一种矿井通风系统实时安全监测的方法和装置与流程

本发明涉及矿井安全检测技术领域，尤其涉及一种矿井通风系统实时安全监测的方法和装置。

背景技术：

矿井通风系统是由通风网络、主通风机等若干子系统及其单元组成的大型复杂关联系统，它为矿井各用风场所提供足够的新鲜风量，保证作业空间良好气候条件，冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘等。随着矿井通风系统服务年限的增长，通风设备逐渐出现老化征兆，网络结构也可能发生动态变化，促使系统及其单元发生故障的可能性增大，造成通风系统降低或失去预定的功能，甚至造成灾难性事故，产生严重的社会影响及巨大的经济损失。因此，矿井通风系统监测是保证系统安全运行的重要手段。

由于矿井通风系统具有复杂的关联属性，使得该矿井通风系统表现为多环节性、随机性和非线性，容易产生随机故障或事故隐患。然而，目前矿井通风系统的检测一般都采用机械和人工方法，尽管能够消除一些隐患，但不能实时、安全可靠、定量地判断和检测通风系统的运行情况和稳定性。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种矿井通风系统实时安全监测的方法和系统，能实时定量地监测矿井通风系统的可靠程度，保证矿井安全可靠地运行。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种矿井通风系统实时安全监测的方法，所述方法包括：

获取由超声波风速传感器所测矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，并根据所述获取到的矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，采用卡曼涡节原理计算出矿井通风系统各个时刻的风速；

确定矿井通风系统流口截面的面积，并根据所述矿井通风系统流口截面的面积以及所述计算出的矿井通风系统各个时刻的风速，得到矿井通风系统各个时刻的通风流量，且根据所述得到的矿井通风系统各个时刻的通风流量，计算出矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差；

确定矿井通风系统的通风流量安全范围，并根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围和所述矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差，得到矿井通风系统的实测可靠度；

根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围，采用预设的复合simpson公式对所述矿井通风系统的通风流量安全范围进行计算，得到矿井通风系统的理论可靠度范围；

判断所述得到的矿井通风系统的实测可靠度是否位于所述得到的矿井通风系统的理论可靠度范围内；

如果是，则输出矿井通风系统安全；否，则输出矿井通风系统存在故障，并进一步输出报警信息。

其中，所述超声波风速传感器包括电源、超声波调制解调电路、信号输出电路和数据存储电路。

其中，所述确定矿井通风系统的通风流量安全范围，并根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围和所述矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差，得到矿井通风系统的实测可靠度的具体步骤包括：

确定矿井通风系统的通风流量安全范围，并利用公式得到矿井通风系统的故障概率f(a)，且进一步根据所述得到的矿井通风系统的故障概率f(a)，得到矿井通风系统的实测可靠度r(a)；其中，r(a)＝1-f(a)；[a1,a2]为矿井通风系统的通风流量安全范围；μ为矿井通风系统通风流量的均值，σ为矿井通风系统通风流量的标准差。

本发明实施例还提供了一种矿井通风系统实时安全监测的装置，所述装置包括：

第一计算单元，用于获取由超声波风速传感器所测矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，并根据所述获取到的矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，采用卡曼涡节原理计算出矿井通风系统各个时刻的风速；

第二计算单元，用于确定矿井通风系统流口截面的面积，并根据所述矿井通风系统流口截面的面积以及所述计算出的矿井通风系统各个时刻的风速，得到矿井通风系统各个时刻的通风流量，且根据所述得到的矿井通风系统各个时刻的通风流量，计算出矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差；

第三计算单元，用于确定矿井通风系统的通风流量安全范围，并根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围和所述矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差，得到矿井通风系统的实测可靠度；

第四计算单元，用于根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围，采用预设的复合simpson公式对所述矿井通风系统的通风流量安全范围进行计算，得到矿井通风系统的理论可靠度范围；

判断单元，用于判断所述得到的矿井通风系统的实测可靠度是否位于所述得到的矿井通风系统的理论可靠度范围内；

第一输出单元，用于输出矿井通风系统安全；

第二输出单元，用于输出矿井通风系统存在故障，并进一步输出报警信息。

其中，所述超声波风速传感器包括电源、超声波调制解调电路、信号输出电路和数据存储电路。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，把通风流量作为一个随机变量，根据可靠性工程和随机理论分别论证出实测可靠度及理论可靠度范围并进行对比，且进一步通过对比结果反映矿井通风系统的安全性，从而能实时定量地监测矿井通风系统的可靠程度，保证矿井安全可靠地运行。

附图说明

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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种矿井通风系统实时安全监测的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种矿井通风系统实时安全监测的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种矿井通风系统实时安全监测的方法，所述方法包括：

步骤s1、获取由超声波风速传感器所测矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，并根据所述获取到的矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，采用卡曼涡节原理计算出矿井通风系统各个时刻的风速；

具体过程为，通过超声波风速传感器测量矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，并利用卡曼涡节原理的公式(1)，计算出矿井通风系统各个时刻的风速：

式(1)中，f为某一时刻矿井通风系统的漩涡频率，v为某一时刻矿井通风系统的风速，d为某一时刻矿井通风系统的漩涡发生体线径，st为斯特拉哈尔系数(雷诺数在200～50000范围内，st为常数0.21)。

在本发明实施例中，超声波风速传感器包括电源、超声波调制解调电路、信号输出电路和数据存储电路。

步骤s2、确定矿井通风系统流口截面的面积，并根据所述矿井通风系统流口截面的面积以及所述计算出的矿井通风系统各个时刻的风速，得到矿井通风系统各个时刻的通风流量，且根据所述得到的矿井通风系统各个时刻的通风流量，计算出矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差；

具体过程为，确定矿井通风系统流口截面的面积s，并根据公式(2)，得到矿井通风系统各个时刻的通风流量：

a＝v·s(2)；

把矿井通风系统各个时刻的a看作是一个服从正态分布的随机变量，求出该段时间内通风流量的平均值和通风流量的标准差。计算的方法为：

式(3)和(4)中，μ为矿井通风系统通风流量的均值，σ为矿井通风系统风流量的标准差。

步骤s3、确定矿井通风系统的通风流量安全范围，并根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围和所述矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差，得到矿井通风系统的实测可靠度；

具体过程为，确定矿井通风系统的通风流量安全范围[a1,a2]，并利用公式(5)，得到矿井通风系统的故障概率f(a)：

进一步根据矿井通风系统的故障概率f(a)，利用公式(6)，得到矿井通风系统的实测可靠度r(a)：

r(a)＝1-f(a)(6)。

步骤s4、根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围，采用预设的复合simpson公式对所述矿井通风系统的通风流量安全范围进行计算，得到矿井通风系统的理论可靠度范围；

具体过程为，基于simpson方法进行数据处理和计算，得到矿井通风系统的理论可靠度范围。包括以下步骤：

(1)把矿井通风系统的通风流量安全范围[a1,a2]进行离散化，分成n等分，step为步进长度，即：

a1＝x0＜x1＜...＜xn＝a2

step＝(a2-a1)/n，xi＝a1+i*step，i＝0,1,...,n。

(2)对矿井通风系统的通风可靠度进行离散：

(3)利用simpson方法积分：

其中，xi+0.5为[xi,xi+1]的中值。

以此类推，将每一个xi进行计算，得到的可靠度集合形成理论可靠度范围。

步骤s5、判断所述得到的矿井通风系统的实测可靠度是否位于所述得到的矿井通风系统的理论可靠度范围内；如果是，则执行下一步骤s6；如果否，则跳转至步骤s7；

具体过程为，将矿井通风系统的实测可靠度与理论可靠度范围进行对比，并根据不同的对比结果，输出不同的结论。

步骤s6、输出矿井通风系统安全；

步骤s7、输出矿井通风系统存在故障，并进一步输出报警信息。

如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种矿井通风系统实时安全监测的装置，所述装置包括：

第一计算单元110，用于获取由超声波风速传感器所测矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，并根据所述获取到的矿井通风系统各个时刻的漩涡频率，采用卡曼涡节原理计算出矿井通风系统各个时刻的风速；

第二计算单元120，用于确定矿井通风系统流口截面的面积，并根据所述矿井通风系统流口截面的面积以及所述计算出的矿井通风系统各个时刻的风速，得到矿井通风系统各个时刻的通风流量，且根据所述得到的矿井通风系统各个时刻的通风流量，计算出矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差；

第三计算单元130，用于确定矿井通风系统的通风流量安全范围，并根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围和所述矿井通风系统通风流量的均值及其对应的标准差，得到矿井通风系统的实测可靠度；

第四计算单元140，用于根据所述矿井通风系统的通风流量安全范围，采用预设的复合simpson公式对所述矿井通风系统的通风流量安全范围进行计算，得到矿井通风系统的理论可靠度范围；

判断单元150，用于判断所述得到的矿井通风系统的实测可靠度是否位于所述得到的矿井通风系统的理论可靠度范围内；

第一输出单元160，用于输出矿井通风系统安全；

第二输出单元170，用于输出矿井通风系统存在故障，并进一步输出报警信息。

其中，所述超声波风速传感器包括电源、超声波调制解调电路、信号输出电路和数据存储电路。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，把通风流量作为一个随机变量，根据可靠性工程和随机理论分别论证出实测可靠度及理论可靠度范围并进行对比，且进一步通过对比结果反映矿井通风系统的安全性，从而能实时定量地监测矿井通风系统的可靠程度，保证矿井安全可靠地运行。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。