矿井多工作面风量按需动态联动调控方法和装置与流程

本技术涉及煤矿通风，尤其涉及矿井多工作面风量按需动态联动调控方法和装置。

背景技术：

1、矿井通风安全、可靠、高效是保障矿井健康稳定运行的基础，采煤工作面是矿井最重要的用风地点。受采煤工作面温湿度、采空区自然发火状况、瓦斯涌出、通风路线长度等因素影响，采煤工作面需风量是动态变化的，采煤工作面风量调控是矿井通风管理的重要工作。

2、目前大部分矿井同时开采多个采煤工作面，由于矿井通风系统风量具有整体性，其中任一巷道分支风量调控变化会引起其余巷道分支风量变化，矿井内任一采煤工作面风量调控会影响该矿井其他采煤工作面风量发生改变。

3、近年来，各大煤矿大力推进智能化建设，采煤工作面风量智能调控是矿井智能通风的重要建设内容。目前对采煤工作面风量智能调控的研究主要基于矿井风量自动调控算法或矿井风量调节设备，缺乏对多个采煤工作面风量按需动态联动调控系统方面的研究。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种矿井多工作面风量按需动态联动调控方法，解决了现有技术缺乏对多个采煤工作面风量按需动态联动调控系统方面的研究的技术问题，实现了对矿井多个采煤工作面风量的安全、准确、动态、快速、同步调控。

3、为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种矿井多工作面风量按需动态联动调控方法，包括：基于采煤工作面需风量和风压平衡方程进行风阻调节量联合解算，获得各个采煤工作面调节风窗风阻调节量；基于调节风窗过风面积与风阻之间的关系函数，根据各个采煤工作面调节风窗风阻调节量计算得到各个采煤工作面调节风窗的开启角度目标值；根据各个采煤工作面调节风窗的开启角度目标值通过压风气源电磁阀调节风窗开启角度，完成调控。

4、本技术实施例的矿井多工作面风量按需动态联动调控方法，通过进行多个采煤工作面风阻调节量的联合解算，获得各个采煤工作面调节风窗风阻调节量；基于调节风窗过风面积与风阻之间定量关系函数程序，根据各个采煤工作面调节风窗风阻调节量计算得到各个采煤工作面调节风窗过风面积和开启角度目标值；之后基于各个采煤工作面调节风窗开启角度目标值通过压风气源电磁阀调节风窗开启角度，本技术综合考虑多个采煤工作面风阻调节量，系统计算调节风窗开启角度目标值，进而控制调节风窗开启，实现了对矿井多个采煤工作面风量的安全、准确、动态、快速、同步调控。

5、可选地，在本技术的一个实施例中，采煤工作面需风量表示为：

6、

7、其中，qdt-cm表示采煤工作面需风量，qdt-cm-cf表示按照气象条件计算采煤工作面动态需风量，qdt-cm-ch4表示按照瓦斯浓度计算动态需风量，表示按照二氧化碳浓度计算动态需风量，qdt-cm-min表示采煤工作面最小动态需风量要求，qdt-cm-rs表示按工作人员数量计算的采煤工作面动态需风量，qdt-cm-max表示采煤工作面最大动态需风量要求。

8、可选地，在本技术的一个实施例中，按照气象条件计算动态需风量，表示为：

9、qdt-cm-cf＝60×70％×vdt-cm-cf(tdt-cm)×scm-cf×kcm-ch×kcm-cl

10、scm-cf＝(scm-min+scm-max)/2

11、scm-min＝lcm-min×hcm×0.7

12、scm-max＝lcm-max×hcm×0.7

13、其中，vdt-cm-cf表示按照气象条件确定的采煤工作面风速值，tdt-cm表示按采煤工作面进风流的温度，scm-cf表示采煤工作面平均有效断面积值，kcm-ch表示工作面采高调整系数值，kcm-cl表示工作面长度调整系数值，scm-min表示采煤工作面最小控顶有效断面积，scm-max表示采煤工作面最大控顶有效断面积，lcm-min表示采煤工作面最小控顶距，hcm表示采煤工作面实际采高，lcm-max表示采煤工作面最大控顶距，

14、按照瓦斯浓度计算动态需风量，表示为：

15、

16、其中，表示该采煤工作面第i条回风顺槽风流中甲烷浓度，sdt-cm-i表示该采煤工作面第i条回风巷道断面积，vdt-cm-i表示该采煤工作面第i条回风顺槽内风速，表示采煤工作面瓦斯富裕系数，

17、按照二氧化碳浓度计算动态需风量，表示为：

18、

19、其中，表示该采煤工作面二氧化碳计算动态需风量，scm-i表示该采煤工作面第i条回风巷道断面积，vdt-cm-i表示该采煤工作面第i条回风顺槽内风速，表示采煤工作面二氧化碳富裕系数，

20、采煤工作面最小动态需风量要求，表示为：

21、qdt-cm-min＝60×0.25×lcm-max×hcm×0.7

22、其中，lcm-max表示采煤工作面最大控顶距，hcm表示采煤工作面实际采高，

23、按工作人员数量计算的采煤工作面动态需风量，表示为：

24、qdt-cm-rs＝4×ndt-cm-rs

25、其中，ndt-cm-rs表示该采煤工作面内的工作人员数量，

26、采煤工作面最大动态需风量要求，表示为：

27、qdt-cm-max＝60×m×lcm-min×hcm×0.7

28、其中，lcm-min表示采煤工作面最小控顶距，hcm表示采煤工作面实际采高。

29、可选地，在本技术的一个实施例中，风压平衡方程表示为：

30、

31、其中，cij表示第j个分支在第i个基本回路中的系数，qj表示，δrj表示第j个分支风阻增量，pj表示第j个分支通风动力，表示第j个分支风阻初始值，e表示采煤工作面的分支个数，d表示通风网络的分支个数。

32、可选地，在本技术的一个实施例中，调节风窗过风面积与风阻之间定量关系函数，表示为：

33、

34、其中，b、c表示常数系数，r表示风窗风阻。

35、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种矿井多工作面风量按需动态联动调控装置，包括第一计算模块、第二计算模块、调节模块，其中，

36、第一计算模块，用于基于采煤工作面需风量和风压平衡方程进行风阻调节量联合解算，获得各个采煤工作面调节风窗风阻调节量；

37、第二计算模块，用于基于调节风窗过风面积与风阻之间的关系函数，根据各个采煤工作面调节风窗风阻调节量计算得到各个采煤工作面调节风窗的开启角度目标值；

38、调节模块，用于根据各个采煤工作面调节风窗的开启角度目标值通过压风气源电磁阀调节风窗开启角度，完成调控。

39、可选地，在本技术的一个实施例中，采煤工作面需风量表示为：

40、

41、其中，qdt-cm表示采煤工作面需风量，qdt-cm-cf表示按照气象条件计算采煤工作面动态需风量，qdt-cm-ch4表示按照瓦斯浓度计算动态需风量，表示按照二氧化碳浓度计算动态需风量，qdt-cm-min表示采煤工作面最小动态需风量要求，qdt-cm-rs表示按工作人员数量计算的采煤工作面动态需风量，qdt-cm-max表示采煤工作面最大动态需风量要求。

42、可选地，在本技术的一个实施例中，按照气象条件计算动态需风量，表示为：

43、qdt-cm-cf＝60×70％×vdt-cm-cf(tdt-cm)×scm-cf×kcm-ch×kcm-cl

44、scm-cf＝(scm-min+scm-max)/2

45、scm-min＝lcm-min×hcm×0.7

46、scm-max＝lcm-max×hcm×0.7

47、其中，vdt-cm-cf表示按照气象条件确定的采煤工作面风速值，tdt-cm表示按采煤工作面进风流的温度，scm-cf表示采煤工作面平均有效断面积值，kcm-ch表示工作面采高调整系数值，kcm-cl表示工作面长度调整系数值，scm-min表示采煤工作面最小控顶有效断面积，scm-max表示采煤工作面最大控顶有效断面积，lcm-min表示采煤工作面最小控顶距，hcm表示采煤工作面实际采高，lcm-max表示采煤工作面最大控顶距，

48、按照瓦斯浓度计算动态需风量，表示为：

49、

50、其中，表示该采煤工作面第i条回风顺槽风流中甲烷浓度，sdt-cm-i表示该采煤工作面第i条回风巷道断面积，vdt-cm-i表示该采煤工作面第i条回风顺槽内风速，表示采煤工作面瓦斯富裕系数，

51、按照二氧化碳浓度计算动态需风量，表示为：

52、

53、其中，表示该采煤工作面二氧化碳计算动态需风量，scm-i表示该采煤工作面第i条回风巷道断面积，vdt-cm-i表示该采煤工作面第i条回风顺槽内风速，表示采煤工作面二氧化碳富裕系数，

54、采煤工作面最小动态需风量要求，表示为：

55、qdt-cm-min＝60×0.25×lcm-max×hcm×0.7

56、其中，lcm-max表示采煤工作面最大控顶距，hcm表示采煤工作面实际采高，

57、按工作人员数量计算的采煤工作面动态需风量，表示为：

58、qdt-cm-rs＝4×ndt-cm-rs

59、其中，ndt-cm-rs表示该采煤工作面内的工作人员数量，

60、采煤工作面最大动态需风量要求，表示为：

61、qdt-cm-max＝60×m×lcm-min×hcm×0.7

62、其中，lcm-min表示采煤工作面最小控顶距，hcm表示采煤工作面实际采高。

63、可选地，在本技术的一个实施例中，风压平衡方程表示为：

64、

65、其中，cij表示第j个分支在第i个基本回路中的系数，qj表示，δrj表示第j个分支风阻增量，pj表示第j个分支通风动力，rj0表示第j个分支风阻初始值，e表示采煤工作面的分支个数，d表示通风网络的分支个数。

66、可选地，在本技术的一个实施例中，调节风窗过风面积与风阻之间定量关系函数，表示为：

67、

68、其中，b、c表示常数系数，r表示风窗风阻。

69、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。