本發(fā)明屬于礦井通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種礦井風(fēng)速傳感器布置的方法。
背景技術(shù):
近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的要求不斷提高和企業(yè)自身現(xiàn)代化建設(shè)的需要,我國(guó)各大、中、小型礦井都陸續(xù)安裝了煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng),在正常通風(fēng)時(shí)期,希望根據(jù)礦井通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)的變化,正確地判斷出導(dǎo)致這些變化的原因、位置及其影響。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)失效后,能夠在第一時(shí)間快速、準(zhǔn)確地診斷出故障位置及原因,及時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、斷電和閉鎖,并實(shí)施有效的控風(fēng)方案,為預(yù)防災(zāi)變的發(fā)生提供有效的救災(zāi)時(shí)間,為搶救和疏散人員器材等提供決策信息等。假設(shè)所有風(fēng)速傳感器的位置確定,如果這些分支的故障巷道范圍庫(kù)中都沒(méi)有包含發(fā)生故障的巷道,就無(wú)法監(jiān)測(cè)到故障的發(fā)生。故作者根據(jù)風(fēng)阻-風(fēng)流變化影響關(guān)系,在故障巷道范圍庫(kù)的基礎(chǔ)上,從宏觀上提出了一種風(fēng)速傳感器布置方法——最少全覆蓋布點(diǎn)法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出了一種礦井風(fēng)速傳感器布置的方法,以達(dá)到用最少數(shù)量的傳感器監(jiān)測(cè)整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中所有分支的目的。
一種礦井風(fēng)速傳感器布置的方法,包括以下步驟:
步驟1、根據(jù)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)造成無(wú)向圖,在故障巷道范圍庫(kù)中,搜索包含分支最多的故障巷道集合,放入一個(gè)集合中;
步驟2、設(shè)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的所有分支組成的集合為全集,獲取故障巷道集合的補(bǔ)集;
步驟3、在故障巷道范圍庫(kù)中查找故障巷道集合的所有真子集;
步驟4、將故障巷道集合及其所有真子集從故障巷道范圍庫(kù)中剔除;
步驟5、在剩下的故障巷道范圍庫(kù)中搜索包含故障巷道集合補(bǔ)集分支最多的集合,放入步驟1中的集合中;
步驟6、獲取故障巷道集合和包含故障巷道集合補(bǔ)集分支最多的集合的并集,并獲取全集中故障巷道集合和該并集的補(bǔ)集;
步驟7、在剩下的故障巷道范圍庫(kù)中找包含故障巷道集合補(bǔ)集分支最多的集合的所有真子集;
步驟8、將包含故障巷道集合補(bǔ)集分支最多的集合及所有真子集從剩下的故障巷道范圍庫(kù)中剔除;
步驟9、反復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟8,直到滿足所有布置傳感器巷道的故障巷道集合的并集包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的所有分支;
步驟10、布置的風(fēng)速傳感器監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)中的每一條巷道,完成礦井風(fēng)速傳感器的布置。
步驟9所述的直到滿足所有布置傳感器巷道的故障巷道集合的并集包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的所有分支;具體公式如下:
S(v)={i|∑W(i)=E} (1)
其中,S(v)表示所有布置傳感器巷道的故障巷道集合的并集,W(i)表示對(duì)第i條巷道風(fēng)量影響較大的巷道集合,E表示無(wú)向圖的邊集。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提出了一種礦井風(fēng)速傳感器布置的方法,優(yōu)點(diǎn)是在滿足風(fēng)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中所有分支的前提下減少風(fēng)速傳感器的數(shù)量,使傳感器布設(shè)位置更加合理,整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也更加可靠。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的礦井風(fēng)速傳感器布置的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例中,參考求解無(wú)向圖的極小邊支配集(非多余支配集)的思想,提出了最少全覆蓋布點(diǎn)法;首先把通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)造成無(wú)向圖G=(V,E),其中,G表示無(wú)向圖,V表示頂點(diǎn)集,E表示邊集。當(dāng)可行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的故障巷道集合W(i)的并集S(v)包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的所有分支時(shí),S(v)可以看作無(wú)向圖G=(V,E)的支配集,而所含監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目最少的可行監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合S(v)min可以看做是向圖G=(V,E)最小支配集;
本發(fā)明實(shí)施例中,礦井風(fēng)速傳感器布置的方法,方法流程圖如圖1所示,包括以下步驟:
步驟1、根據(jù)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)造成無(wú)向圖,在故障巷道范圍庫(kù)中,搜索包含分支最多的故障巷道集合W1(i),放入S(v)中;
步驟2、設(shè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)所有分支組成的集合為全集S,求故障巷道集合W1(i)的補(bǔ)集S1;
步驟3、在故障巷道范圍庫(kù)中找故障巷道集合W1(i)的所有真子集;
步驟4、將故障巷道集合W1(i)及其所有真子集從故障巷道范圍庫(kù)中剔除;
步驟5、在剩下的故障巷道范圍庫(kù)中搜索包含故障巷道集合補(bǔ)集S1分支最多的集合W2(i),放入集合S(v)中;
步驟6、獲取故障巷道集合W1(i)和集合W2(i)的并集,并獲取全集S中故障巷道集合W1(i)和集合W2(i)的補(bǔ)集S2;
步驟7、在剩下的故障巷道范圍庫(kù)中找集合W2(i)的所有真子集;
步驟8、把集合W2(i)及所有真子集從剩下的故障巷道范圍庫(kù)中剔除;
步驟9、反復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟8,直到滿足所有布置傳感器巷道的故障巷道集合的并集包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的所有分支;
本發(fā)明實(shí)施例中,布置的風(fēng)速傳感器能夠監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)中的每一條巷道,即所有布置傳感器巷道的故障巷道集合W(i)的并集應(yīng)該包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的所有分支,可表示為
S(v)={i|∑W(i)=E} (1)
其中,S(v)表示所有布置傳感器巷道的故障巷道集合的并集,W(i)表示對(duì)第i條巷道風(fēng)量影響較大的巷道集合,E表示無(wú)向圖的邊集。
本發(fā)明實(shí)施例中,滿足式(1)中條件的集合可能有多個(gè),需要從這樣的集合中選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量最少的集合,即
S(v)min=min{S(v)|∑i} (2)
本發(fā)明實(shí)施例中,滿足式(2)的集合也可能有多個(gè),提出分支覆蓋度的概念,即
分支覆蓋度是指故障巷道集合W(i)的并集S(v)中包含的故障巷道的個(gè)數(shù)之和;該指標(biāo)代表監(jiān)測(cè)巷道集合的測(cè)量重合度;各巷道分支覆蓋度越大,測(cè)量重合度就越大,當(dāng)某一風(fēng)速傳感器失效時(shí),其他未失效的傳感器能繼續(xù)監(jiān)測(cè)失效傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的巷道。也就是說(shuō)分支覆蓋度越大,可靠性就越高。因此,在S(v)min中找出重合度最大的集合作為最佳布點(diǎn)方案;
步驟10、布置的風(fēng)速傳感器監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)中的每一條巷道,完成礦井風(fēng)速傳感器的布置。
本發(fā)明方法既滿足了最少全覆蓋布點(diǎn)的概念,又滿足了分支覆蓋度最大的目標(biāo)。
本發(fā)明實(shí)施例中,以大明礦為例進(jìn)行說(shuō)明,大明礦目前使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)為KJ2000,安設(shè)的傳感器以氣體傳感器為主,主要是甲烷傳感器,它可以較全面地了解井下的瓦斯情況,實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯災(zāi)害的早期預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。然而,安設(shè)的風(fēng)速傳感器較少,整個(gè)礦井安設(shè)的風(fēng)速傳感器只有7個(gè),所在的巷道及節(jié)點(diǎn)名稱如表1所示;
表1安設(shè)風(fēng)速傳感器巷道
本發(fā)明實(shí)施例中,通過(guò)最少全覆蓋布點(diǎn)法考察這7個(gè)傳感器是否全面反映整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的狀況,如果不符合將對(duì)大明礦的風(fēng)速傳感器進(jìn)行重新布置或增設(shè)風(fēng)速傳感器。
從大明礦故障巷道范圍庫(kù)中,找到風(fēng)速傳感器所在巷道的故障巷道集合:
W(303)={132,134,138,155,160,180,181,192,196,217,239,240,267,303,310,313,324};
W(159)={132,134,138,155,159,164,180,181,192,196,217,239,240,264,267,313,324};
W(240)={15,16,18,19,20,21,45,132,134,138,147,155,164,179,180,181,182,190,192,196,199,200,202,203,204,205,206,217,237,239,240,242,264,265,266,267,313,324};
W(199)={179,181,182,190,192,196,199,200,202,203,204,205,206,209,210,211,217,245,250,264,267,313,324};
W(21)={2,3,4,5,15,16,18,19,20,23,24,25,30,41,44,45,51,65,67,69,70,80,81,82,83,84,85,89,90,91,92,93,94,103,113,115,121,124,126,129,130,131,132,134,138,142,152,155,166,167,180,181,192,194,196,217,225,227,230,232,233,239,240,264,265,266,267,271,308,309,311,313,314,316,321,322,324};
W(46)={2,3,4,15,16,18,19,20,21,23,25,30,41,44,45,46,47,48,51,54,55,60,65,67,69,70,73,80,81,82,83,84,85,89,90,91,92,93,94,95,96,103,113,115,119,121,123,124,126,128,129,130,132,134,196,232,233,264,267,309,311,316};
W(69)={73,81,82,83,84,89,90,91,92,93,94,95,132,134,160,180,181,192,196,217,239,240,264,267,303,313,324};
本發(fā)明實(shí)施例中,從以上7個(gè)故障巷道集合可以看出,每個(gè)風(fēng)速傳感器的監(jiān)測(cè)范圍都較大,且每條巷道都屬于通風(fēng)系統(tǒng)的主要巷道,因此布點(diǎn)較合理,不需要改變布點(diǎn)位置。
求這7個(gè)集合的并集:
S(A)={2,3,4,5,15,16,18,19,20,21,23,24,25,30,41,44,45,46,47,48,51,54,55,60,65,67,69,70,73,80,81,82,83,84,85,89,90,91,92,93,94,95,96,103,113,115,119,121,123,124,126,128,129,130,131,132,134,138,142,147,152,155,159,160,164,166,167,179,180,181,190,192,194,196,199,200,202,203,204,205,206,209,210,211,217,230,232,233,239,240,242,245,250,264,265,266,267,271,303,308,309,310,311,313,314,316,321,322,324};
本發(fā)明實(shí)施例中,S(A)并不能滿足最少全覆蓋布點(diǎn)法中的“全覆蓋”,也就是說(shuō),當(dāng)系統(tǒng)中有些地點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),現(xiàn)有的傳感器并不能監(jiān)測(cè)到。因此對(duì)并集以外未能覆蓋到的巷道,再次利用最少全覆蓋布點(diǎn)法補(bǔ)設(shè)風(fēng)速傳感器,選擇最少的布點(diǎn),使布點(diǎn)所在巷道的故障巷道范圍的并集滿足S(A)的補(bǔ)集S(B)。
S(B)={1,6,7,8,9,10,11,12,13,14,17,22,26,27,28,29,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,42,43,49,50,52,53,56,57,58,59,61,62,63,64,66,68,71,72,74,75,76,77,78,79,86,87,88,97,98,99,100,101,102,104,105,106,107,108,109,110,111,112,114,116,117,118,120,122,125,127,133,135,136,137,139,140,141,143,144,145,146,148,149,150,151,153,154,156,157,158,161,162,163,165,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,178,182,183,184,185,186,187,188,189,191,193,195,197,198,201,207,208,212,213,214,215,216,218,219,220,221,222,223,224,225,226,227,228,229,231,234,235,236,237,238,241,243,244,246,247,248,249,251,252,253,254,255,256,257,258,259,260,261,262,263,268,269,270,272,273,274,275,276,277,278,279,280,281,282,283,284,285,286,287,288,289,290,291,292,293,294,295,296,297,298,299,300,301,302,304,305,306,307,312,315,317,318,319,320,323,325,326,327,328,329,330};
滿足以上條件的布點(diǎn)集合為:
S(B)=W(24)+W(75)+W(122)+W(123)+W(126)+W(135)+W(136)+W(138)+W(143)+W(145)+W(147)+W(149)+W(150)+W(157)+W(161)+W(162)+W(170)+W(188)+W(183)+W(191)+W(193)+W(197)+W(198)+W(201)+W(208)+W(212)+W(213)+W(215)+W(218)+W(221)+W(223)+W(228)+W(231)+W(238)+W(243)+W(260)+W(261)+W(263)+W(268)+W(275)+W(276)+W(277)+W(280)+W(287)+W(289)+W(290)+W(291)+W(292)+W(293)+W(294)+W(295)+W(296)+W(297)+W(298)+W(300)+W(301)+W(306)+W(315)+W(317)+W(319)+W(320)+W(323)+W(326)+W(328)
本發(fā)明實(shí)施例中,布點(diǎn)數(shù)量為64個(gè),即還需要增加64個(gè)風(fēng)速傳感器;
盡管以上布點(diǎn)滿足最少全覆蓋布點(diǎn)法,但這些布點(diǎn)之中,只有少數(shù)集合,像W(24)、W(143)、W(276)分支覆蓋度較大,像W(287)、W(289)、W(290)、W(291)、W(292)、W(315)、W(317)、W(319)、W(320)、W(323)的分支覆蓋度非常小,其中一些的聯(lián)絡(luò)巷,它的風(fēng)阻變化只會(huì)影響它本身的風(fēng)量,而且影響也較小,其它任何巷道風(fēng)阻變化基本不會(huì)對(duì)它造成影響,并且它的風(fēng)阻變化也不會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)中的其它巷道,在這樣的巷道布點(diǎn),只是為了滿足最少全覆蓋布點(diǎn)法中的“全覆蓋”,對(duì)井下正常生產(chǎn)不會(huì)造成任何影響。因此最少全覆蓋布點(diǎn)法可以不覆蓋這些分支;
根據(jù)以上分析,最終選擇的布點(diǎn)集合為:
S(C)=W(25)+W(143)+W(276)+W(243)+W(223)+W(147);
即增加布點(diǎn)巷道有6個(gè),分別為東翼運(yùn)輸大巷(分支號(hào)為25)、143分支、西翼運(yùn)輸大巷(分支號(hào)為276)、WE1601運(yùn)順(分支號(hào)為243)、-410東翼運(yùn)輸大巷(分支號(hào)為223)、-410西翼皮帶上山(分支號(hào)為147)。
鐵法大明礦安全監(jiān)控系統(tǒng)布置的風(fēng)速傳感器共13個(gè),總監(jiān)測(cè)范圍有254條分支,大明礦總共有330條分支,其分支監(jiān)測(cè)率達(dá)到了77%。