本發(fā)明屬于礦井通風(fēng)自動(dòng)化
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種礦井全局精確測(cè)風(fēng)的傳感器優(yōu)化布置方法。
背景技術(shù)：
：礦井通風(fēng)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(diǎn)，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(dòng)安全。礦井通風(fēng)的主要任務(wù)是：根據(jù)井下各個(gè)地點(diǎn)的溫度、濕度、有害氣體和礦塵濃度實(shí)時(shí)保證供風(fēng)質(zhì)量，滿足正常時(shí)期和災(zāi)變時(shí)期各用風(fēng)地點(diǎn)按時(shí)按需供風(fēng)。但是，一般大中礦井的通風(fēng)系統(tǒng)通常是由幾百條，甚至上千條風(fēng)道組成的非線性流體網(wǎng)絡(luò)；因此，無論是人工控風(fēng)還是自動(dòng)控風(fēng)，無論正常時(shí)期還是災(zāi)變時(shí)期，如果需要精確掌握供風(fēng)質(zhì)量和控風(fēng)效果，以及，如果需要精確掌握瓦斯涌出量預(yù)計(jì)、粉煤塵排量測(cè)算、漏風(fēng)診斷、火源溫度和熱力風(fēng)壓分析、風(fēng)阻變化等狀態(tài)識(shí)別，都需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和計(jì)算每個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)和每條風(fēng)道的精確供風(fēng)量。隨著地面大氣壓和地溫的變化、巷道的變形、掘進(jìn)面和回采面的推進(jìn)、通風(fēng)設(shè)施的狀態(tài)改變和各種車輛和設(shè)備的擾動(dòng)，每條風(fēng)道的風(fēng)量都是隨時(shí)變化的。另外，由于各條風(fēng)道的條件和環(huán)境不同，有些風(fēng)道是無法安裝風(fēng)速傳感器的，例如，立井井筒、漏風(fēng)通道等。既使安裝風(fēng)速傳感器，限于現(xiàn)有的風(fēng)速傳感器靈敏度較低、量程太窄，一般的風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速不低于0.2m/s，量程為0.2m/s-5m/s，對(duì)于較低的風(fēng)速無法精確監(jiān)測(cè)。事實(shí)上，由于行人、運(yùn)輸裝備的影響，風(fēng)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(fēng)速都比較低，因此給風(fēng)速的精確監(jiān)測(cè)帶了很大困難。綜上所述，如何通過安裝較少的風(fēng)速傳感器，用科學(xué)的安裝方法，使得能夠精確監(jiān)測(cè)和計(jì)算礦井每條風(fēng)道的通風(fēng)量，是實(shí)現(xiàn)精確按時(shí)按需供風(fēng)必要手段。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)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(cè)風(fēng)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(cè)風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖并編號(hào)，編號(hào)方法為：將進(jìn)風(fēng)井口和回風(fēng)井口這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)各編制為一個(gè)編號(hào)；對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)，按照風(fēng)流流動(dòng)方向，從始點(diǎn)到終點(diǎn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)按從小到大順序進(jìn)行編號(hào)；另外，還編制各風(fēng)道的風(fēng)道號(hào)；設(shè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)共有m個(gè)節(jié)點(diǎn)和n條風(fēng)道，m和n均為自然數(shù)；由此得到編號(hào)后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)，其中，v＝{v1,v2,…,vm}，v為節(jié)點(diǎn)集合，v1,v2,...,vm分別代表第1節(jié)點(diǎn)、第2節(jié)點(diǎn)...第m節(jié)點(diǎn)；e＝{e1,e2,…,en},e為風(fēng)道集合；e1,e2,...,en分別代表第1風(fēng)道、第2風(fēng)道...第n風(fēng)道；步驟2，進(jìn)行全局通風(fēng)阻力測(cè)定，并通過礦井通風(fēng)平差計(jì)算，獲得準(zhǔn)確的滿足通風(fēng)平衡定律的通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，其中，t0代表通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)；r0、a0、b0、c0、q0、h0和hz0分別為各風(fēng)道的風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻向量、風(fēng)機(jī)特性曲線二次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線一次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線常數(shù)項(xiàng)向量、風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量向量、風(fēng)網(wǎng)的阻力向量和風(fēng)網(wǎng)的自然風(fēng)壓向量；步驟3，根據(jù)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，計(jì)算得到靈敏度矩陣sl：其中，sij為通風(fēng)系統(tǒng)在初始狀態(tài)t0時(shí)，第i風(fēng)道的風(fēng)量qi關(guān)于第j風(fēng)道的風(fēng)阻rj的變化率，即步驟4，按照風(fēng)道風(fēng)阻的穩(wěn)定性和重要性，將風(fēng)道劃分為以下四類，分別為：i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iii類風(fēng)道和iv類風(fēng)道；其中，i類風(fēng)道指風(fēng)阻穩(wěn)定且可直接精確測(cè)量風(fēng)阻的風(fēng)道；ii類風(fēng)道指風(fēng)阻呈多態(tài)性，在不同時(shí)段取不同風(fēng)阻值的風(fēng)道；iii類風(fēng)道指需風(fēng)量固定的風(fēng)道；iv類風(fēng)道指：除去i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道和iii類風(fēng)道外的其它風(fēng)道；i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iii類風(fēng)道和iv類風(fēng)道分別對(duì)應(yīng)風(fēng)道集ei、eii、eiii和eiv；按照風(fēng)量的必測(cè)性、靈敏性和可測(cè)性，將風(fēng)道劃分為以下五類，分別為：a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道、d類風(fēng)道和e類風(fēng)道；其中，a類風(fēng)道指：按照相關(guān)礦山安全規(guī)定必須監(jiān)測(cè)風(fēng)量的風(fēng)道；b類風(fēng)道指：ii類風(fēng)道風(fēng)阻變化引起風(fēng)量敏感變化的風(fēng)道；c類風(fēng)道指：風(fēng)量不可直接測(cè)量的風(fēng)道；d類風(fēng)道指：與i類風(fēng)道相連的非i類風(fēng)道；e類風(fēng)道指：除去a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道和d類風(fēng)道外的其它風(fēng)道；a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道、d類風(fēng)道和e類風(fēng)道分別對(duì)應(yīng)風(fēng)道集ea、eb、ec、ed和ee；步驟5，在步驟1得到的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)中，查找出i類風(fēng)道組成的各個(gè)連通片，把每一個(gè)連通片簡化成一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，也將每一個(gè)進(jìn)回風(fēng)井口簡化成一個(gè)井口節(jié)點(diǎn)，由此得到簡化后的通風(fēng)系統(tǒng)；簡化后的通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)；其中，v1為新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)集合，e1為新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)道集合；步驟6，對(duì)于新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)中的風(fēng)道，按照d類風(fēng)道、c類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iv類風(fēng)道、b類風(fēng)道、iii類風(fēng)道、a類風(fēng)道和ee-ei類風(fēng)道的順序進(jìn)行排序，并去掉排序在后出現(xiàn)的重復(fù)風(fēng)道，共得到p個(gè)風(fēng)道，按順序依次記為：風(fēng)道es1、風(fēng)道es2…風(fēng)道esp；由此得到序列s：{s}＝{es1,es2,…,esp}步驟7，對(duì)于新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)，按照序列{s}中的風(fēng)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(gè)風(fēng)道；et2為樹支集合中第2個(gè)風(fēng)道…etk為樹支集合中第k個(gè)風(fēng)道；el1為連支集合中第1個(gè)風(fēng)道；el2為連支集合中第2個(gè)風(fēng)道…el(p-k)為連支集合中第p-k個(gè)風(fēng)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(fēng)速傳感器的風(fēng)道集es：es＝el∪ea步驟9，在風(fēng)道集es中的每個(gè)風(fēng)道上布置風(fēng)速傳感器，通過風(fēng)速傳感器測(cè)量得到對(duì)應(yīng)風(fēng)道的風(fēng)速監(jiān)測(cè)值；基于風(fēng)道斷面計(jì)算方法求出es中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；用最優(yōu)平差的方法計(jì)算樹支集合et中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；再利用固定風(fēng)量解算方法計(jì)算出風(fēng)道集ei中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；至此計(jì)算出通風(fēng)系統(tǒng)中所有風(fēng)道的風(fēng)量。優(yōu)選的，步驟4中，通過以下方法確定b類風(fēng)道：步驟4.1，設(shè)ii類風(fēng)道對(duì)應(yīng)的風(fēng)道集eii＝{eπ1,eπ2,...,eπf},即：風(fēng)道集eii共包含f個(gè)風(fēng)道，分別為eπ1、eπ2…eπf；基于步驟3得到的靈敏度矩陣sl，得到風(fēng)道eπ1的風(fēng)阻相對(duì)于第1風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s11；風(fēng)道eπ1的風(fēng)阻相對(duì)于第2風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s12，依此類推，直到風(fēng)道eπ1的風(fēng)阻相對(duì)于第n風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s1n；得到風(fēng)道eπ2的風(fēng)阻相對(duì)于第1風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s21；風(fēng)道eπ2的風(fēng)阻相對(duì)于第2風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s22，依此類推，直到風(fēng)道eπ2的風(fēng)阻相對(duì)于第n風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s2n；依此類推直到得到風(fēng)道eπf的風(fēng)阻相對(duì)于第1風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度sf1；風(fēng)道eπf的風(fēng)阻相對(duì)于第2風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度sf2，依此類推，直到風(fēng)道eπf的風(fēng)阻相對(duì)于第n風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度sfn；步驟4.2，計(jì)算|s11|+|s21|+|sf1|的和，計(jì)為sum1；計(jì)算|s12|+|s22|+|sf2|的和，計(jì)為sum2；依此類推，直到計(jì)算|s1n|+|s2n|+|sfn|的和，計(jì)為sumn；其中，“||”代表絕對(duì)值符號(hào)；步驟4.3，預(yù)設(shè)定靈敏度預(yù)設(shè)閾值sum0，從sum1、sum2…sumn中查找到大于sum0的值，大于sum0的sumi所對(duì)應(yīng)的風(fēng)道即為第i風(fēng)道，其中，i∈(1、2…n)；步驟4.4，大于sum0的sumi所對(duì)應(yīng)的風(fēng)道集合再減去eii風(fēng)道集合，即得到b類風(fēng)道。優(yōu)選的，步驟9中，風(fēng)速傳感器采用以下方法安裝到風(fēng)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(fēng)和安裝風(fēng)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(dāng)l和d相對(duì)于l和d滿足設(shè)定放大倍數(shù)時(shí)，圓管起到聚風(fēng)的作用，即：可將圓管中心位置未安裝圓管時(shí)的原始風(fēng)速vx放大到傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速vq以上，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速傳感器對(duì)低風(fēng)速的有效監(jiān)測(cè)。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(duì)于風(fēng)道集es中的每個(gè)風(fēng)道，當(dāng)通過布置風(fēng)速傳感器測(cè)量得到風(fēng)道中傳感器風(fēng)速vc后，通過以下公式計(jì)算巷道平均風(fēng)速vp：vp＝avc+b其中，a為傳感器風(fēng)速和巷道平均風(fēng)速的第1校驗(yàn)系數(shù)；b為傳感器風(fēng)速和巷道平均風(fēng)速的第2校驗(yàn)系數(shù)。本發(fā)明提供的一種礦井全局精確測(cè)風(fēng)的傳感器優(yōu)化布置方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明提供的礦井全局精確測(cè)風(fēng)的傳感器優(yōu)化布置方法，利用普通的風(fēng)速傳感器及較少的安裝數(shù)量，可實(shí)時(shí)獲得每條風(fēng)道較準(zhǔn)確的風(fēng)量，為通風(fēng)系統(tǒng)在線分析狀態(tài)識(shí)別和診斷提供了一個(gè)可行的解決方案。(2)對(duì)于風(fēng)速較低的風(fēng)道，本發(fā)明給出了一種低風(fēng)速的長距低阻聚風(fēng)風(fēng)速傳感器安裝方法，提高了風(fēng)速傳感器測(cè)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(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明提供的簡化的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明提供的監(jiān)測(cè)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(fēng)速區(qū)傳感器安裝原理圖。具體實(shí)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(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(cè)風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流狀態(tài)不能精確監(jiān)測(cè)的技術(shù)難題，滿足礦井通風(fēng)系統(tǒng)正常時(shí)期和災(zāi)變時(shí)期各風(fēng)道風(fēng)流的精確監(jiān)測(cè)需求，是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化的重要技術(shù)基礎(chǔ)之一。本發(fā)明提供一種礦井全局精確測(cè)風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖并編號(hào)，編號(hào)方法為：將進(jìn)風(fēng)井口和回風(fēng)井口這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)各編制為一個(gè)編號(hào)；對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)，按照風(fēng)流流動(dòng)方向，從始點(diǎn)到終點(diǎn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)按從小到大順序進(jìn)行編號(hào)；另外，還編制各風(fēng)道的風(fēng)道號(hào)；設(shè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)共有m個(gè)節(jié)點(diǎn)和n條風(fēng)道，m和n均為自然數(shù)；由此得到編號(hào)后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)，其中，v＝{v1,v2,…,vm}，v為節(jié)點(diǎn)集合，v1,v2,...,vm分別代表第1節(jié)點(diǎn)、第2節(jié)點(diǎn)...第m節(jié)點(diǎn)；e＝{e1,e2,…,en},e為風(fēng)道集合；e1,e2,...,en分別代表第1風(fēng)道、第2風(fēng)道...第n風(fēng)道；步驟2，進(jìn)行全局通風(fēng)阻力測(cè)定，并通過礦井通風(fēng)平差計(jì)算，獲得準(zhǔn)確的滿足通風(fēng)平衡定律的通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，其中，t0代表通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)；r0、a0、b0、c0、q0、h0和hz0分別為各風(fēng)道的風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻向量、風(fēng)機(jī)特性曲線二次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線一次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線常數(shù)項(xiàng)向量、風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量向量、風(fēng)網(wǎng)的阻力向量和風(fēng)網(wǎng)的自然風(fēng)壓向量；步驟3，根據(jù)初始狀態(tài)t0＝(r0,a0,b0,c0,q0,h0,hz0)，計(jì)算得到靈敏度矩陣sl：其中，sij為通風(fēng)系統(tǒng)在初始狀態(tài)t0時(shí)，第i風(fēng)道的風(fēng)量qi關(guān)于第j風(fēng)道的風(fēng)阻rj的變化率，即對(duì)于靈敏度矩陣sl，既可以按行查找出影響每個(gè)風(fēng)道風(fēng)量變化快慢的風(fēng)道風(fēng)阻順序，也可以按列查找到每個(gè)風(fēng)道風(fēng)阻的變化影響到的風(fēng)道風(fēng)量變化的快慢順序。步驟4，按照風(fēng)道風(fēng)阻的穩(wěn)定性和重要性，將風(fēng)道劃分為以下四類，分別為：i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iii類風(fēng)道和iv類風(fēng)道；其中，i類風(fēng)道指風(fēng)阻穩(wěn)定且可直接精確測(cè)量風(fēng)阻的風(fēng)道；ii類風(fēng)道指風(fēng)阻呈多態(tài)性，在不同時(shí)段取不同風(fēng)阻值的風(fēng)道；iii類風(fēng)道指需風(fēng)量固定的風(fēng)道；iv類風(fēng)道指：除去i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道和iii類風(fēng)道外的其它風(fēng)道；i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iii類風(fēng)道和iv類風(fēng)道分別對(duì)應(yīng)風(fēng)道集ei、eii、eiii和eiv；按照風(fēng)量的必測(cè)性、靈敏性和可測(cè)性，將風(fēng)道劃分為以下五類，分別為：a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道、d類風(fēng)道和e類風(fēng)道；其中，a類風(fēng)道指：按照相關(guān)礦山安全規(guī)定必須監(jiān)測(cè)風(fēng)量的風(fēng)道；b類風(fēng)道指：ii類風(fēng)道風(fēng)阻變化引起風(fēng)量敏感變化的風(fēng)道；c類風(fēng)道指：風(fēng)量不可直接測(cè)量的風(fēng)道；d類風(fēng)道指：與i類風(fēng)道相連的非i類風(fēng)道；e類風(fēng)道指：除去a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道和d類風(fēng)道外的其它風(fēng)道；a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道、d類風(fēng)道和e類風(fēng)道分別對(duì)應(yīng)風(fēng)道集ea、eb、ec、ed和ee；步驟4中，通過以下方法確定b類風(fēng)道：步驟4.1，設(shè)ii類風(fēng)道對(duì)應(yīng)的風(fēng)道集eii＝{eπ1,eπ2,...,eπf},即：風(fēng)道集eii共包含f個(gè)風(fēng)道，分別為eπ1、eπ2…eπf；基于步驟3得到的靈敏度矩陣sl，得到風(fēng)道eπ1的風(fēng)阻相對(duì)于第1風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s11；風(fēng)道eπ1的風(fēng)阻相對(duì)于第2風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s12，依此類推，直到風(fēng)道eπ1的風(fēng)阻相對(duì)于第n風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s1n；得到風(fēng)道eπ2的風(fēng)阻相對(duì)于第1風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s21；風(fēng)道eπ2的風(fēng)阻相對(duì)于第2風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s22，依此類推，直到風(fēng)道eπ2的風(fēng)阻相對(duì)于第n風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度s2n；依此類推直到得到風(fēng)道eπf的風(fēng)阻相對(duì)于第1風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度sf1；風(fēng)道eπf的風(fēng)阻相對(duì)于第2風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度sf2，依此類推，直到風(fēng)道eπf的風(fēng)阻相對(duì)于第n風(fēng)道的風(fēng)量的靈敏度sfn；步驟4.2，計(jì)算|s11|+|s21|+|sf1|的和，計(jì)為sum1；計(jì)算|s12|+|s22|+|sf2|的和，計(jì)為sum2；依此類推，直到計(jì)算|s1n|+|s2n|+|sfn|的和，計(jì)為sumn；其中，“||”代表絕對(duì)值符號(hào)；步驟4.3，預(yù)設(shè)定靈敏度預(yù)設(shè)閾值sum0，從sum1、sum2…sumn中查找到大于sum0的值，大于sum0的sumi所對(duì)應(yīng)的風(fēng)道即為第i風(fēng)道，其中，i∈(1、2…n)；步驟4.4，大于sum0的sumi所對(duì)應(yīng)的風(fēng)道集合再減去eii風(fēng)道集合，即得到b類風(fēng)道。步驟5，在步驟1得到的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)中，查找出i類風(fēng)道組成的各個(gè)連通片，把每一個(gè)連通片簡化成一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，也將每一個(gè)進(jìn)回風(fēng)井口簡化成一個(gè)井口節(jié)點(diǎn)，由此得到簡化后的通風(fēng)系統(tǒng)；簡化后的通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)；其中，v1為新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)集合，e1為新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)道集合；本步驟中，將i類風(fēng)道組成的各個(gè)連通片簡化為虛擬節(jié)點(diǎn)，可以減少傳感器布置數(shù)量。步驟6，對(duì)于新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)中的風(fēng)道，按照d類風(fēng)道、c類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iv類風(fēng)道、b類風(fēng)道、iii類風(fēng)道、a類風(fēng)道和ee-ei類風(fēng)道的順序進(jìn)行排序，并去掉排序在后出現(xiàn)的重復(fù)風(fēng)道，共得到p個(gè)風(fēng)道，按順序依次記為：風(fēng)道es1、風(fēng)道es2…風(fēng)道esp；由此得到序列s：{s}＝{es1,es2,…,esp}步驟7，對(duì)于新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)，按照序列{s}中的風(fēng)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(gè)風(fēng)道；et2為樹支集合中第2個(gè)風(fēng)道…etk為樹支集合中第k個(gè)風(fēng)道；el1為連支集合中第1個(gè)風(fēng)道；el2為連支集合中第2個(gè)風(fēng)道…el(p-k)為連支集合中第p-k個(gè)風(fēng)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(fēng)速傳感器的風(fēng)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(cè)或不易測(cè)的風(fēng)道上布置風(fēng)速傳感器，也充分利用了靈敏特征，使得只要ii類風(fēng)道的風(fēng)阻有變化，其影響較靈敏的風(fēng)道上風(fēng)速傳感器就能測(cè)到。步驟9，在風(fēng)道集es中的每個(gè)風(fēng)道上布置風(fēng)速傳感器，通過風(fēng)速傳感器測(cè)量得到對(duì)應(yīng)風(fēng)道的風(fēng)速監(jiān)測(cè)值；基于風(fēng)道斷面計(jì)算方法求出es中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；用最優(yōu)平差的方法計(jì)算樹支集合et中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；再利用固定風(fēng)量解算方法計(jì)算出風(fēng)道集ei中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；至此計(jì)算出通風(fēng)系統(tǒng)中所有風(fēng)道的風(fēng)量。本步驟中，風(fēng)速傳感器采用以下方法安裝到風(fēng)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(fēng)和安裝風(fēng)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(dāng)l和d相對(duì)于l和d滿足設(shè)定放大倍數(shù)時(shí)，圓管起到聚風(fēng)的作用，即：可將圓管中心位置未安裝圓管時(shí)的原始風(fēng)速vx放大到傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速vq以上，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速傳感器對(duì)低風(fēng)速的有效監(jiān)測(cè)。還包括：對(duì)于風(fēng)道集es中的每個(gè)風(fēng)道，當(dāng)通過布置風(fēng)速傳感器測(cè)量得到風(fēng)道中傳感器風(fēng)速vc后，通過以下公式計(jì)算巷道平均風(fēng)速vp：vp＝avc+b其中，a為傳感器風(fēng)速和巷道平均風(fēng)速的第1校驗(yàn)系數(shù)；b為傳感器風(fēng)速和巷道平均風(fēng)速的第2校驗(yàn)系數(shù)。以圖1為例，說明本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式：如圖1所示，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。假設(shè)圖1中，風(fēng)道10、11、12為風(fēng)阻變化較大的回采工作面所在風(fēng)道；風(fēng)道3、4、5為風(fēng)阻基本上不變的進(jìn)風(fēng)區(qū)的自然分風(fēng)風(fēng)道；風(fēng)道1、13是無法布置風(fēng)速傳感器的不可測(cè)風(fēng)風(fēng)道；風(fēng)道16為風(fēng)機(jī)所在風(fēng)道，其風(fēng)機(jī)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(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖并編號(hào)，得到編號(hào)后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(diǎn)集，e＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16}為風(fēng)道集。即，在圖1中，共有11個(gè)節(jié)點(diǎn)16個(gè)風(fēng)道。步驟2，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全局通風(fēng)阻力測(cè)定，全局通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果如表1所示。表1通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定計(jì)算結(jié)果對(duì)于圖1和表1，采用自然分風(fēng)解算方法求出準(zhǔn)確的滿足通風(fēng)平衡定律的通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)，如表2所示。表2通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)步驟3、計(jì)算各風(fēng)道風(fēng)量對(duì)所有風(fēng)道風(fēng)阻對(duì)應(yīng)的靈敏度矩陣，結(jié)果見表3。表3通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量對(duì)風(fēng)阻的靈敏度步驟4、根據(jù)圖1的風(fēng)道特征，按照風(fēng)阻的穩(wěn)定性和重要性，將風(fēng)道劃分為i類風(fēng)道(風(fēng)阻穩(wěn)定且可直接精確測(cè)量風(fēng)阻的風(fēng)道)、ii類風(fēng)道(風(fēng)阻呈多態(tài)性，在不同時(shí)段取不同風(fēng)阻值的風(fēng)道)、iii風(fēng)道(需風(fēng)量固定的風(fēng)道)、iv風(fēng)道(除去i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道和iii類風(fēng)道外的其它風(fēng)道)。i類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iii類風(fēng)道和iv類風(fēng)道分別對(duì)應(yīng)風(fēng)道集ei、eii、eiii和eiv；對(duì)于圖1的通風(fēng)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(fēng)量的必測(cè)性、靈敏性和可測(cè)性，將風(fēng)道劃分為a類風(fēng)道(按照相關(guān)礦山安全規(guī)定必須監(jiān)測(cè)風(fēng)量的風(fēng)道)、b類風(fēng)道(ii類風(fēng)道風(fēng)阻變化引起風(fēng)量敏感變化的風(fēng)道)、c類風(fēng)道(風(fēng)量不可直接測(cè)量的風(fēng)道，如立井井筒、漏風(fēng)風(fēng)道、超低風(fēng)速風(fēng)道等)、d類風(fēng)道(與i類風(fēng)道相連的非i類風(fēng)道)和e類風(fēng)道(除去a類風(fēng)道、b類風(fēng)道、c類風(fēng)道和d類風(fēng)道外的其它風(fēng)道)。由本例可知，回采工作面回風(fēng)側(cè)必須布置風(fēng)速傳感器，因此，ea＝{10,11,12,16}由表3可知，ii類風(fēng)道，即風(fēng)道10、風(fēng)道11、風(fēng)道12的風(fēng)阻變化引起風(fēng)量敏感變化的風(fēng)道包括風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖g＝(v,e)中，查找出i類風(fēng)道組成的各個(gè)連通片，把每一個(gè)連通片簡化成一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)。在圖1中，i類風(fēng)道只組成1個(gè)連通片，將該連通片簡化成一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)12，也將每一個(gè)進(jìn)回風(fēng)井口簡化成一個(gè)井口節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)13，得到簡化后的通風(fēng)系統(tǒng)；簡化后的通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)g1＝(v1,e1)，見圖2。步驟6，對(duì)于圖2中未簡化掉的風(fēng)道，即風(fēng)道1、2、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16，按照d類風(fēng)道、c類風(fēng)道、ii類風(fēng)道、iv類風(fēng)道、b類風(fēng)道、iii類風(fēng)道、a類風(fēng)道和ee-ei類風(fēng)道的順序進(jìn)行排序，并去掉排序在后出現(xiàn)的重復(fù)風(fēng)道，得到序列：{s}＝{2,6,7,1,13,10,11,12,8,9,14,15,16}步驟7，對(duì)新的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)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(fēng)速傳感器的風(fēng)道集es：es＝el∪ea＝{11,12,8,9,15,16,10}步驟9，在風(fēng)道集es中的每個(gè)風(fēng)道上布置風(fēng)速傳感器，通過風(fēng)速傳感器測(cè)量得到對(duì)應(yīng)風(fēng)道的風(fēng)速監(jiān)測(cè)值；基于風(fēng)道斷面計(jì)算方法求出es中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量；本例中，es包含了el且比el的風(fēng)道多，因此，可以用最優(yōu)平差的方法計(jì)算樹支集合et＝{2,6,7,1,13,10,14}中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量。利用ea中比el多出的風(fēng)速監(jiān)測(cè)數(shù)量進(jìn)行平差，可以進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度。再利用固定風(fēng)量解算方法計(jì)算出圖中風(fēng)道集ei＝{3,4,5}中每個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量。至此，至此計(jì)算出通風(fēng)系統(tǒng)中所有風(fēng)道的風(fēng)量。下面給出如何安裝風(fēng)速傳感器，才能對(duì)低風(fēng)速進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，提高其監(jiān)測(cè)量程和靈敏度：假設(shè)風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速為vq，需要能精確監(jiān)測(cè)的風(fēng)速為vx。不妨假設(shè)巷道的當(dāng)量直徑為dh，由于圓管中心位置o點(diǎn)到巷道的幫距為x，離巷道中心較遠(yuǎn)，在未安裝本發(fā)明圓管時(shí)，o點(diǎn)的風(fēng)速vx一般較小，達(dá)不到一般風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速vq，故無法監(jiān)測(cè)。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(fēng)和安裝風(fēng)速傳感器，要求d和l足夠的小，以能安裝下風(fēng)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(dāng)l和d相對(duì)于l和d足夠大時(shí)，圓管具有聚風(fēng)的作用，即，可把風(fēng)速vx放大到傳感器的啟動(dòng)風(fēng)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(fēng)阻值rj，圓管的單位長度風(fēng)阻值rt和巷道環(huán)型空間的單位長度風(fēng)阻值rh。則風(fēng)道中傳感器風(fēng)速vc(安裝圓管時(shí)o點(diǎn)的風(fēng)速值)、巷道平均風(fēng)速vp和圓管中心原始風(fēng)速vx(即未安裝圓管時(shí)o點(diǎn)的風(fēng)速值)存在如下關(guān)系：其中：a為聚風(fēng)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(shí)，d和l越大，聚風(fēng)系數(shù)越大，則聚風(fēng)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(fēng)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(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速為0.3，當(dāng)巷道風(fēng)速為0.4時(shí)，vx＝0.2444，因此，vx低于風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速，風(fēng)速傳感器無法直接監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的風(fēng)速值；安裝圓管后，假設(shè)l＝0.5,vc＝0.1715，vc低于風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速，風(fēng)速傳感器也不能進(jìn)行監(jiān)測(cè)；如果取l＝1,vc＝0.3333，vc高于風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速，風(fēng)速傳感器已經(jīng)可以進(jìn)行風(fēng)速監(jiān)測(cè)；如果取l＝3,vc＝0.8979,vc遠(yuǎn)高于風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速，即使風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速為0.85，風(fēng)速傳感器也可以有效監(jiān)測(cè)風(fēng)帶。因此，通過安裝圓管，并在圓管內(nèi)部安裝風(fēng)速傳感器，圓管具有聚風(fēng)的作用，可把風(fēng)速vx放大到傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速vq以上，從而有效解決現(xiàn)有風(fēng)速傳感器的可靠測(cè)風(fēng)問題。對(duì)于一般的巷道和紊流流態(tài)也可作類似推導(dǎo)。采用本發(fā)明風(fēng)速傳感器的安裝方法，直接測(cè)量得到風(fēng)道中傳感器風(fēng)速vc，為風(fēng)道中某一點(diǎn)的風(fēng)速值，該風(fēng)速值可采用以下方法換算為巷道平均風(fēng)速vp：vp＝avc+b因此，通過傳感器風(fēng)速vc反算巷道平均風(fēng)速vp，實(shí)現(xiàn)巷道風(fēng)速監(jiān)測(cè)。本發(fā)明提供的一種礦井全局精確測(cè)風(fēng)的傳感器優(yōu)化布置方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明提供的礦井全局精確測(cè)風(fēng)的傳感器優(yōu)化布置方法，利用普通的風(fēng)速傳感器及較少的安裝數(shù)量，可實(shí)時(shí)獲得每條風(fēng)道較準(zhǔn)確的風(fēng)量，為通風(fēng)系統(tǒng)在線分析狀態(tài)識(shí)別和診斷提供了一個(gè)可行的解決方案。(2)對(duì)于風(fēng)速較低的風(fēng)道，本發(fā)明給出了一種低風(fēng)速的長距低阻聚風(fēng)風(fēng)速傳感器安裝方法，提高了風(fēng)速傳感器測(cè)量量程和靈敏度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12