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申请/专利权人：中国矿业大学(北京)

摘要：本发明公开了煤矿灾变时期风网智能监测与协同控制的实验装置及方法，其包括用于模拟井下通风网络的风路模拟组件，用于向所述风路模拟组件中通入实验气体的充气模块，用于采集所述实验气体在所述风路模拟组件中的动态参数的参数监测模块，用于根据所述动态参数对所述风路模拟组件进行控制的风网控制模块。所述风路模拟组件包括多个可调节长度的模拟管道。本发明能够模拟实际煤矿的灾变通风情况，不仅可以模拟煤矿煤与瓦斯突出灾变后的演变情况，收集煤与瓦斯灾害的实验数据，实现对已有的灾变时期智能监测与协同控制手段进行验证。

主权项：1.煤矿灾变时期风网智能监测与协同控制的方法，基于一种煤矿灾变时期风网智能监测与协同控制的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：风路模拟组件，用于模拟井下通风网络，包括多个可调节长度的模拟管道；所述模拟管道上设置有若干个用于限制所述实验气体流动范围的密封件13；所述模拟管道上设置有若干个自动蝶阀12，所述自动蝶阀12与所述风网控制模块电性连接；充气模块，用于向所述风路模拟组件中通入实验气体；参数监测模块，用于采集所述实验气体在所述风路模拟组件中的动态参数；所述参数监测模块包括若干个风速传感器9、若干个气体传感器10和若干个压差传感器11，所述模拟管道上开设有多个用于安装所述风速传感器9、所述气体传感器10或者所述压差传感器11的监测孔；风网控制模块，用于根据所述动态参数对所述风路模拟组件进行控制；所述方法包括如下步骤：部署所述风路模拟组件；规划监测节点位置，并且基于所述监测节点位置部署所述参数监测模块；基于实验场景利用所述充气模块向所述风路模拟组件中通入实验气体；利用所述参数监测模块监测所述实验气体在所述风路模拟组件中的动态参数；利用所述风网控制模块基于所述动态参数对所述风路模拟组件进行控制；规划所述监测节点位置的具体方法包括如下步骤：基于全覆盖方式确定多个初始的所述监测节点位置，并且进行基础实验得到位置参考标准；对初始的所述监测节点位置进行约简，并且再次进行基础实验得到动态位置数据；通过对所述动态位置数据与所述位置参考标准进行拟合分析校验所述监测节点位置的结果；重复多次对所述监测节点位置进行约简，根据校验的结果得到最终的所述监测节点位置；对于风速传感器9，首先在原始风阻的基础上，将可能发生突出的分支巷道和其周围的其它分支巷道按不同增阻系数u，对风阻r进行变换r’＝r+ur生成“阻变故障-风量”关系样本集；之后应用随机森林算法，将风网解算软件生成灾变后的“阻变故障-风量”关系样本集，以风量作为输入特征，故障位置作为输出特征使用随机森林算法建立巷道故障诊断模型；接着应用巷道故障诊断模型对“阻变故障-风量”关系样本集中的测试样本进行诊断；随后利用随机森林算法的变量重要性度量对输入特征进行排序，确定对分类准确率影响最小的分支巷道；最后采用序列后向搜索方法，每次从输入特征的集合中去掉重要性得分最小的输入特征，通过逐次进行迭代，并计算分类正确率，并且约简掉部分分支巷道；进而在最终的分支巷道上布置风速传感器9；对于气体传感器10，首先建立风路模拟组件的关联矩阵M；然后根据风路模拟组件的结构，将气体传感器10能够安装的监测孔的位置作为监测节点，以风路模拟组件中风流方向为弧的方向、以相邻的监测节点之间的最短风流时间作为弧的权值建立有向正权图；之后应用最短路径算法求解任意两监测节点之间的风流经过的最短时间作为监测时间，并且建立节点监测时间矩阵T；接着以关联矩阵M和节点监测时间矩阵T为基础构建分支监测时间矩阵Z；随后首先计算各监测节点位置至分支巷道末端的监测节点之间的最短风流时间zp1，再计算分支巷道中点至分支巷道末端的之间的风流时间zp2，则能够得到分支有效监测时间为z＝zp1+zp2；再建立分支有效监测矩阵D，给定监测有效阈值MS，若是元素Zi,j＞MS说明监测节点j不能及时有效监测所在分支巷道i的实验气体情况，反之若元素Zi,jMS说明监测节点j能及时有效监测分支巷道i的实验气体情况；建立实验气体有效监测矩阵D,矩阵元素Di,j取值：若Zi,j＞MS，则Di,j＝1；若Zi,j＜MS，则Di,j＝0；当设立的监测节点不能有效监测分支巷道的实验气体的涌出情况时，在分支巷道的中点单独设立一个气体传感器10；随后应用遗传算法对分支有效监测矩阵D进行求解，结果为fminx＝k则如果要实现对通风网路中所有需求点的覆盖，至少需要布设k+1个气体传感器10。

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