礦井通風系統(tǒng)VentGIS在線監(jiān)測平臺與智能調控關鍵

1、項目名稱礦井通風系統(tǒng)VentGIS在線監(jiān)測平臺及智能調控關鍵技術及應用二、 申報獎種科技進步獎三、 推薦單位中國礦業(yè)大學四、 項目簡介礦井通風系統(tǒng)高效、可靠運轉是保障井下安全生產先決條件，如何監(jiān)測及精準控制通風系統(tǒng)是實現上述目標關鍵。現有技術仍是采用“人工參數觀測一根據經驗調風控制”方法，時效性差、自動化程度低。本項目以實現通風系統(tǒng)參數自動監(jiān)測、數據自動采集技術為基礎，開展了基于大數據分析礦井通風環(huán)境智能監(jiān)測及控制技術，具體包括：通風系統(tǒng)最優(yōu)監(jiān)測技術理論及方法針對巷道風速測不準問題、井下通風參數數據獲取需求及監(jiān)測系統(tǒng)數量有限矛盾問題，提出了通風參數測點最優(yōu)化布置模型，實現了全風網無盲區(qū)監(jiān)測；研究風表位置及巷道斷面特征關系，實現全斷面平均風速精確測定；發(fā)展全風網分支風阻實時反演，獲取分支風阻動態(tài)分布信息。引入基于物聯網主通風機智能監(jiān)控技術，完成對主通風機狀態(tài)參數、通風參數、環(huán)境參數綜合監(jiān)測，根據通風系統(tǒng)需風量預測控制主通風機運行頻率，解決了礦井主要通風機監(jiān)測信息不完全，智能化程度不足問題?；诤Ａ勘O(jiān)測數據通風系統(tǒng)安全評價及預警技術研究針對通風系統(tǒng)運行安全性判定及狀態(tài)預測問題，井下通風網絡健康指數評價及異常預警方面，提出了基于統(tǒng)計特征函數通風參數跟蹤及系統(tǒng)故障預測方法，建立了MonteCarl。隨機抽樣模型，實現了通風系統(tǒng)可靠性評估預測；建立了礦井通風系統(tǒng)健康指數實時評價模型，量化了35項診斷指標，提高了事故誘因及隱患識別效率；發(fā)展了通風異常前兆信息挖掘技術，建立了融合RS-SVM礦井通風系統(tǒng)預警機制。利用傅里葉變換、小波變換等方法進行實時頻譜分析，記錄振動信號時頻域及波形變化特性，實時顯示質心振動軌跡，異常狀態(tài)實時預警；研發(fā)了基于振動信號風機故障實時診斷系統(tǒng)，實現了通風機異常狀態(tài)超前預測預警。(3)礦井通風系統(tǒng)大數據架構及多元信息融合VentGIS平臺研發(fā)礦井通風系統(tǒng)監(jiān)測數據規(guī)模龐大，維度豐富，具有強周期性等特點，本項目圍繞對礦井通風數據動態(tài)處理，多元信息融合及系統(tǒng)協(xié)同集控平臺建設，提出了面向井下通風數據集成管理及深度分析方法，研發(fā)了VentGIS軟件平臺，內嵌了風量參數、通風阻力、風機工況多元在線監(jiān)測數據，運用風網實時解算技術進行交義驗證，實現通風異常預警、態(tài)勢發(fā)展研判、智能調控方案生成、通風異?；謴洼o助決策；針對風機運行狀態(tài)多元參數監(jiān)測問題，整合監(jiān)測內容，挖掘關鍵信息，提出了風機運行狀態(tài)監(jiān)測方法,建立了風機運行故障診斷及變頻調節(jié)模型，研發(fā)了風機運行狀態(tài)監(jiān)控軟件，并嵌入VentGIS平臺。（4）礦井通風系統(tǒng)智能化調控關鍵技術裝備研發(fā)井下環(huán)境嚴重制約了礦井通風設施遠程調控可靠性，人工操作存在時效性差、安全性低問題。本項目圍繞礦井通風設施自動化調控關鍵裝備研發(fā)，提出了防火抗爆通風設施設計方法，發(fā)展了智能化控制裝置機器學習和超高容錯技術，實現了關鍵分支用風需求關聯分支風阻精確調節(jié)以及復雜通風網絡結構遠程聯動可靠控制。研發(fā)了掘進工作面局部通風機風量調節(jié)控制裝置并實現了區(qū)域聯動控制；提出了主風機變頻控制及通風設施智能調節(jié)相融合協(xié)調集控技術，解決了多風井通風機聯合運轉安全問題。五、主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻1、 中國礦業(yè)大學 排名：1項目負責單位，全面負責項目研究工作。主要科技貢獻包括：（1） 提出通風系統(tǒng)最優(yōu)監(jiān)測技術理論及方法；（2） 提出基于海量監(jiān)測數據通風系統(tǒng)安全評價及預警技術；（3） 創(chuàng)建了礦井通風系統(tǒng)大數據架構及多元信息融合VentGIS平臺研發(fā)；（4） 研發(fā)了部分礦井通風系統(tǒng)智能化調控關鍵技術裝備。主持了研究成果在多個煤礦中應用和推廣工作。2、 新疆工程學院 排名：2主要科技貢獻包括：（1） 研發(fā)了部分礦井局部通風系統(tǒng)智能化裝置。（2） 協(xié)助第1完成單位基于海量監(jiān)測數據通風系統(tǒng)安全評價及預警技術。3、 徐州博聯科技有限公司 排名：3主要科技貢獻包括：（1） 研發(fā)了部分礦井通風系統(tǒng)智能化調控關鍵技術裝備。（2） 協(xié)助第1完成單位完成VentGIS平臺研發(fā)；六、推廣應用情況本項目先后在烏魯木齊104煤礦、河南永城城郊煤礦、大屯煤電公司龍東煤礦，潞安集團常村煤礦等數個煤礦通風工程中進行推廣應用，解決了復雜條件下煤礦精準通風問題，保證了煤礦安全生產。七、曾獲科技獎勵情況獲獎項目名稱獲獎時間獎項名稱獎勵等級授獎部門（單位）礦井通風系統(tǒng)在線監(jiān)測技術及智能控制基礎2018年05月綠色礦山科學技術獎量）中關村綠色礦山聯盟八、主要知識產權證明目錄主要發(fā)明專利授權發(fā)明專利，中國，一種用于礦井通風阻力測定測點編碼方法.授權號：ZL2,授權日期，權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：魏連江，胡建坤，梁偉，高方舟.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，一種礦井通風系統(tǒng)動態(tài)分階段安全調節(jié)控制方法.授權號：ZL23,授權日期，權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：陳開巖，周福寶，魏連江，裴曉東，張人偉.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，基于物聯網和云計算礦井通風機智能監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng).授權號：ZL2.9,授權日期20160511,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：華鋼，徐永剛，尹洪勝，王永星，黃冬勃，王書芹，蔣超.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，一種基于802.15.4通信協(xié)議WSN漸進式物理拓撲定位方法.授權號:ZL2.X,授權日期2018.4.10,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：華鋼;黃冬勃；顧博聞；曹佩永；聶政.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，多跳自組織可休眠路由算法.授權號：ZL2.7,授權日期2017.10.24,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：華鋼；顧博聞；黃冬勃；王永星；姜代紅.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，一種基于WSN煤礦采空區(qū)自然發(fā)火火源點定位系統(tǒng)?授權號：ZL2.X,授權日期：2016.2.3,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：華鋼；蔣超；王永星；顧博聞；王書芹.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置及方法.授權號：ZL2.5,授權日期：20130703權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：蔣曙光，王凱，邵昊，吳征艷，王蘭云，張衛(wèi)清.專利權有效.授權發(fā)明專利，中國，一種適用于煤礦井下目標定位方法.授權號：ZL2.9,授權日期：2016.11.30.權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：華鋼，王永星；任榮；徐永剛；王書芹；蔣超；趙穎杰；黃冬勃；鄭琪；顧博聞.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，一種煤礦井下風窗雙氣缸式自動調控系統(tǒng)及其控制方法，授權號：ZL2.4,授權口期：20180202；權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：王凱,崔傳波，蔣曙光,吳征艷，邵昊，張衛(wèi)清,裴曉東，朱成璐.專利權有效授權發(fā)明專利，中國，一種煤礦工作面頂板安全實時動態(tài)無線監(jiān)測裝置及方法，授權號：ZL2.4,授權日期：20180608,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：王凱，蔣曙光,周松，吳征艷，邵昊，張衛(wèi)清.專利權有效發(fā)明專利申請，中國，一種集約化礦井通風阻力測算方法，申請?zhí)枺?.1,申請日期：20170331,權利人：中國礦業(yè)大學,發(fā)明人：魏連江，周福寶,夏同強，胡建坤.實質審查階段發(fā)明專利申請，中國，礦井通風系統(tǒng)健康指數綜合評價方法，申請?zhí)枺?.4,申請口期：20150915,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：魏連江，梁偉，胡建坤，高方舟，李青.實質審查階段發(fā)明專利申請，中國，基于無線Mesh自組網煤礦應急救援指揮系統(tǒng)及方法.申請?zhí)枺?.7,申請日期：20161108,權利人:中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：王凱,崔傳波，蔣曙光,吳征艷，邵昊，張衛(wèi)清，裴曉東.實質審查階段發(fā)明專利申請，中國，一種煤礦通風參數智能化監(jiān)測調控裝置及其控制方法.申請?zhí)枺?.1,申請日期：20170628,權利人：中國礦業(yè)大學，發(fā)明人：王凱，蔣曙光,崔傳波，裴曉東,吳征艷，邵昊，張衛(wèi)清.實質審查階段主要軟件著作權程健維.礦井通風系統(tǒng)輔助設計咨詢軟件VI.0.授權號（軟件著作權）：2015SR03239&中國.徐永剛.感知礦山信息集成交換平臺VI.0授權號（軟件著作權）：2012SR068716&中國.徐永剛.感知礦山信息聯運系統(tǒng)VI.0授權號（軟件著作權）：2012SR068629,中國.徐永剛.感知礦山物聯網運行維護管理系統(tǒng)VI.0授權號（軟件著作權）：2012SR068772,中國.華鋼.基于teechartfor.netB/S結構煤礦安全監(jiān)控數據曲線顯示系統(tǒng)VI.0授權號（軟件著作權）：2018SR127145,中國.主要科技論文魏連江，汪云甲，方宗武.復雜通風網絡簡化過程及原理研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2010,（04）:480-483.Wei,L.,Cheng,J?,Luo,X.ANovelModelforRapidlyCorrectingAirVelocityMeasurementsinSemicircularArchTunneloftheCoalMine,ElectronicJournalofGeotechnicalEngineering,2015,20(2):473-484.Jiang,D?,Hua,G?ResearchonImageEnhancementMethodBasedonAdaptiveImmuneGeneticAlgorithm,JournalofComputationalandTheoreticalNanoscience12(1):119-127Cheng,J?,Liu,J?,Xu,H?,Wu,Y?,Yang,Y?,Deng,H?,Wang,Y?ComprehensiveandIntegratedMineVentilationConsultationModel-CIMVCM?TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,2015,45C:166-180Cheng,J?andYangS?DataMiningApplicationsinEvaluatingMineVentilationSystem.,SafetyScience,2012,50(4):918-922Wang,S?,Hua,G?,He,G?,Xie,C?,ACycleDeepBeliefNetworkModelforMultivariateTimeSeriesClassification,MathematicalProblemsinEngineering,2017,Wei,L.,Zhou,F?,Cheng,J?,Li,X.andLuo,X?ClassificationofStructuralComplexityforMineVentilationNetwork?Complexity,2015,21(1):21-34?KaiWang,ShuguangJiang,ZhengyanWu,HaoShao,WeiqingZhang,,XiaodongPeiIntelligentsafetyadjustmentofbranchairflowvolumeduringventilation-on-demandchangesincoalmines,ProcessSafetyandEnvironmentalProtection,2017(111):491-506?KaiWang,ShuguangJiang,XiaopingMa,WeiqingZhang,LimingHu,ZhengyanWu,HaoShao,XiaodongPei,YuanyuanWang?Abnormalgasemissionincoalminesandamethodforitsdilutionusingventilatorcontro1?JournalofNaturalGasScienceandEngineering,2016(33):355-366KaiWang,ShuguangJiang,XiaopingMa,LimingHu,ZhengyanWu,HaoShao,WeiqingZhang,XiaodongPei,YuanyuanWang?Anautomaticapproachforthecontroloftheairflowvolumeandconcentrationsofhazardousgasesincoalminegalleries?JournalofLossPreventionintheProcessIndustries,2016(43):676-687.KaiWang,ShuguangJiang*,XiaopingMaeta1?Studyofthedestructionofventilationsystemsincoalminesduetogasexplosions?PowderTechnology?2015(286):401一411.九、主要完成人情況表1、 姓名：程健維 排名：1工作單位：中國礦業(yè)大學完成單位：中國礦業(yè)大學對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：（1）確定了項目整體研究思路，完成了整體研究方案制定；（2）主要完成了基于海量監(jiān)測數據通風系統(tǒng)安全評價及預警技術研究；（3）主持開展了現場試驗及應用推廣。2、 姓名：王凱 排名：2工作單位：中國礦業(yè)大學完成單位：中國礦業(yè)大學對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：（1）主要完成礦井通風系統(tǒng)智能化調控關鍵技術裝備研發(fā)；（2）協(xié)助實施現場試驗及應用推廣