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基于改进人工蜂群算法的矿井风量按需调控智能决策
1
作者 张浪 雷爽 +1 位作者 李伟 刘彦青 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期131-137,共7页
针对现有元启发式算法求解矿井风量调控无约束优化数学模型存在收敛速度较慢的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法(ABC)的矿井风量按需调控智能决策方法。以矿井调节分支风阻为决策变量、各分支实际风量与需风量相符合为约束条件,以... 针对现有元启发式算法求解矿井风量调控无约束优化数学模型存在收敛速度较慢的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法(ABC)的矿井风量按需调控智能决策方法。以矿井调节分支风阻为决策变量、各分支实际风量与需风量相符合为约束条件,以目标用风分支风量与理想风量差距最小为目标,建立了矿井风量按需调控智能决策模型;运用拉格朗日松弛方法优化模型的约束条件,采用冲突数方法优化模型的目标函数,利用随机搜索方法和启发式算法优化模型的搜索策略。针对人工蜂群算法(ABC)利用能力不足的问题,提出了一种改进ABC算法,并将其用于求解矿井风量按需调控智能决策模型。该算法在采蜜蜂局部寻优时引入群体历史最优解引导采蜜行为,并利用一般反向学习策略保存侦查蜂的搜索经验,良好地平衡了算法的探索和利用能力。实验结果表明:与粒子群优化(PSO)算法、ABC算法、基于全局最优的人工蜂群(GABC)算法和基于一般反向学习的人工蜂群(GABC-GOBL)算法相比,改进ABC算法能更加快速、稳定地求解出矿井风量按需调控最优方案,且风量调控精度可达0.49 m^(3)/s。 展开更多
关键词 矿井通风 风量按需调控 风量智能决策 人工蜂群算法 风阻
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矿井智能通风与关键技术研究 被引量：18
2
作者 张浪 刘彦青 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期178-195,共18页
为使智能通风系统建设更加有序、可控,提出了矿井智能通风流程环节,将矿井智能通风流程按照生产环节划分为6个板块,即感知监测、分析诊断、智能决策、方案审批、远程集控联控、执行反馈,共包含24个具体环节,建立了各个环节输入输出要素... 为使智能通风系统建设更加有序、可控,提出了矿井智能通风流程环节,将矿井智能通风流程按照生产环节划分为6个板块,即感知监测、分析诊断、智能决策、方案审批、远程集控联控、执行反馈,共包含24个具体环节,建立了各个环节输入输出要素和环节之间的功能逻辑关系。按照“矿井通风系统整体规划+采掘用风区域重点细化”思路,提出了矿井全系统智能通风应用场景实现方案和采煤工作面与掘进工作面2个细化的智能通风应用场景实现方案,将矿井智能通风各个具体环节融入具体的应用场景中。为实现智能通风应用场景,基于逻辑分层思想优化了矿井智能通风系统整体架构,规划了由硬件驱动层、功能模块层、计算处理层、数据存储层、数据采集层构成的矿井智能通风管控平台。针对通风感知监测、分析诊断、智能决策、远程集控联控4个矿井智能通风关键板块中涉及的风量风速监测感知、通风阻力在线监测、全风网风量风压解算、灾源判识和灾变定位、矿井动态需风量计算、通风系统故障诊断、风量按需调控方案决策、应急控风方案决策、无人化远程控风、无人化应急控风10个关键环节,总结分析了目前各个关键环节关键技术现状,提出了各个关键环节关键技术实现路径,通过关键技术迭代升级,最终实现矿井通风系统全生命周期内时刻处于稳定可靠、安全可控、高效节能、应急降灾的运行状态。 展开更多
关键词 智能通风 通风流程 管控平台 智能决策 数据采集
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煤矿火灾智能预警系统研发与应用 被引量：7
3
作者 刘东洋 张浪 +4 位作者 姚海飞 徐长富 赵尤信 张逸斌 段思恭 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-8,16,共9页
目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情... 目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情态势的方法。内因火灾方面,主要针对较易发生火灾的工作面采空区、密闭采空区及人工自然发火观测点等进行监测;外因火灾方面,主要针对机电硐室及其配电点、带式输送机系统、电缆等方面进行监测。建立了煤矿火灾分源分区监测指标体系,采用人工监测或在线监测的方式定期采集或更新火灾特征参量数据,按数据采集方式及影响程度,将火灾监测指标分为动态指标、静态指标和关联指标。设计了火灾智能预警系统的总体架构和业务流程,采用基于多指标联合逻辑推理的预警方法实现内因火灾预警,采用基于D-S证据理论的多参量融合预警方法实现外因火灾预警。现场试验结果表明,火灾智能预警系统实现了对矿井火灾的有效监测预警,具有煤矿火灾风险预警“一张图”可视化展示功能,同时具备火灾智能模拟演示功能及避灾路线动态规划功能。 展开更多
关键词 煤矿火灾 多源信息融合预警 分源分区监测 火灾监测指标体系 多指标联合 D-S证据理论
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外因火灾通风网络风量风质失效模型与数值解算方法
4
作者 李伟 刘彦青 张浪 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期196-212,共17页
为了尽可能复现火灾时期通风网络内风量波动、风流逆转、风温异常、有毒有害气体蔓延、氧气体积分数降低等灾变过程,构建了外因火灾通风网络风质风量失效物理模型,采用时序化分析方法进行了解耦处理。通过风阻、火风压、风流密度关键通... 为了尽可能复现火灾时期通风网络内风量波动、风流逆转、风温异常、有毒有害气体蔓延、氧气体积分数降低等灾变过程,构建了外因火灾通风网络风质风量失效物理模型,采用时序化分析方法进行了解耦处理。通过风阻、火风压、风流密度关键通风参量计算模型,将基于质量流量守恒的通风网络回路风压平衡方程、通风网络风流-围岩热量交换-传播控制方程、有毒有害气体弥散-扩散控制方程、氧气消耗-运移控制方程进行联立,构建了外因火灾通风网络“风量风向-风温-有毒有害气体体积分数-氧气体积分数”非稳定多场耦合数学模型。采用回路风量牛顿法求解通风网络风量风向变化,采用迎风离散格式的有限差分法求解通风网络内风流传热-传质过程,建立了火灾时期全风网“节点-分支-网络”风量风质失效多物理场耦合解算方法,构建了多物理场间接耦合解算流程,编写了解算程序。通过在角联结构试验巷道内开展外因火灾试验,初步验证了模型的准确性与适用性,在此基础上分别模拟了进风区分支与用风区分支火源位置情况下复杂通风网络内风量变化、风流逆转、风温异常、有毒有害气体蔓延、氧气体积分数波动的动态变化过程。模拟结果表明:火源位置在进风井条件下风量显著变化分支达到通风网络分支总数的61%,风流逆转分支数量占通风网络分支总数的11%,风温显著变化分支数量达到通风网络分支总数的76%,CO侵入分支数量达到通风网络分支总数的84%,氧气体积分数显著变化分支数量达到通风网络分支总数的41%,进风井分支发生外因火灾造成的灾害影响范围和影响强度均明显大于其他分支。 展开更多
关键词 通风网路 回路风量法 风流质量流量守恒 有限差分法 传热传质 节点元素 分支元素
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大断面大压差远程控制平衡风门技术研究 被引量：6
5
作者 段思恭 彭然 +1 位作者 李伟 张浪 《中国矿业》 北大核心 2024年第5期127-135,共9页
随着煤矿开采逐渐向深部延伸,平衡风门作为重要的通风设施在井下的应用越来越广泛。然而,当大断面风门两侧存在较大压差时,会导致一系列问题,容易使风门受到破坏。为解决这一问题,对平衡风门进行了重新设计,增加了抗变形、三维可调节、... 随着煤矿开采逐渐向深部延伸,平衡风门作为重要的通风设施在井下的应用越来越广泛。然而,当大断面风门两侧存在较大压差时,会导致一系列问题,容易使风门受到破坏。为解决这一问题,对平衡风门进行了重新设计,增加了抗变形、三维可调节、就地智能控制和远程解锁短路排烟等功能。研究结果显示,在外形尺寸不变的情况下,新设计的风门自重减轻了约50%,但其强度得到增强,能够适应巷道变形量达到200mm。通过有限元分析对门扇、门框、迎风面等三个部件进行数值模拟计算,发现在16000N载荷下,门扇出现了局部失效,且最大位移发生在距离合页轴最远端的门扇受载荷面上。当巷道四周受到压力使门框产生最大变形量达到200mm后,风门仍能继续承受3000N的压力,未出现失效情况。当井下风压达到1000Pa时,最大位移出现在左门扇受载荷面的右下角位置,出现了局部失效,但并不影响风门的使用。经现场试验验证,平衡风门在一定矿压和大风压的情况下,正常使用且满足调风需求。研究结果表明,这种具备远程自动控制功能的大断面大压差的新型平衡风门能够提高风门的稳定性,确保通风系统的高效稳定运行。 展开更多
关键词 大断面大压差巷道 巷道变形 矿井通风 远程控制 数值模拟
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煤层液态CO_(2)相变致裂半径预测研究 被引量：4
6
作者 王长禄 彭然 +2 位作者 郑义 李伟 姚海飞 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第10期110-117,共8页
预测致裂半径是确定液态CO_(2)相变致裂增透瓦斯抽采技术布孔间距的前提,直接影响瓦斯抽采效果。现有预测方法大多基于单因素。为掌握多因素对液态CO_(2)相变致裂半径的影响规律,有效预测布孔间距,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,结合... 预测致裂半径是确定液态CO_(2)相变致裂增透瓦斯抽采技术布孔间距的前提,直接影响瓦斯抽采效果。现有预测方法大多基于单因素。为掌握多因素对液态CO_(2)相变致裂半径的影响规律,有效预测布孔间距,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,结合正交试验,开展了煤层液态CO_(2)相变致裂半径预测研究。数值模拟结果表明:影响液态CO_(2)相变致裂半径的因素主次顺序为地应力>瓦斯压力>煤体坚固性系数;致裂半径随地应力增大而减小,随瓦斯压力和煤体坚固性系数增大而增大,且呈线性关系。对数值模拟结果进行多元回归分析,建立了基于地应力、瓦斯压力及煤体坚固性系数3组不同因素耦合条件下的液态CO_(2)相变致裂半径预测模型。在煤矿现场进行工业性试验,基于预测模型计算结果设置抽采钻孔,采用压力指标法对瓦斯抽采效果进行测试分析,结果表明:液态CO_(2)相变致裂孔两侧观测孔的瓦斯压力随时间增加呈递减趋势,且抽采初期距致裂孔越远,则压力越大,与理论分析及数值模拟结果一致;液态CO_(2)相变有效致裂范围与预测结果基本相符;观测孔瓦斯抽采体积分数较自然抽采孔提高73.4%,瓦斯抽采效率显著提高。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 液态CO_(2)相变致裂增透 致裂半径预测 多因素耦合分析 正交设计 多元回归分析
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基于POD与机器学习的综掘工作面流场快速预测算法
7
作者 金兵 张浪 +3 位作者 李伟 郑义 刘彦青 张逸斌 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期97-104,119,共9页
针对综掘工作面降尘措施难以合理利用的问题,提出了一种基于本征正交分解(POD)与机器学习的综掘工作面流场快速预测算法。利用计算流体力学(CFD)技术对多种工况下的综掘工作面风流场和粉尘浓度场进行模拟,获得高维度流场数据;利用POD对... 针对综掘工作面降尘措施难以合理利用的问题,提出了一种基于本征正交分解(POD)与机器学习的综掘工作面流场快速预测算法。利用计算流体力学(CFD)技术对多种工况下的综掘工作面风流场和粉尘浓度场进行模拟,获得高维度流场数据;利用POD对高维度流场数据进行降维,提取能够反映流场主要特性的核心模态,得到流场工况的基函数模态与模态系数;通过机器学习方法预测不同工况下占总能量达到90%以上的模态系数,从而对未知工况的模态系数进行预测,利用预测的模态系数与基函数模态进行重构,得到未知工况的风流场数据或粉尘浓度场。研究结果表明:综掘工作面数值模拟模型的相对误差在3%以内,能够准确反映实际的风流和粉尘分布状况;风流场选择前5阶模态,粉尘浓度场选择前7阶模态,即可兼顾POD重构精度与效率;支持向量机(SVM)模型对模态系数的预测能力优于随机森林及神经网络模型,针对60种不同工况,基于POD和SVM预测的风流速度、粉尘浓度与数值模拟结果之间的相对误差分别为0.36 m/s,86.24 mg/m^(3),风流场及粉尘浓度场平均预测耗时为73 s,实现了对矿井综掘工作面风流场和粉尘浓度场的高精度快速预测。 展开更多
关键词 综掘工作面 粉尘防治 风流场预测 粉尘浓度场预测 本征正交分解 机器学习 支持向量机
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矿用对射式风速风向传感器设计
8
作者 安赛 赵忠辉 +2 位作者 张浪 李伟 彭然 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期50-54,共5页
针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感... 针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感器改变了以点带面的测风方式,通过大距离(5~12 m)超声测风技术测量巷道中线风速,以该风速代表整个巷道的平均风速,提高了巷道风速测量的准确性和实时性。依据设计方案研发了测试样机,在环形风洞中的测试结果表明,该传感器测量值与风速标准值在0.1~15 m/s内具有较好的一致性,测量误差小于0.1 m/s,能够满足智能化矿井对巷道风速测量精度的要求。 展开更多
关键词 智能化通风 风速风向传感器 巷道断面风速 超声波测风 对射式测风 巷道中线风速
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惰性气体喷射参数对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸抑制效果的影响
9
作者 李胜利 王长禄 +1 位作者 郑义 李斌 《工矿自动化》 2025年第8期134-140,147,共8页
为探究惰性气体喷射参数对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸特性的影响,在水平管道上开展了N_(2)和CO_(2)抑制H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸的实验,研究了N_(2)和CO_(2)喷射位置及喷射角度对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸压力、火焰传播速度和火焰波温... 为探究惰性气体喷射参数对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸特性的影响,在水平管道上开展了N_(2)和CO_(2)抑制H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸的实验,研究了N_(2)和CO_(2)喷射位置及喷射角度对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸压力、火焰传播速度和火焰波温度的影响。结果表明:N_(2)和CO_(2)对爆炸压力、火焰传播速度和火焰波温度有明显的减弱作用,且CO_(2)对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸的抑制作用强于N_(2);惰性气体在近火端喷射位置的抑爆能力优于远火端喷射位置;随着惰性气体喷射角度增大,最大爆炸压力、火焰传播速度和火焰波温度均呈逐渐降低趋势,惰性气体对H_(2)−CH_(4)混合气体爆炸的抑制效果逐渐增强。通过Chemkin−Pro模拟可知:加入CO_(2)时H自由基和OH自由基的摩尔分数峰值相较于无抑爆时分别下降了14.2%和9.9%;而加入N_(2)时H自由基和OH自由基的摩尔分数相较于无抑爆时几乎无差别。“近火端+大角度”的组合喷射方式能够最大化发挥CO_(2)在自由基消耗、物理吸热与可燃气体稀释方面的协同抑制效应;“远火端+小角度”的组合喷射方式则因扩散延迟与气体混合不均的双重制约,削弱了惰性气体的抑爆效能。 展开更多
关键词 混合气体爆炸 惰性气体抑爆 气体喷射位置 气体喷射角度 爆炸压力 火焰传播速度 火焰波温度 自由基
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