基于Rs-SVM算法的矿井主运输系统火灾诊断及灾害控制研究

摘要

随着现代化矿井产量的不断扩大，井下胶带运输已成为矿井主运输系统的重要方式。尽管，胶带运输已经采用阻燃技术，但矿井胶带火灾时有发生。由于主运输巷道往往布置在进风巷道中，一旦发生火灾，大量的有毒有害气体及烟雾会直接进入采、掘工作面，极易引发次生灾害。因此，开展主运输系统火灾诊断及控制研究，对于控制灾情的蔓延、提高矿井抗灾能力及、保证矿井的安全生产均具有重要的意义。
　　本文通过文献查阅、理论分析和现场调研，建立矿井灾变通风风流分配数学模型，阐述了矿井主运输系统火灾灾变特性及致灾机理，同时明确发生灾变时矿井的风流控制技术，并提出相应的基本控风方法;基于矿井胶带火灾特点，通过粗糙集理论与支持向量机算法，综合各自优势，提出了一种连续属性离散化方法，对RBF-NN、SVM、RS-SVM三种预测算法进行分析比对，得出RS-SVM算法在少样本时具备预测准确性更高的优点，文中主运输系统火灾灾变诊断采用的就是RS-SVM算法;在矿井主运输系统火灾灾变控制系统设计中，根据主运输系统致灾特性，确定出了相应控制系统的数据采集模块、主控模块最小系统等，依据上位机的网络解算结果，依据灾变机理，结合监测参数对相关风门发送控制指令，达到远程化、智能化防灾救灾的目的。同时，控制系统采用于自我较正自我修复技术，可通过工业试验或搭建模拟巷道火灾风流控制实验装置，模拟井下胶带巷胶带着火后火灾预测控制系统的灾变诊断及自动控制灾情的过程，通过实时测量数据进行反馈校正，结合火灾诊断技术的最优算法和网络解算程序，实现风路风门的最优化控制。文中的研究成果已成功应用于南阳坡煤矿，并就对矿井主斜井系统和4煤系统两个灾变区域进行了模拟与工业试验，结果表明:达到了主运输系统火灾准确预判、及时防控的目的，结合矿井通风网络理论，实现了灾变风流的最优化调控，提升了矿井的抗灾变能力。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 矿井胶带火灾灾变风流状态研究

1．3．2 数据融合算法的研究现状

1．3．3 矿井火灾监测技术的研究

1．3．4 煤矿远程监控技术研究

1．3．5 抗灾风门监控

1．4 主要研究内容

1．5 研究方法和技术路线

2 矿井主运输系统火灾灾变特性及致灾机理

2．1 矿井主运输系统火灾灾变特性

2．2 矿井主运输系统致灾机理

2．2．1 火灾致灾机理

2．2．2 主运输巷道发火原因

2．3 矿井灾变通风网络分配理论

2．3．1 矿井风流状态方程

2．3．2 通风网络风流分配数学模型

2．3．3 通风网络风流解算

2．4 矿井灾变通风系统风流控制技术

2．4．1 基本控风原则

2．4．2 旁侧支路逆转原因及应对措施

2．4．3 上、下行风流发生火灾时风流逆转条件

2．4．4 下行风风流逆转过程及突变理论分析

2．4．5 灾变时的基本控风方法

2．5 本章小结

3 主运输系统火灾诊断技术算法优选

3．1 井下胶带燃烧决策表离散化及特征提取

3．1．1 OPTICS算法思想

3．1．2 基于粗糙集理论与OPTICS算法的连续属性离散化算法

3．1．3 运输胶带火灾决策表离散化

3．1．4 井下胶带火灾信息特征提取

3．2 基于粗糙集-支持向量机的胶带火灾的预测

3．2．1 支持向量机的学习过程

3．2．2 支持向量机的实现

3．2．3 主运输系统火灾核函数的选取

3．2．4 主运输系统火灾算法参数的优化

3．2．5 其它方法——基于M-RS-SVM方法的胶带火灾的预测

3．3 预测算法对比与分析

3．4 本章小结

4 矿井主运输系统火灾诊断及控制系统软硬件设计

4．1 单片机最小系统

4．2 数据采集模块

4．3 键盘显示及报警模块

4．3．1 显示模块设计

4．3．2 键盘、报警电路

4．4 MAX485通讯模块

4．5 看门狗电路

4．6．1 地址分配表

4．6．2 矿井主运输系统火灾火灾诊断及控制系统软件流程图

5 灾变风门控制系统设计

5．1 风门控制模块结构

5．2 抗灾救灾自动控制风门结构设计

5．2．1 自动控制风门结构组成

5．2．2 自动控制风门控制气阀结构设计

5．3 抗灾救灾自动控制风门工作原理

5．4 抗灾救灾自动控制风门技术要求

5．4．1 自动控制风门的类型

5．4．2 自动控制风门的选型

5．4．3 水压检测及喷雾功能

5．5 抗灾救灾风门控制装置设计

5．5．1 视频服务器设计

5．6 矿井抗灾及预防监控系统需求

5．7 矿井抗灾及预防监控系统体系结构

5．8 抗灾风门监控系统的系统具体开发

5．8．1 主要功能设计

5．8．2 主要功能实现

5．8．3 液压风门工作原理

5．9 本章小结

6 矿井主运输系统火灾控制工程实践

6．1 灾变通风设施安装地点选择

6．2 灾变通风设施附近传感器的安装

6．3 主运输系统灾变控制区域划分

6．3．1 主斜井

6．3．2 4煤系统

6．4 本章小结

7 结论及展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

作者简历

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