本發(fā)明屬于礦井通風自動化
技術(shù)領域：
，具體涉及一種礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法。
背景技術(shù)：
：礦井通風是保障礦井安全和良好生產(chǎn)環(huán)境的最主要技術(shù)手段之一。在礦井生產(chǎn)過程中，必須源源不斷地將地面新鮮空氣輸送到井下各作業(yè)地點，以供給人員呼吸，并稀釋和排除井下各種有毒、有害的氣體和礦塵，創(chuàng)造良好的礦內(nèi)工作環(huán)境，保障井下作業(yè)人員的身體健康和勞動安全。礦井通風的主要任務是：根據(jù)井下各個地點的溫度、濕度、有害氣體和礦塵濃度實時保證供風質(zhì)量，滿足正常時期和災變時期各用風地點按時按需供風。但是，一般大中礦井的通風系統(tǒng)通常是由幾百條，甚至上千條風道組成的非線性流體網(wǎng)絡；因此，無論是人工控風還是自動控風，無論正常時期還是災變時期，如果需要精確掌握供風質(zhì)量和控風效果，以及，如果需要精確掌握瓦斯涌出量預計、粉煤塵排量測算、漏風診斷、火源溫度和熱力風壓分析、風阻變化等狀態(tài)識別，都需要實時監(jiān)測和計算每個用風地點和每條風道的精確供風量。隨著地面大氣壓和地溫的變化、巷道的變形、掘進面和回采面的推進、通風設施的狀態(tài)改變和各種車輛和設備的擾動，每條風道的風量都是隨時變化的。另外，由于各條風道的條件和環(huán)境不同，有些風道是無法安裝風速傳感器的，例如，立井井筒、漏風通道等。既使安裝風速傳感器，限于現(xiàn)有的風速傳感器靈敏度較低、量程太窄，一般的風速傳感器啟動風速不低于0.2m/s，量程為0.2m/s-5m/s，對于較低的風速無法精確監(jiān)測。事實上，由于行人、運輸裝備的影響，風速傳感器只能安裝在靠近巷道頂部和兩幫的位置，這些位置風速都比較低，因此給風速的精確監(jiān)測帶了很大困難。綜上所述，如何通過安裝較少的風速傳感器，用科學的安裝方法，使得能夠精確監(jiān)測和計算礦井每條風道的通風量，是實現(xiàn)精確按時按需供風必要手段。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法，可有效解決上述問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明提供一種礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法，包括以下步驟：步驟1，建立完整的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖并編號，編號方法為：將進風井口和回風井口這兩個節(jié)點各編制為一個編號；對于其他節(jié)點，按照風流流動方向，從始點到終點對各節(jié)點按從小到大順序進行編號；另外，還編制各風道的風道號；設礦井通風系統(tǒng)共有m個節(jié)點和n條風道，m和n均為自然數(shù)；由此得到編號后的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)，其中，v＝{v1,v2,…,vm}，v為節(jié)點集合，v1,v2,...,vm分別代表第1節(jié)點、第2節(jié)點...第m節(jié)點；e＝{e1,e2,…,en},e為風道集合；e1,e2,...,en分別代表第1風道、第2風道...第n風道；步驟2，進行全局通風阻力測定，并通過礦井通風平差計算，獲得準確的滿足通風平衡定律的通風系統(tǒng)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，其中，t0代表通風系統(tǒng)初始狀態(tài)；r0、a0、b0、c0、q0、h0和hz0分別為各風道的風網(wǎng)的風阻向量、風機特性曲線二次項系數(shù)向量、風機特性曲線一次項系數(shù)向量、風機特性曲線常數(shù)項向量、風網(wǎng)的風量向量、風網(wǎng)的阻力向量和風網(wǎng)的自然風壓向量；步驟3，根據(jù)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，計算得到靈敏度矩陣sl：其中，sij為通風系統(tǒng)在初始狀態(tài)t0時，第i風道的風量qi關(guān)于第j風道的風阻rj的變化率，即步驟4，按照風道風阻的穩(wěn)定性和重要性，將風道劃分為以下四類，分別為：i類風道、ii類風道、iii類風道和iv類風道；其中，i類風道指風阻穩(wěn)定且可直接精確測量風阻的風道；ii類風道指風阻呈多態(tài)性，在不同時段取不同風阻值的風道；iii類風道指需風量固定的風道；iv類風道指：除去i類風道、ii類風道和iii類風道外的其它風道；i類風道、ii類風道、iii類風道和iv類風道分別對應風道集ei、eii、eiii和eiv；按照風量的必測性、靈敏性和可測性，將風道劃分為以下五類，分別為：a類風道、b類風道、c類風道、d類風道和e類風道；其中，a類風道指：按照相關(guān)礦山安全規(guī)定必須監(jiān)測風量的風道；b類風道指：ii類風道風阻變化引起風量敏感變化的風道；c類風道指：風量不可直接測量的風道；d類風道指：與i類風道相連的非i類風道；e類風道指：除去a類風道、b類風道、c類風道和d類風道外的其它風道；a類風道、b類風道、c類風道、d類風道和e類風道分別對應風道集ea、eb、ec、ed和ee；步驟5，在步驟1得到的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)中，查找出i類風道組成的各個連通片，把每一個連通片簡化成一個虛擬節(jié)點，也將每一個進回風井口簡化成一個井口節(jié)點，由此得到簡化后的通風系統(tǒng)；簡化后的通風系統(tǒng)構(gòu)成一個新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)；其中，v1為新的通風網(wǎng)絡的節(jié)點集合，e1為新的通風網(wǎng)絡的風道集合；步驟6，對于新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)中的風道，按照d類風道、c類風道、ii類風道、iv類風道、b類風道、iii類風道、a類風道和ee-ei類風道的順序進行排序，并去掉排序在后出現(xiàn)的重復風道，共得到p個風道，按順序依次記為：風道es1、風道es2…風道esp；由此得到序列s：{s}＝{es1,es2,…,esp}步驟7，對于新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)，按照序列{s}中的風道順序，用加邊法求出g1＝(v1,e1)的一棵生成樹t1，其樹支集合et＝{et1,et2,…,etk}，連支集合el＝{el1,el2,…,el(p-k)}；其中，et1為樹支集合中第1個風道；et2為樹支集合中第2個風道…etk為樹支集合中第k個風道；el1為連支集合中第1個風道；el2為連支集合中第2個風道…el(p-k)為連支集合中第p-k個風道；其中，p和k均為自然數(shù)，并且，1≤k＜p；步驟8，通過以下公式求取布置風速傳感器的風道集es：es＝el∪ea步驟9，在風道集es中的每個風道上布置風速傳感器，通過風速傳感器測量得到對應風道的風速監(jiān)測值；基于風道斷面計算方法求出es中每個風道的風量；用最優(yōu)平差的方法計算樹支集合et中每個風道的風量；再利用固定風量解算方法計算出風道集ei中每個風道的風量；至此計算出通風系統(tǒng)中所有風道的風量。優(yōu)選的，步驟4中，通過以下方法確定b類風道：步驟4.1，設ii類風道對應的風道集eii＝{eπ1,eπ2,...,eπf},即：風道集eii共包含f個風道，分別為eπ1、eπ2…eπf；基于步驟3得到的靈敏度矩陣sl，得到風道eπ1的風阻相對于第1風道的風量的靈敏度s11；風道eπ1的風阻相對于第2風道的風量的靈敏度s12，依此類推，直到風道eπ1的風阻相對于第n風道的風量的靈敏度s1n；得到風道eπ2的風阻相對于第1風道的風量的靈敏度s21；風道eπ2的風阻相對于第2風道的風量的靈敏度s22，依此類推，直到風道eπ2的風阻相對于第n風道的風量的靈敏度s2n；依此類推直到得到風道eπf的風阻相對于第1風道的風量的靈敏度sf1；風道eπf的風阻相對于第2風道的風量的靈敏度sf2，依此類推，直到風道eπf的風阻相對于第n風道的風量的靈敏度sfn；步驟4.2，計算|s11|+|s21|+|sf1|的和，計為sum1；計算|s12|+|s22|+|sf2|的和，計為sum2；依此類推，直到計算|s1n|+|s2n|+|sfn|的和，計為sumn；其中，“||”代表絕對值符號；步驟4.3，預設定靈敏度預設閾值sum0，從sum1、sum2…sumn中查找到大于sum0的值，大于sum0的sumi所對應的風道即為第i風道，其中，i∈(1、2…n)；步驟4.4，大于sum0的sumi所對應的風道集合再減去eii風道集合，即得到b類風道。優(yōu)選的，步驟9中，風速傳感器采用以下方法安裝到風道上：加工一根長為l、直徑為d的薄壁圓管，圓管中間是一段長度為l、直徑為d的變徑管，變徑管用于聚風和安裝風速傳感器；最后把圓管安裝到巷道中，使圓管中心到巷道的幫距為x；當l和d相對于l和d滿足設定放大倍數(shù)時，圓管起到聚風的作用，即：可將圓管中心位置未安裝圓管時的原始風速vx放大到傳感器的啟動風速vq以上，實現(xiàn)風速傳感器對低風速的有效監(jiān)測。優(yōu)選的，圓管采用的材質(zhì)為pvc或輕型金屬材料。優(yōu)選的，圓管和變徑管的相交部位采用流線形過渡，以減少局部阻力。優(yōu)選的，還包括：對于風道集es中的每個風道，當通過布置風速傳感器測量得到風道中傳感器風速vc后，通過以下公式計算巷道平均風速vp：vp＝avc+b其中，a為傳感器風速和巷道平均風速的第1校驗系數(shù)；b為傳感器風速和巷道平均風速的第2校驗系數(shù)。本發(fā)明提供的一種礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明提供的礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法，利用普通的風速傳感器及較少的安裝數(shù)量，可實時獲得每條風道較準確的風量，為通風系統(tǒng)在線分析狀態(tài)識別和診斷提供了一個可行的解決方案。(2)對于風速較低的風道，本發(fā)明給出了一種低風速的長距低阻聚風風速傳感器安裝方法，提高了風速傳感器測量量程和靈敏度。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明提供的簡化的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明提供的監(jiān)測布局生成樹圖；圖4為本發(fā)明提供的靠近巷道頂部或兩幫的低風速區(qū)傳感器安裝原理圖。具體實施方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供一種完整的礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置與安裝方法，利用該方法可以有效地解決礦井通風系統(tǒng)風流狀態(tài)不能精確監(jiān)測的技術(shù)難題，滿足礦井通風系統(tǒng)正常時期和災變時期各風道風流的精確監(jiān)測需求，是實現(xiàn)通風系統(tǒng)自動化的重要技術(shù)基礎之一。本發(fā)明提供一種礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法，包括以下步驟：步驟1，建立完整的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖并編號，編號方法為：將進風井口和回風井口這兩個節(jié)點各編制為一個編號；對于其他節(jié)點，按照風流流動方向，從始點到終點對各節(jié)點按從小到大順序進行編號；另外，還編制各風道的風道號；設礦井通風系統(tǒng)共有m個節(jié)點和n條風道，m和n均為自然數(shù)；由此得到編號后的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)，其中，v＝{v1,v2,…,vm}，v為節(jié)點集合，v1,v2,...,vm分別代表第1節(jié)點、第2節(jié)點...第m節(jié)點；e＝{e1,e2,…,en},e為風道集合；e1,e2,...,en分別代表第1風道、第2風道...第n風道；步驟2，進行全局通風阻力測定，并通過礦井通風平差計算，獲得準確的滿足通風平衡定律的通風系統(tǒng)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，其中，t0代表通風系統(tǒng)初始狀態(tài)；r0、a0、b0、c0、q0、h0和hz0分別為各風道的風網(wǎng)的風阻向量、風機特性曲線二次項系數(shù)向量、風機特性曲線一次項系數(shù)向量、風機特性曲線常數(shù)項向量、風網(wǎng)的風量向量、風網(wǎng)的阻力向量和風網(wǎng)的自然風壓向量；步驟3，根據(jù)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，計算得到靈敏度矩陣sl：其中，sij為通風系統(tǒng)在初始狀態(tài)t0時，第i風道的風量qi關(guān)于第j風道的風阻rj的變化率，即對于靈敏度矩陣sl，既可以按行查找出影響每個風道風量變化快慢的風道風阻順序，也可以按列查找到每個風道風阻的變化影響到的風道風量變化的快慢順序。步驟4，按照風道風阻的穩(wěn)定性和重要性，將風道劃分為以下四類，分別為：i類風道、ii類風道、iii類風道和iv類風道；其中，i類風道指風阻穩(wěn)定且可直接精確測量風阻的風道；ii類風道指風阻呈多態(tài)性，在不同時段取不同風阻值的風道；iii類風道指需風量固定的風道；iv類風道指：除去i類風道、ii類風道和iii類風道外的其它風道；i類風道、ii類風道、iii類風道和iv類風道分別對應風道集ei、eii、eiii和eiv；按照風量的必測性、靈敏性和可測性，將風道劃分為以下五類，分別為：a類風道、b類風道、c類風道、d類風道和e類風道；其中，a類風道指：按照相關(guān)礦山安全規(guī)定必須監(jiān)測風量的風道；b類風道指：ii類風道風阻變化引起風量敏感變化的風道；c類風道指：風量不可直接測量的風道；d類風道指：與i類風道相連的非i類風道；e類風道指：除去a類風道、b類風道、c類風道和d類風道外的其它風道；a類風道、b類風道、c類風道、d類風道和e類風道分別對應風道集ea、eb、ec、ed和ee；步驟4中，通過以下方法確定b類風道：步驟4.1，設ii類風道對應的風道集eii＝{eπ1,eπ2,...,eπf},即：風道集eii共包含f個風道，分別為eπ1、eπ2…eπf；基于步驟3得到的靈敏度矩陣sl，得到風道eπ1的風阻相對于第1風道的風量的靈敏度s11；風道eπ1的風阻相對于第2風道的風量的靈敏度s12，依此類推，直到風道eπ1的風阻相對于第n風道的風量的靈敏度s1n；得到風道eπ2的風阻相對于第1風道的風量的靈敏度s21；風道eπ2的風阻相對于第2風道的風量的靈敏度s22，依此類推，直到風道eπ2的風阻相對于第n風道的風量的靈敏度s2n；依此類推直到得到風道eπf的風阻相對于第1風道的風量的靈敏度sf1；風道eπf的風阻相對于第2風道的風量的靈敏度sf2，依此類推，直到風道eπf的風阻相對于第n風道的風量的靈敏度sfn；步驟4.2，計算|s11|+|s21|+|sf1|的和，計為sum1；計算|s12|+|s22|+|sf2|的和，計為sum2；依此類推，直到計算|s1n|+|s2n|+|sfn|的和，計為sumn；其中，“||”代表絕對值符號；步驟4.3，預設定靈敏度預設閾值sum0，從sum1、sum2…sumn中查找到大于sum0的值，大于sum0的sumi所對應的風道即為第i風道，其中，i∈(1、2…n)；步驟4.4，大于sum0的sumi所對應的風道集合再減去eii風道集合，即得到b類風道。步驟5，在步驟1得到的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)中，查找出i類風道組成的各個連通片，把每一個連通片簡化成一個虛擬節(jié)點，也將每一個進回風井口簡化成一個井口節(jié)點，由此得到簡化后的通風系統(tǒng)；簡化后的通風系統(tǒng)構(gòu)成一個新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)；其中，v1為新的通風網(wǎng)絡的節(jié)點集合，e1為新的通風網(wǎng)絡的風道集合；本步驟中，將i類風道組成的各個連通片簡化為虛擬節(jié)點，可以減少傳感器布置數(shù)量。步驟6，對于新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)中的風道，按照d類風道、c類風道、ii類風道、iv類風道、b類風道、iii類風道、a類風道和ee-ei類風道的順序進行排序，并去掉排序在后出現(xiàn)的重復風道，共得到p個風道，按順序依次記為：風道es1、風道es2…風道esp；由此得到序列s：{s}＝{es1,es2,…,esp}步驟7，對于新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)，按照序列{s}中的風道順序，用加邊法求出g1＝(v1,e1)的一棵生成樹t1，其樹支集合et＝{et1,et2,…,etk}，連支集合el＝{el1,el2,···,el(p-k)}；其中，et1為樹支集合中第1個風道；et2為樹支集合中第2個風道…etk為樹支集合中第k個風道；el1為連支集合中第1個風道；el2為連支集合中第2個風道…el(p-k)為連支集合中第p-k個風道；其中，p和k均為自然數(shù)，并且，1≤k＜p；步驟8，通過以下公式求取布置風速傳感器的風道集es：es＝el∪ea利用步驟5-步驟8的排序方法得到傳感器布置方案，既能避免在不可測或不易測的風道上布置風速傳感器，也充分利用了靈敏特征，使得只要ii類風道的風阻有變化，其影響較靈敏的風道上風速傳感器就能測到。步驟9，在風道集es中的每個風道上布置風速傳感器，通過風速傳感器測量得到對應風道的風速監(jiān)測值；基于風道斷面計算方法求出es中每個風道的風量；用最優(yōu)平差的方法計算樹支集合et中每個風道的風量；再利用固定風量解算方法計算出風道集ei中每個風道的風量；至此計算出通風系統(tǒng)中所有風道的風量。本步驟中，風速傳感器采用以下方法安裝到風道上：加工一根長為l、直徑為d的薄壁圓管，圓管中間是一段長度為l、直徑為d的變徑管，變徑管用于聚風和安裝風速傳感器；最后把圓管安裝到巷道中，使圓管中心到巷道的幫距為x；當l和d相對于l和d滿足設定放大倍數(shù)時，圓管起到聚風的作用，即：可將圓管中心位置未安裝圓管時的原始風速vx放大到傳感器的啟動風速vq以上，實現(xiàn)風速傳感器對低風速的有效監(jiān)測。還包括：對于風道集es中的每個風道，當通過布置風速傳感器測量得到風道中傳感器風速vc后，通過以下公式計算巷道平均風速vp：vp＝avc+b其中，a為傳感器風速和巷道平均風速的第1校驗系數(shù)；b為傳感器風速和巷道平均風速的第2校驗系數(shù)。以圖1為例，說明本發(fā)明的一個具體實施方式：如圖1所示，為礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖。假設圖1中，風道10、11、12為風阻變化較大的回采工作面所在風道；風道3、4、5為風阻基本上不變的進風區(qū)的自然分風風道；風道1、13是無法布置風速傳感器的不可測風風道；風道16為風機所在風道，其風機工作特性曲線為：pf＝-0.09921q2+2.54271q+4861.9637步驟1，建立完整的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖并編號，得到編號后的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)，其中，v＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11}為節(jié)點集，e＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16}為風道集。即，在圖1中，共有11個節(jié)點16個風道。步驟2，對通風系統(tǒng)進行全局通風阻力測定，全局通風阻力測定結(jié)果如表1所示。表1通風系統(tǒng)阻力測定計算結(jié)果對于圖1和表1，采用自然分風解算方法求出準確的滿足通風平衡定律的通風系統(tǒng)初始狀態(tài)，如表2所示。表2通風系統(tǒng)初始狀態(tài)步驟3、計算各風道風量對所有風道風阻對應的靈敏度矩陣，結(jié)果見表3。表3通風系統(tǒng)風量對風阻的靈敏度步驟4、根據(jù)圖1的風道特征，按照風阻的穩(wěn)定性和重要性，將風道劃分為i類風道(風阻穩(wěn)定且可直接精確測量風阻的風道)、ii類風道(風阻呈多態(tài)性，在不同時段取不同風阻值的風道)、iii風道(需風量固定的風道)、iv風道(除去i類風道、ii類風道和iii類風道外的其它風道)。i類風道、ii類風道、iii類風道和iv類風道分別對應風道集ei、eii、eiii和eiv；對于圖1的通風系統(tǒng)，可得：ei＝{3,4,5}，eii＝{10,11,12}，eiii＝{10,11,12,16}，eiv＝{1,2,6,7,8,9,13,14,15}按照風量的必測性、靈敏性和可測性，將風道劃分為a類風道(按照相關(guān)礦山安全規(guī)定必須監(jiān)測風量的風道)、b類風道(ii類風道風阻變化引起風量敏感變化的風道)、c類風道(風量不可直接測量的風道，如立井井筒、漏風風道、超低風速風道等)、d類風道(與i類風道相連的非i類風道)和e類風道(除去a類風道、b類風道、c類風道和d類風道外的其它風道)。由本例可知，回采工作面回風側(cè)必須布置風速傳感器，因此，ea＝{10,11,12,16}由表3可知，ii類風道，即風道10、風道11、風道12的風阻變化引起風量敏感變化的風道包括風道13、7、6、8、9、14、15和5，因此，eb＝{13,7,6,8,9,14,15,5}同樣可得ec＝{1,13}，ed＝{2,6,7}，ee＝{3,4}。步驟5、在步驟1得到的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)中，查找出i類風道組成的各個連通片，把每一個連通片簡化成一個虛擬節(jié)點。在圖1中，i類風道只組成1個連通片，將該連通片簡化成一個虛擬節(jié)點，即節(jié)點12，也將每一個進回風井口簡化成一個井口節(jié)點，即節(jié)點13，得到簡化后的通風系統(tǒng)；簡化后的通風系統(tǒng)構(gòu)成一個新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)，見圖2。步驟6，對于圖2中未簡化掉的風道，即風道1、2、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16，按照d類風道、c類風道、ii類風道、iv類風道、b類風道、iii類風道、a類風道和ee-ei類風道的順序進行排序，并去掉排序在后出現(xiàn)的重復風道，得到序列：{s}＝{2,6,7,1,13,10,11,12,8,9,14,15,16}步驟7，對新的通風網(wǎng)絡g1＝(v1,e1)，按照序列{s}中的順序，用加邊法求出g1＝(v1,e1)的一棵生成樹t1，見圖3。由圖3可知，其樹支集合et＝{2,6,7,1,13,10,14}，連支集合el＝{11,12,8,9,15,16}。步驟8，通過以下公式求取布置風速傳感器的風道集es：es＝el∪ea＝{11,12,8,9,15,16,10}步驟9，在風道集es中的每個風道上布置風速傳感器，通過風速傳感器測量得到對應風道的風速監(jiān)測值；基于風道斷面計算方法求出es中每個風道的風量；本例中，es包含了el且比el的風道多，因此，可以用最優(yōu)平差的方法計算樹支集合et＝{2,6,7,1,13,10,14}中每個風道的風量。利用ea中比el多出的風速監(jiān)測數(shù)量進行平差，可以進一步提高監(jiān)測數(shù)據(jù)精度。再利用固定風量解算方法計算出圖中風道集ei＝{3,4,5}中每個風道的風量。至此，至此計算出通風系統(tǒng)中所有風道的風量。下面給出如何安裝風速傳感器，才能對低風速進行有效監(jiān)測，提高其監(jiān)測量程和靈敏度：假設風速傳感器的啟動風速為vq，需要能精確監(jiān)測的風速為vx。不妨假設巷道的當量直徑為dh，由于圓管中心位置o點到巷道的幫距為x，離巷道中心較遠，在未安裝本發(fā)明圓管時，o點的風速vx一般較小，達不到一般風速傳感器的啟動風速vq，故無法監(jiān)測。因此，發(fā)明人采用pvc或輕型金屬材料加工一根長為l、直徑為d的薄壁圓管，圓管中間是一段長度為l、直徑為d的變徑管，變徑管用于聚風和安裝風速傳感器，要求d和l足夠的小，以能安裝下風速傳感器為限，而且d和d管徑的連接部位盡量采用流線形過渡，以便盡量減少局部阻力。此方法的特征在于，當l和d相對于l和d足夠大時，圓管具有聚風的作用，即，可把風速vx放大到傳感器的啟動風速vq以上。下面以圓形巷道的層流流態(tài)為例，給出d和l的估算方法：變徑部分和傳感器的局部風阻值rj，圓管的單位長度風阻值rt和巷道環(huán)型空間的單位長度風阻值rh。則風道中傳感器風速vc(安裝圓管時o點的風速值)、巷道平均風速vp和圓管中心原始風速vx(即未安裝圓管時o點的風速值)存在如下關(guān)系：其中：a為聚風系數(shù)，r0為巷道半徑。從上式可以看出，r0,l,d,rj,rt,rh一定時，d和l越大，聚風系數(shù)越大，則聚風效果越好。例如，取r0＝3,l＝0.2,d＝0.15,rj＝0.005,rt＝0.001,rh＝0.0002，vp＝0.4,d＝0.9,x＝0.5，則得到表4。表4長度l與聚風系數(shù)a的關(guān)系lvxavc0.50.24440.70180.171510.24441.36360.333330.24443.67350.897950.24445.55551.1380由表4可知，如果風速傳感器的啟動風速為0.3，當巷道風速為0.4時，vx＝0.2444，因此，vx低于風速傳感器的啟動風速，風速傳感器無法直接監(jiān)測該點的風速值；安裝圓管后，假設l＝0.5,vc＝0.1715，vc低于風速傳感器的啟動風速，風速傳感器也不能進行監(jiān)測；如果取l＝1,vc＝0.3333，vc高于風速傳感器的啟動風速，風速傳感器已經(jīng)可以進行風速監(jiān)測；如果取l＝3,vc＝0.8979,vc遠高于風速傳感器的啟動風速，即使風速傳感器的啟動風速為0.85，風速傳感器也可以有效監(jiān)測風帶。因此，通過安裝圓管，并在圓管內(nèi)部安裝風速傳感器，圓管具有聚風的作用，可把風速vx放大到傳感器的啟動風速vq以上，從而有效解決現(xiàn)有風速傳感器的可靠測風問題。對于一般的巷道和紊流流態(tài)也可作類似推導。采用本發(fā)明風速傳感器的安裝方法，直接測量得到風道中傳感器風速vc，為風道中某一點的風速值，該風速值可采用以下方法換算為巷道平均風速vp：vp＝avc+b因此，通過傳感器風速vc反算巷道平均風速vp，實現(xiàn)巷道風速監(jiān)測。本發(fā)明提供的一種礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法，具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明提供的礦井全局精確測風的傳感器優(yōu)化布置方法，利用普通的風速傳感器及較少的安裝數(shù)量，可實時獲得每條風道較準確的風量，為通風系統(tǒng)在線分析狀態(tài)識別和診斷提供了一個可行的解決方案。(2)對于風速較低的風道，本發(fā)明給出了一種低風速的長距低阻聚風風速傳感器安裝方法，提高了風速傳感器測量量程和靈敏度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術(shù)領域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁12