(6):1-3.
    [17]徐瑞龙.通风网路理论[M].煤炭工业出版社,1993:45-51.
    [18] E. SIMODE. Détermination de la nature (stable ou instable) des branches d’un réseau[J].Industr Miner. Mine 2-76, Aérage. Document SIM N3.
    [19]刘剑,贾进章,郑丹.多级机站通风方式中的单向回路问题[J].有色金属,2004,56(1):104-107.
    [20]刘剑,贾进章,于斌.通风网络含有单向回路时的通路算法[J].辽宁工程技术大学学报,2003,22(6):121-124.
    [21] H.CZECZOTT. Teoria pr(?)dów prezyk(?)tnych[M]. Prace AGH, Kraków,1925.
    [22] H.BYSTROń. Sposób kre(?)lenia kanonicznych schematów przewietrzania[J].Przegl?d Górniczy,1956(3):68-72.
    [23] W.BUDRYK. Wentylacja kopalńcz. I. Przewietrzanie wyrobisk. WGH, Katowice,1961.
    [24] Mariannn KOLARCZYK. Wp(?)yw struktury kopalnianej sieci wentylacyjnej na wra?liwo?ci pr?dów powietrza przy zmianach oporów bocznic. GóRNICTWO[J]. Zeszyty Naukowe Politechniki ?l?skej nr 1026, Gliwice 1993:59-65.
    [25]赵以蕙.复杂风网中不稳定风流的方向判别及其应用[J].煤炭学报,1984(2):89-94.
    [26]徐瑞龙.风路的稳定性分析[J].煤炭学报,1988,14(6):43-49.
    [27]黄祥瑞.可靠性工程[M].北京:清华大学出版社,1990(10):56-78.
    [28] Hariri S. A Symbolic Reliability Algorithm based on Path and Cutset Methods[J]. Computers, 1987, 36(10): 34-37.
    [29] Fong C C, Buzacot J A. An algorithm for Symbolic Reliability Computation with Path-sets or cut-sets[J]. IEEE Trans. Reliability, 1987,36(10): 12-24.
    [30] Petrov N N, Butorina O S. Reliability Analysis of Ventilation Systems[J]. Soviet Mining Science, 1986,22(6): 491-496.
    [31] Zhou Lihua, Zhou Rongyi, Li Shuqing. Calculation of System Availability for Mine Ventilation Network based on Boolean Manipulation and Minimization Algorithm in Independence Minimal Path Sets[P]. In: Wang Yajun, Huang Ping, Li Shengcai, eds. Progress in Safety Science and Technology. Beijing/New York: Science Press, 2004,1141-1146.
    [32]徐瑞龙.通风网络的可靠度确定[J].阜新矿业学院学报,1985(14):56-59.
    [33] Frank, P.M. Fault diagnosis in the dynamic systems using analytical and knowledgy-based fault redundancy-a survey and some new results[J]. Automatica, 1990(26): 459-474.
    [34] Fink P.K. and Lusth J. C. .Expert system and diagnostic expertise in the mechanical and electrical domains, IEEE Trans. SMC, 1987,17(3): 340-349.
    [35]中华人民共和国能源部.煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社,1992.
    [36]中华人民共和国煤炭工业部.矿井通风安全监测装置使用管理规定[S].煤炭工业出版社,1995.
    [37]孙继平.矿井安全监控传感器的设置[J].煤矿设计,1999(8):16-17.
    [38]孙继平.矿井安全监控系统[M].北京:煤炭工业出版社,2006,38-39.
    [39] Pena Sofio. Geographic information system formonitoringwaterquality in the distribution network[J].WaterSuppl,1995,13(3):77-81.
    [40] GrayM J. Monitoring of drinking water quality in England and Wales[J]. WaterSuppl,1997,15(4):55-63.
    [41] Lee B H. Optimal locations ofmonitoring stations in water distribution systems [J]. J. Envir. Engrg,ASCE,1992,118(2):4-16.
    [42] Lee B H. Locatingmonitoring stations in water distribution systems[J]. JAWWA, 1991,83(7):60-66.
    [43]孙继平.矿井甲烷、一氧化碳和温度传感器的布置[J].煤炭科学技术,2000,28(1):44-46.
    [44]孙继平,唐亮,陈伟,张欢.煤矿井下长巷道瓦斯传感器间距设计[J].辽宁工程技术大学学报,2009,28(1):21-23.
    [45]孙继平,唐亮,李春生,朱宁,张博.风量比例法在甲烷传感器优化布置中的应用[J].煤炭学报,2008,33(10):1126-1130.
    [46]孙继平,唐亮,陈伟,张向阳,刘艳杰.回采工作面瓦斯分布及传感器部署[J].系统仿真学报,2008,20(4):823-840.
    [47]孙继平,唐亮,陈伟,张博,朱宁,张向阳.基于监测覆盖范围的瓦斯传感器无盲区布置[J].煤炭学报,2008,33(8):946-950.
    [48]朱红青,邬燕云,周心权.煤矿井下输送带火灾传感器报警限和间距设计研究及应用[J].辽宁工程技术大学学报,2009,28(1):21-23.
    [49]王玉民,杨胜来,王冶.矿井风流流动状态临界值的研究[J].山西矿业学院学报,1992,10(3):210-217.
    [50]卢溢洪,陈国忠.矿井安全监测系统井下传感器装备量探索[J].煤炭工程,1987(2):14-17.
    [51]王英敏.矿井通风与防尘[M].北京:冶金工业出版社,1993:160-171.
    [52]黄元平.矿井通风[M].徐州:中国矿业大学出版社,1990:144-147.
    [53]吴中立.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社,1989:33-35.
    [54]王英敏.矿内空气动力学与矿井通风系统[M].北京:冶金工业出版社,1994:14-15.
    [55]孙继平,唐亮,张向阳,刘艳杰.一元线性回归分析在回采工作面瓦斯传感器部署中的应用[J].煤矿安全,2008(5):80-82.
    [56]赵红梅.矿井瓦斯涌出量一元线性回归及区间预测探讨[J].能源技术与管理,2007(3):144-145.
    [57]汪荣鑫.数理统计[M].陕西:西安交通大学出版社,1986:67-78.
    [58]史代敏等.计量经济学[M].成都:西南财经大学出版社,2001:159-167.
    [59]陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社,2001:56-59.
    [60]吴强,梁栋. CFD技术在通风工程中的应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001: 46-48.
    [61]王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应[M].北京:清华大学出版社,2004:36-39.
    [62]翟建华.计算流体力学(CFD )的通用软件[J].河北科技大学学报,2005,26(2):160-165.
    [63]昝军,刘祖德,赵云胜.独头巷道受限贴附射流特征参数对流场的影响研究[J].中国安全科学学报,1999,24(5):498-501.
    [64]高建良,张生华.压入式局部通风工作面风流分布数值模拟研究[J].中国安全科学学报,2004,14(1):32-37.
    [65]姚征,陈康民. CFD通用软件综述[J].上海理工大学学报,2002,24(2):137-144.
    [66]王海桥.掘进工作面射流通风流场研究[J].煤炭学报,1999,24(5):498-501.
    [67]王海桥,刘荣华,陈世强.独头巷道受限贴附射流特征模拟实验研究[J].中国工程科学,2004,6(8):45-49.
    [68]李湖生.矿井通风系统的敏感性和风流稳定性[J].淮南矿业学院学报,1997,17(3):32-37.
    [69]贾进章,马恒.基于灵敏性的通风系统稳定性分析[J].辽宁工程技术大学学报,2002,21(4):428-429.
    [70]王从陆,吴超,王卫军. Lyapounov理论在矿井通风系统稳定性分析中的应用[J].中国安全生产科学技术,2005,1(8):46-49.
    [71]黄光球,陆秋琴,郑彦全.通风系统风流稳定性分析的新方法[J].矿冶工程,2005,25(4):8-11.
    [72]陆秋琴,黄光球,管玉娟.确定影响矿井风流稳定性主要风路的神经网络方法[J].化工矿物与加工,2004,33(7):21-23.
    [73]魏引尚,常心坦,李如明.复杂系统的稳定性分析[J].西安科技学院学报,2003,23(2):119-122.
    [74] N.SZLAZAK,LIU Jian. Numerical Determination of Diagonal Branches in Mining Ventilation Networks[J]. Archives of Mining Sciences, 1998(4):96-99.
    [75]马恒,贾进章,于凤伟.复杂网络中风流的稳定性[J].辽宁工程技术大学学报,2001(2):14-15.
    [76]王树刚.矿内空气非定常流动数值模拟分析[J].辽宁工程技术大学学报,2000(5):499-453.
    [77]王英敏.矿内空气动力学和矿井通风系统[M].冶金工业出版,1994:230-240.
    [78]韦道景.简单角联通风网络风流的稳定性分析及其应用[J].煤矿安全,2001(12):31-33.
    [79]戴国权.在复杂的矿井通风网路中确定角联分支中风流方向的方法[J].煤炭学报,1979(1):73-78.
    [80]周泽馨.节点位势法—中央式通风系统复杂网路的风向判别问题[J].煤炭学报,1982(2):98-102.
    [81]黄元平,赵以蕙.矿井通风复杂网路中不稳定风流的方向判别及其应用[J].煤炭学报,1984(2):23-26.
    [82]刘剑.矿井角联风路的自动识别与处理[J].煤炭科学技术,1996(5):39-43.
    [83]刘剑,李舒伶.角联风路的自动识别[J].中国安全科学学报,1996(6):56-58.
    [84]王慧宾.矿井通风网络理论与算法[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996:158-165.
    [85]蒋长浩.图论与网络流[M].北京:中国林业出版社,2001:154-156.
    [86]卢开澄,卢华明.图论及其应用[M].北京:清华大学出版社,1996:206-210.
    [87]张惠枕.计算机在矿井通风中的应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992:67-78.
    [88]单晓虹.基于遗传算法的RBF神经网络及其在系统辨识中的应用[D].青岛:青岛大学,2006:7-16.
    [89]谭国运.矿井通风网络分析及电算方法[M].北京:煤炭工业出版社,1991:140-150.
    [90]包研科,李娜.数理统计与MATLAB数据处理[M].沈阳:东北大学出版社,2008:174-176.
    [91]刘潇.RBF神经网络在综放工作面自动化控制系统中的应用研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2005:29-37.
    [92]倪友平.RBF神经网络和支持向量机在雷达目标识别中的应用[D].长沙:国防科学技术大学,2004:5-7.
    [93]李桂鑫.基于遗传算法的RBF神经网络用于配电网线损计算[D].天津:天津大学,2007:21-22.
    [94]马成正.基于RBF神经网络的人因可靠性研究[D].大连:大连交通大学,2007:10-12.
    [95]刘晓刚.群体智能算法在神经网络中的应用[D].青岛:青岛大学,2008:5-12.
    [96]雷剑.基于支持向量机优化RBF神经网络的算法及应用研究[D].赣州:江西理工大学,2008:18-22.
    [97]苏岐芳.图的支配集的有效算法[M].台州学院学报,2003,25(6):1-3.
    [98]盛洪波.0-1多项式背包问题的一种精确算法[J].上海大学学报,2006,12(4):389-393.
    [99]张国枢.通风安全学[M].中国矿业大学出版社,2000:167-168.
    [100]王从陆.非灾变时期金属矿复杂矿井通风系统稳定性及数值模拟研究[D].湖南:中南大学博士学位论文,2007:17-18.
    [101]张甫仁,景国勋,顾至凡.矿井通风系统安全可靠性的灰色多层次综合评判[J].煤炭技术,2001,20(6):41-45.
    [102]催岗.矿井通风系统安全可靠性综合评价方法探讨[J].煤炭科学技术,1999(12):34-36.
    [103]谭允祯.矿井(煤矿)通风系统安全度[J].中国安全科学学报, 1999(12):98-102.
    [104]朱川曲.矿井采运提系统可靠性模型及分析[J].煤炭学报,1997,22(4):415-419.
    [105]曹晋华,程侃.可靠性数学引论[J].北京:科学出版社,1986:204-418.
    [106]蒋国安,王新华.矿井主要生产系统可靠性分析的解析模型[J].中国矿业大学学报,1990,19(2):40-49.
    [107]谢贤平,赵梓成.矿井风流的稳定性分析[J].有色矿山,1992(5):23-26.
    [108]王从陆,吴超.矿井通风及其系统可靠性[M].北京:化学工业出版社,2007:164-176.
    [109]周静.矿井通风系统可靠性研究[D].辽宁工程技术大学硕士学位论文,2005:24-28.
    [110]盖德明.矿井通风系统可靠性研究[D].江西理工大学,2008(12):31-35.
    [111]沈翔,吴喜平,董志周.地铁活塞风特性的测试研究[J].暖通空调,2005,35(3):103-106.
    [112]王从陆,吴超,王卫军.活塞风数值模拟及在矿内运输巷道中的应用[J].安全与环境学报,2007,7(3):120-123.
    [113]韩直.公路隧道通风设计的理念与方法[J].地下空间与工程学报,2005,1(3):464-466.
    [114]钟汉枢,李卫民,徐建闽.单向交通隧道通风控制模式研究[J].现代隧道技术,2005,42(2):76-80.
    [115]胡宇峰,陆志良.汽车隧道内气流及污染问题研究[J].中国公路学报,2004,17(4):109-113.
    [116]胡金平,谢永利,李宁军,温玉辉.公路隧道通风网络中交通风的计算原理及应[J].现代隧道技术,2004,41(5):12-15.
    [117] PF Hartman,JW Huijben. Tunnel ventilation and satety in escape routes[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2006,21(4):293-294.
    [118] L Ferkl,G Meinsma, O Sladek. Static Controller for Ventilation of Highway Tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2006,21(4):315-319.
    [119] Chan-Hoon Yoon, Min-Suk Kim, Jin Kim.The evaluation of nutrual ventilation pressure in Korean long load tunnels with vertical shafts[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2006,21(4):472-477.
    [120] Jaroslav Katolicky, Miroslav Jicha. Eulerian lagrangian model for traffic dynamics and its impact on operational ventilation of road tunnels[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2005,93(1):61-77.
    [121] Miroslav Sambolek. Model testing of road tunnel ventilation in normal traffic conditions[J]. Engineering Structure,2004,26(12):1705-1711.
    [122] YH Chiu, DW Etheridge. Experimental technique to determine unsteady flow in natural ventilation stacks at model scale[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2004,92(4):291-313.
    [123] FH von Glehn, SJ Bluhm. Practical Aspects of the ventilation of high-speed developing tunnels in hot working environments[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2000,15(4):471-475.
    [124]景思睿,张鸣远.流体力学[M].陕西:西安交通大学出版社,2001:114-125.
    [125] PG德拉津,WH雷德.流体动力稳定性(周祖巍,顾德炜)[M].北京:宇航出版社,1990:35-40.
    [126]张兆顺,崔桂香.流体力学[M].北京:清华大学出版社,1999:132-139.
    [127] WF休斯,JA布莱顿.流体动力学[M].北京:科学出版社,2002:30-53.