1.本发明涉及矿井通风的技术领域，尤其是一种矿井通风监测与远程控制系统及智能决策方法。
背景技术：
2.矿井通风系统是保障煤矿安全生产的重要系统之一，担负有向井下工作地点送入充足的新鲜空气、稀释与排出井下有毒有害气体、粉尘和热湿等重任。矿井通风系统由通风方式所决定的井巷通风网络、驱动风流的主要通风机以及控制风流的通风构筑物所组成。合理的矿井通风系统是保障矿井安全生产、改善井下人员劳动安全健康条件和防灾抗灾的最重要环节。为了保证通风系统能够安全、稳定、经济地运行，技术管理人员需要及时获得巷道风量、巷道通风阻力分布、主要通风机运行工况等通风基础参数，为矿井通风系统管理和决策提供依据。
3.然而，矿井通风系统参数随着矿井采掘工程接替实时动态变化，采用人工测量通风参数的工作量十分巨大，并且很难实时、准确地获得矿井通风系统通风参数数据，使得通风管理人员很难及时察觉系统的安全隐患，影响应对措施的制定，从而增大隐患转向事故的机率。采用人工测定法的测量成本和实施难度较大，且无法实现通风网络风流参数实时动态测定的要求。
技术实现要素：
4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明提出一种矿井通风监测与远程控制系统及智能决策方法，具有实现通风网络风流参数实时动态测定的优点。
6.根据本发明实施例的矿井通风监测与远程控制系统，包括井下风网监控系统，所述井下风网监控系统用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，并对通风设施的状态进行监测与调控；地面风机变频监控系统，所述地面风机变频监控系统用于实时监测地面风机的运行工况参数，并完成对地面风机运行频率的调控；工业以太网通信系统，所述工业以太网通信系统用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、地面风机的运行工况参数、通风设施的状态参数以及地面监控中心的控制指令进行上行下行传输；地面监控中心，所述地面监控中心用于实时监控整个矿井通风网络的运行参数，通风异常时，获取排除通风异常的调节方案。
7.根据本发明实施例的矿井通风监测与远程控制的智能决策方法，地面监控中心会根据井下通风网络异常分支的环境参数和通风参数，通过分析确定最小余树分支，智能地计算出通风系统消除异常的调控方案。
8.本发明的有益效果是：(1)矿井通风监测与远程系统可与其他系统应急联动；(2)该系统由井下风网监控系统、地面风机变频监控系统、工业以太网通信系统以及地面监控中心等组成，主系统与子系统具有低耦合性和高内聚性，便于拓展其他系统；井下风网监控
系统由众多模块构成，同时便于增减其他模块；(3)智能决策方法具备通风异常预警、通风异常排除的优点；(4)矿井通风监测与远程系统能对多源数据进行高度融合，共同作用智能决策方法并做出相关响应；(5)子系统具备高度的冗余性、鲁棒性。
9.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述井下风网监控系统包括：井下监控分站，所述井下监控分站用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，以及对通风设施进行监控与调节；通风参数监测模块，所述通风参数监测模块用于实时监测井下通风网络分支的通风参数；环境参数采集模块，所述环境参数采集模块用于实时监测井下通风网络分支的环境参数；通风设施控制模块，所述通风设施控制模块用于井下通风网络分支中通风设施的状态调节与控制。
10.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述通风参数包括风速、风量、通风阻力、风压、温度以及湿度。
11.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述环境参数包含ch4浓度、co浓度、02浓度、co2浓度以及温湿度。
12.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述矿井通风监测与远程控制系统主要由智能感知设备、井下监控分站、智能执行器、plc控制柜、中层光纤环网、环网接入器、工控机和通信电缆等组成；所述plc控制柜的模拟量输入端子通过所述通信电缆与所述智能感知设备相连；所述地面风机变频监控系统中的变频器与通风电机连接并自动获取该通风电机运行参数；所述井下监控分站通过所述通信电缆与所述智能感知设备相连，获取通风参数和环境参数，然后通过所述中层光纤环网和所述环网交换机与上层监控终端的工控机通信。
13.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述矿井通风监测与远程控制系统包括多源数据的融合算法模块、通风网络解算模块以及系统自诊断模块；所述多源数据的融合算法模块用于对井下风网的通风参数、环境参数的监测数据进行融合，并根据相应规则进行预测预警；所述通风网络解算用于井下通风网络分支风量分配的仿真模拟计算；所述系统自诊断模块用于对通风网络、系统及设备的异常情况或故障进行自诊断。
14.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述的多源数据的融合算法模块、通风网络解算模块以及系统自诊断模块全部集成在矿井通风监测与远程控制系统的上位机里。
15.进一步具体地限定，上述技术方案中，地面监控中心的服务器运用数据库中预置的通风模型和监测的通风参数高速地进行通风网络的迭代解算与风网分支通风的安全风险检验，实现调节方案的超前模拟，仿真验证拟定的调节方案，保障调节过程的安全。
16.进一步具体地限定，上述技术方案中，当井下监控分站监测到关联分支通风异常需要调节通风系统时，井下监控分站将井下通风网络异常分支的环境参数、通风参数传输至地面监控中心，并发出报警；同时，提出关联风网分支风阻调节、主风机变频调节、联合调节来消除通风异常的方法，并建立了智能化调节的相关模型和智能决策。
17.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明的结构示意图；
21.图2是井下风网监控系统的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.见图1和图2，本发明的矿井通风监测与远程控制系统，包括井下风网监控系统、地面风机变频监控系统、工业以太网通信系统以及地面监控中心。井下风网监控系统用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，并对通风设施的状态进行监测与调控。其中，通风设施主要是风门、风窗。地面风机变频监控系统用于实时监测地面风机的运行工况参数，并完成对地面风机运行频率的调控。工业以太网通信系统用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、地面风机的运行工况参数、通风设施的状态参数以及地面监控中心的控制指令进行上行下行传输。地面监控中心用于实时监控整个矿井通风网络的运行参数，通风异常时，获取排除通风异常的调节方案。
24.其中，井下风网监控系统包括井下监控分站、通风参数监测模块、环境参数采集模块以及通风设施控制模块。井下监控分站用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，以及对通风设施进行监控与调节。通风参数监测模块用于实时监测井下通风网络分支的通风参数。环境参数采集模块用于实时监测井下通风网络分支的环境参数。通风设施控制模块用于井下通风网络分支中通风设施的状态调节与控制。
25.通风参数包括风速、风量、通风阻力、风压、温度以及湿度。环境参数包含ch4浓度、co浓度、02浓度、co2浓度以及温湿度。
26.矿井通风监测与远程控制系统主要由智能感知设备、井下监控分站、智能执行器、plc控制柜、中层光纤环网、环网接入器、工控机和通信电缆等组成；所述plc控制柜的模拟量输入端子通过所述通信电缆与所述智能感知设备相连；所述地面风机变频监控系统中的变频器与通风电机连接并自动获取该通风电机运行参数；所述井下监控分站通过所述通信电缆与所述智能感知设备相连，获取通风参数和环境参数，然后通过所述中层光纤环网和所述环网交换机与上层监控终端的工控机通信。其中，智能执行器包括远程控制开关和声光报警器。上层监控终端指的是地面监控中心的工控机、服务器。
27.该智能决策方法包括多源数据的融合算法模块、通风网络解算模块以及系统自诊断模块，且多源数据的融合算法模块、通风网络解算模块以及系统自诊断模块这三种模块全部集成在矿井通风监测与远程控制系统的上位机里。多源数据的融合算法模块用于对井下风网的通风参数、环境参数的监测数据进行融合，并根据相应规则进行预测预警。通风网络解算用于井下通风网络分支风量分配的仿真模拟计算。系统自诊断模块用于对通风网
络、系统及设备的异常情况或故障进行自诊断。
28.矿井通风监测与远程控制系统的智能决策方法，地面监控中心会根据井下通风网络异常分支的环境参数和通风参数，通过分析确定最小余树分支，这里需要说明的是，计算出解决通风系统异常，需要调节最少的分支数，即智能地计算出通风系统消除异常的调控方案。同时，地面监控中心的服务器运用数据库中预置的通风模型和监测的通风参数高速地进行通风网络的迭代解算与风网分支通风的安全风险检验，实现调节方案的超前模拟，仿真验证拟定的调节方案，保障调节过程的安全。
29.本发明的具体工作原理是：通过井下监控分站实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，并将实时监测的井下通风网络分支的环境参数和通风参数通过光纤通信系统传输给地面监控中心，地面监控中心在上位机服务器终端上在线实时显示井下监控分站实时监测的井下通风网络分支的环境参数和通风参数。
30.当井下监控分站监测到关联分支通风异常需要调节通风系统时，井下监控分站将井下通风网络异常分支的环境参数、通风参数传输至地面监控中心，并发出报警；同时，提出关联风网分支风阻调节、主风机变频调节、联合调节来消除通风异常的方法，并建立了智能化调节的相关模型和智能决策。
31.在灾变时，地面监控中心会根据井下的环境参数和通风参数，制定出最佳的应急方案，例如：均压防灭火、关闭常开风门封闭灾变区域、打开常闭风门尽早排出火灾有毒烟气等。
32.如果选择对地面主通风机运行频率进行调节时，地面监控中心服务器根据用风点风量需求变化情况或通风异常情况，具体调频采用随动调风法和曲线查找法。随动调风法根据q-f函数关系得到风机运行频率，实时调节风机频率，实现井下分支需风量与风机调频的耦合。曲线查找法通过网络解算获取满足需风量的风机特性曲线，并在风机特性曲线库中快速查找，从而得到风机的调节频率。经过地面监控中心服务器对调节方案进行超前模拟和安全性检验后，地面监控中心服务器将调节命令发送给plc控制柜，plc控制柜执行风机运行频率的调节，同时，地面监控中心服务器实时监测通风网络关联分支调节的过程并实时在终端显示各种通风参数，直至相关巷道的风量满足需求。
33.如果需要对通风设施进行调节时，地面监控中心服务器根据通风网络解算预测各个分支的需风量后，地面监控中心服务器将调节指令下发送给plc控制柜，plc控制柜执行风门、风窗运行状态的调节，同时地面监控中心服务器实时监测风门风窗的调节过程，并实时在终端显示风门开闭状态、风窗开口面积大小、风窗过风量等通风参数，直到相应地点的风量满足需求。
34.本发明矿井通风监测与远程控制系统及智能决策方法具有以下优点：
35.一、矿井通风监测与远程系统可与其他系统应急联动；
36.二、该系统由井下风网监控系统、地面风机变频监控系统、工业以太网通信系统以及地面监控中心等组成，主系统(矿井通风监测与远程控制系统)与子系统(井下通风监控系统、地面风机变频监控系统、风门风窗远程监控系统)具有低耦合性和高内聚性，便于拓展其他系统；井下风网监控系统由众多模块构成，同时便于增减其他模块；
37.三、智能决策方法具备通风异常预警、通风异常排除的优点；矿井通风监测与远程系统能对多源数据进行高度融合，共同作用智能决策方法并做出相关响应；子系统具备高
度的冗余性、鲁棒性。
38.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于，包括：井下风网监控系统，所述井下风网监控系统用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，并对通风设施的状态进行监测与调控；地面风机变频监控系统，所述地面风机变频监控系统用于实时监测地面风机的运行工况参数，并完成对地面风机运行频率的调控；工业以太网通信系统，所述工业以太网通信系统用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、地面风机的运行工况参数、通风设施的状态参数以及地面监控中心的控制指令进行上行下行传输；地面监控中心，所述地面监控中心用于实时监控整个矿井通风网络的运行参数，通风异常时，获取排除通风异常的调节方案。2.根据权利要求1所述的矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于：所述井下风网监控系统包括：井下监控分站，所述井下监控分站用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，以及对通风设施进行监控与调节；通风参数监测模块，所述通风参数监测模块用于实时监测井下通风网络分支的通风参数；环境参数采集模块，所述环境参数采集模块用于实时监测井下通风网络分支的环境参数；通风设施控制模块，所述通风设施控制模块用于井下通风网络分支中通风设施的状态调节与控制。3.根据权利要求2所述的矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于：所述通风参数包括风速、风量、通风阻力、风压、温度以及湿度。4.根据权利要求2所述的矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于：所述环境参数包含ch4浓度、co浓度、02浓度、co2浓度以及温湿度。5.根据权利要求1所述的矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于：所述矿井通风监测与远程控制系统主要由智能感知设备、井下监控分站、智能执行器、plc控制柜、中层光纤环网、环网接入器、工控机和通信电缆组成；所述plc控制柜的模拟量输入端子通过所述通信电缆与所述智能感知设备相连；所述地面风机变频监控系统中的变频器与通风电机连接并自动获取该通风电机运行参数；所述井下监控分站通过所述通信电缆与所述智能感知设备相连，获取通风参数和环境参数，然后通过所述中层光纤环网和所述环网交换机与上层监控终端的工控机通信。6.根据权利要求1所述的矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于：所述矿井通风监测与远程控制系统包括多源数据的融合算法模块、通风网络解算模块以及系统自诊断模块；所述多源数据的融合算法模块用于对井下风网的通风参数、环境参数的监测数据进行融合，并根据相应规则进行预测预警；所述通风网络解算用于井下通风网络分支风量分配的仿真模拟计算；所述系统自诊断模块用于对通风网络、系统及设备的异常情况或故障进行自诊断。
7.根据权利要求6所述的矿井通风监测与远程控制系统，其特征在于：所述的多源数据的融合算法模块、通风网络解算模块以及系统自诊断模块全部集成在矿井通风监测与远程控制系统的上位机里。8.一种如权利要求1-7任意一项所述的矿井通风监测与远程控制系统的智能决策方法，其特征在于：地面监控中心会根据井下通风网络异常分支的环境参数和通风参数，通过分析确定最小余树分支，智能地计算出通风系统消除异常的调控方案。9.如权利要求8所述的矿井通风监测与远程控制的智能决策方法，其特征在于：地面监控中心的服务器运用数据库中预置的通风模型和监测的通风参数高速地进行通风网络的迭代解算与风网分支通风的安全风险检验，实现调节方案的超前模拟，仿真验证拟定的调节方案，保障调节过程的安全。10.如权利要求8所述的矿井通风监测与远程控制的智能决策方法，其特征在于：当井下监控分站监测到关联分支通风异常需要调节通风系统时，井下监控分站将井下通风网络异常分支的环境参数、通风参数传输至地面监控中心，并发出报警；同时，提出关联风网分支风阻调节、主风机变频调节、联合调节来消除通风异常的方法，并建立了智能化调节的相关模型和智能决策。
技术总结
本发明公开了一种矿井通风监测与远程控制系统及智能决策方法，系统包括井下风网监控系统、地面风机变频监控系统、工业以太网通信系统和地面监控中心；井下风网监控系统用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，对通风设施的状态进行监测与调控；地面风机变频监控系统用于实时监测地面风机的运行工况参数，完成对地面风机运行频率的调控；工业以太网通信系统用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、地面风机的运行工况参数、通风设施的状态参数和地面监控中心的控制指令进行上行下行传输；地面监控中心用于实时监控整个矿井通风网络的运行参数。本发明具有实现通风网络风流参数实时动态测定的优点。参数实时动态测定的优点。参数实时动态测定的优点。
技术研发人员：钱会发 何敏 武福生 卜滕滕 昌伟锋
受保护的技术使用者：中煤科工集团常州研究院有限公司
技术研发日：2022.01.17
技术公布日：2022/4/26
声明：
“矿井通风监测与远程控制系统及智能决策方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：中煤科工集团常州研究院有限公司
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