CN111199362A - 基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法 - Google Patents

基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法具体包括以下步骤：S1：确定可靠性评价方法的评价指标，所述评价指标包括一级可靠性评价指标、二级可靠性评价指标和三级可靠性评价指标；S2：采集目标煤矿井下监控系统的监控数据，并根据所述监控数据更新所述一级可靠性评价指标中的动态指标的指标值；S3：对所述一级可靠性评价指标进行可靠性进行评价，获得所述一级可靠性评价指标的可靠性等级；S3：从一级可靠性评价指标到目标矿井通风系统的可靠性等级逐级评价；S4：根据当前已有的通风系统可靠性评价结果，利用三次平滑算法预测未来某个时刻的通风系统的可靠性。通过煤矿井下实时动态数据更新可靠性评价指标，动态评价提升评价结果的精确性。

Description

基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下通风领域，尤其涉及基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法。
背景技术
我国是煤炭大国，井工开采仍是我国主要的开采方式，防治矿井灾害是煤炭开采中的重中之重；矿井通风是防治矿井灾害的重要保障手段，通风系统通过将新鲜空气输送到矿井下各个用风地点，满足井下工作人员呼吸需要，同时达到稀释有害气体，调节矿井温度等。在发生矿井灾害时，通过调节通风系统实施设备，可有效防止事故扩大，阻断连锁事故发生，最大程度保障生命财产安全，因此通风系统在矿井安全生产中占有重要地位。为有效保障通风系统的可靠和稳定,对整个矿井通风系统的可靠性与稳定性进行安全评价十分必要；现目前对矿井通风系统可靠性评价基于静态的参数测定及人工矿井基础数据收集整理后得出结论；由于矿井开采是一个动态过程，随着掘进与开采的进行，井下通风系统是一个动态变化的整体，静态的评价通风系统只能在有效时间段内可靠。
因此，亟需一种基于煤矿井下动态数据的通风系统可靠性评价方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于煤矿井下实时动态数据的基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法。
本发明提供一种基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
S1：确定可靠性评价方法的评价指标，所述评价指标包括一级可靠性评价指标、二级可靠性评价指标和三级可靠性评价指标，其中，所述一级可靠性评价指标划分静态指标和动态指标；
S2：采集目标煤矿井下监控系统的监控数据，并根据所述监控数据更新所述一级可靠性评价指标中的动态指标的指标值；
S3：对所述一级可靠性评价指标进行可靠性进行评价，获得所述一级可靠性评价指标的可靠性等级；
S3：根据所述一级可靠性评价指标的可靠性等级及一级可靠性评价指标的权重确定二级可靠性指标的可靠性等级，并根据所述二级可靠性指标的可靠性等级及二级可靠性指标的权重确定三级可靠性评价指标的评价等级，以及根据所述三级可靠性评价指标的可靠性等级及三级可靠性评价指标的权重获得目标矿井通风系统的可靠性等级，即通风系统可靠性评价结果；
S4：根据当前已有的通风系统可靠性评价结果，利用三次平滑算法预测未来某个时刻的通风系统的可靠性。
进一步，所述静态指标包括：采掘面浮尘最大超标率、采掘面串联风发生率、用风区风流不稳定角联分支数、矿井风网独立回路数、矿井风网角联分支数、矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比、最大最小阻力百分比、矿井通风设施质量合格度、矿井风网调节合理度、千米巷道通风设施数、主要通风机喘振发生率、主要通风机能力备用系数、局部通风机无计划停电停风故障率、井下局部通风机安全装备达标率、防灾设施质量合格率、避灾路线通行时间、避难硐室装备达标率、反风系统反风合格度、均压系统均压合格度、井下通风安全状况漏检率、矿井通风安全监测系统故障；
所述动态指标包括：矿井风网阻力测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差、矿井气温预测误差、矿井风网解算误差、主通风机性能测定误差、用风地点风量供需比、井下风流污染度、井下作业地点温度、采掘面瓦斯超限频率、矿井等积孔、矿井有效风率、矿井外部漏风率、拖动电机负荷率、主要通风机装置运行效率。
进一步，所述二级可靠性评价指标包括：原始数据与计算方法可靠性、通风质量合格度、通过网络结构合理性、通过设施质量分布合理性、主要通风机运行合理性、局部风机运行合理性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性。
进一步，所述三级可靠性评价指标包括：日常矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性。
进一步，所述一级可靠性评价指标的可靠性等级、二级可靠性评价指标的可靠性等级、三级可靠性评价指标的可靠性等级和煤矿井下的通风系统的可靠性等级均包括三个等级，A级、B级和C级，且可靠性从高到低依次为A级>B级>C级。
进一步，所述一级可靠性评价指标的权重、二级可靠性评价指标的权重和三级可靠性评价指标的权重均为预先设定的常数。
进一步，所述步骤S3具体包括：
S31：根据所述矿井风网阻力测定误差、主通风机性能测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差、矿井气温预测误差和矿井风网解算误差的可靠性等级和权重确定所述原始数据与计算方法可靠性的可靠性等级；
根据所述用风地点风量供需比、井下风流污染度、采掘面浮尘最大超标率、井下作业地点温度和采掘面瓦斯超限频率的可靠性等级和权重确定所述通风质量合格度的可靠性等级；
根据所述采掘面串联风发生率、用风区风流不稳定角联分支数、矿井风网独立回路数和矿井风网角联分支数的可靠性等级和权重确定所述通风网络结构分布合理性的可靠性等级；
根据所述矿井等积孔、矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比和最大最小阻力百分比的可靠性等级和权重确定所述通风网络阻力分布合理性的可靠性等级；
根据所述矿井通风设施质量合格度、矿井有效风率、矿井风网调节合理度和千米巷道通风设施数的可靠性等级和权重确定所述通风设施质量分布合理性的可靠性等级；
根据所述主要通风机喘振发生率、矿井外部漏风率、拖动电机负荷率、主要通风机装置运行效率和主要通风机喘振发生率的可靠性等级和权重确定所述主要通风机运行合理性的可靠性等级；
根据所述局部通风机无计划停电停风故障率和井下局部通风机安全装备达标率的可靠性等级和权重确定所述局部通风机运行合理性的可靠性等级；
根据所述防灾设施质量合格率、避灾路线通行时间、避难硐室装备达标率、反风系统反风合格度和均压系统均压合格度的可靠性等级和权重确定所述矿井通风防灾救灾系统可靠性的评价等级；
根据所述井下通风安全状况漏检率和矿井通风安全监测系统故障的可靠性等级和权重计算所述矿井安全监测系统可靠性的评价等级；
S32：根据所述原始数据与计算方法可靠性、通风质量合格度、通过网络结构合理性、通过设施质量分布合理性、主要通风机运行合理性、局部风机运行合理性的可靠性等级和权重计算所述日常矿井通风系统可靠性的评价等级；
S33：根据所述日常矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性计算所述目标煤矿井下的通风系统的可靠性等级；
其中，步骤S31、S32和S33中确定可靠性等级均采用以下方法确定：
假定指标包含评价对象n个，其评价对象的权矩阵为W＝(ω1,ω2,…,ωn),按
照该指标的计算公式，分别计算三个级别的值，然后进行同级求和：
Figure BDA0002373134310000041
并对其进行归一化处理，从而形成一个评判向量：
Figure BDA0002373134310000042
根据评判向量得出评价结果：
Figure BDA0002373134310000051
式中，fA(d,i)表示按照指标A等级计算该指标值，fB(d,i)表示按照指标B等级计算该指标值，fC(d,i)表示按照指标C等级计算该指标值。
进一步，所述步骤S33的所述目标矿井的通风系统的可靠性等级采用以下方法修正可靠性等级：
(1)如果基本评价为C级，当RA+RB＞RC/2时，则最终评价等级应上调至B级，否则保持不变；
(2)如果评价等级为A级，当RB+RC＞RA/2时，则最终评价等级应下调至B级，否则保持不变；
(3)如果评价等级为B级，当RA＞RB/2＞+RC时，则应上调至A级；当RA＜RB/2＜+RC，则应下调至C级，否则保持不变。
进一步，所述步骤S4具体包括以下步骤：
构建未来某个时刻的矿井通风系统可靠性评价的模型，
所述模型为：
χt+T＝AT+BTT+CTT2 (2)
其中，χt+T表示未来某个时刻的预测值，AT、BT和CT均表示中间变量，T表示未来第T个时间序列；
其中：
Figure BDA0002373134310000052
Figure BDA0002373134310000053
Figure BDA0002373134310000054
其中，
Figure BDA0002373134310000055
为一次指数平滑值，
Figure BDA0002373134310000056
为二次指数平滑值，
Figure BDA0002373134310000057
为三次指数平滑值，χt实际值，t为时间序列数据排位数，α为平滑系数；
其中，所述一次指数平滑值
Figure BDA0002373134310000061
二次指数平滑值
Figure BDA0002373134310000062
三次指数平滑值
Figure BDA0002373134310000063
采用如下方法确定：
Figure BDA0002373134310000064
其中，
Figure BDA0002373134310000065
为一次指数平滑值，
Figure BDA0002373134310000066
为二次指数平滑值，
Figure BDA0002373134310000067
为三次指数平滑值，χt实际值，α为平滑系数；
所述平滑系数α采用如下方法确定：
(1)选取近期时间段内N个真实监测计算数据集合:S{a1,a2,a3,…,an}，其中，N为大于1的整数。
(2)利用其子集S′{a1,a2,a3,…,am}一次代入式子(2)获得计算值；
(3)计算所述计算值与实际值的均方差，所述均方差采用如下方法确定：
Figure BDA0002373134310000068
其中，σ表示均方差，χi为第i期实际值，Si为第i期预测值，t表示总期数；
(4)若均方差σ小于预设的阈值，则将当前α的值为平滑系数的值；若均方差σ不小于预设的阈值，则α＝α+0.01，并进入步骤(2)。
进一步，所述评价方法还包括找出对矿井通风系统可靠性影响最大的指标，其具体步骤为：
获取矿井通风系统可靠性评价结果与所述可靠性评价结果相应的可靠性评价指标值；
计算所述可靠性评价指标在预设时间周期内的平均值，并绘制评价指标的历史数值平均线的二维坐标，所述二维坐标的横坐标为时间周期，纵坐标为指标值；
统计对当个指标影响超过预设阈值的评价指标；所述预设阈值为均值的30％；所述超过预设阈值的评价指标即为矿井通风系统可靠性影响最大的指标。
本申请的有益技术效果：本发明通过煤矿井下实时动态数据更新可靠性评价指标，动态评价提升评价结果的可靠性；并根据当前数据，实施预测未来通风系统的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的方法流程图；
图2为矿井通风系统安全可靠性评价指标体系划分及权重分配；
图3为模块指标影响数据关系图；
图4为通风网络分析数据流图；
图5为平滑系数确定流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本发明提供的一种基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
S1：确定可靠性评价方法的评价指标，所述评价指标包括一级可靠性评价指标、二级可靠性评价指标和三级可靠性评价指标，其中，所述一级可靠性评价指标划分静态指标和动态指标；
S2：采集目标煤矿井下监控系统的监控数据，并根据所述监控数据更新所述一级可靠性评价指标中的动态指标的指标值；
S3：对所述一级可靠性评价指标进行可靠性进行评价，获得所述一级可靠性评价指标的可靠性等级；
S3：根据所述一级可靠性评价指标的可靠性等级及一级可靠性评价指标的权重确定二级可靠性指标的可靠性等级，并根据所述二级可靠性指标的可靠性等级及二级可靠性指标的权重确定三级可靠性评价指标的评价等级，以及根据所述三级可靠性评价指标的可靠性等级及三级可靠性评价指标的权重获得目标矿井通风系统的可靠性等级，即通风系统可靠性评价结果；
S4：根据当前已有的通风系统可靠性评价结果，利用三次平滑算法预测未来某个时刻的通风系统的可靠性。
通过上述技术方案，通过煤矿井下实时动态数据更新可靠性评价指标，动态评价提升评价结果的可靠性；并根据当前数据，实施预测未来通风系统的可靠性。
所述静态指标包括：采掘面浮尘最大超标率、采掘面串联风发生率、用风区风流不稳定角联分支数、矿井风网独立回路数、矿井风网角联分支数、矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比、最大最小阻力百分比、矿井通风设施质量合格度、矿井风网调节合理度、千米巷道通风设施数、主要通风机喘振发生率、主要通风机能力备用系数、局部通风机无计划停电停风故障率、井下局部通风机安全装备达标率、防灾设施质量合格率、避灾路线通行时间、避难硐室装备达标率、反风系统反风合格度、均压系统均压合格度、井下通风安全状况漏检率、矿井通风安全监测系统故障；
所述动态指标包括：矿井风网阻力测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差、矿井气温预测误差、矿井风网解算误差、主通风机性能测定误差、用风地点风量供需比、井下风流污染度、井下作业地点温度、采掘面瓦斯超限频率、矿井等积孔、矿井有效风率、矿井外部漏风率、拖动电机负荷率、主要通风机装置运行效率。
所述二级可靠性评价指标包括：原始数据与计算方法可靠性、通风质量合格度、通过网络结构合理性、通过设施质量分布合理性、主要通风机运行合理性、局部风机运行合理性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性。
所述三级可靠性评价指标包括：日常矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性。
所述一级可靠性评价指标的可靠性等级、二级可靠性评价指标的可靠性等级、三级可靠性评价指标的可靠性等级和煤矿井下的通风系统的可靠性等级均包括三个等级，A级、B级和C级，且可靠性从高到低依次为A级>B级>C级。
所述一级可靠性评价指标中动态指标的可靠性等级采用如下方式确定：
所述矿井风网阻力测定误差：系统在测量范围内从进风口至回风口的最大测量阻力路线P1和最小测量阻力路线P2，它们与风机风压P的相对误差；计算式子
Figure BDA0002373134310000091
影响其参数变化的为：风机处风压传感器数值；
所述矿井风网解算误差：矿井风网按实测风量所得风机风压P1与实际风机工作风压P的相对误差，计算式子：
Figure BDA0002373134310000092
影响其参数变化的为：风网解算风机风压结果；
所述主通风机性能测定误差：矿井主要通风机性能参数(风压、功率)实测值与拟合值的残差平方和除以调节测量工况点个数再取其平方根，计算式子：
Figure BDA0002373134310000093
式中n为测点个数，Pi为实测值，Ti为拟合值。影响其参数变化的为：矿井井口风压传感器数值与风速传感器数值；风速换算风量式子为：Q＝VS，V为风速传感器监测值，单位为m/s，S为安装传感器处巷道断面，单位为m2，以下风速换算风量同理；
所述矿井瓦斯涌出量预测误差：矿井瓦斯涌出量预测值Qg与实测值Q的相对误差，计算式子：
Figure BDA0002373134310000094
影响其参数变化的为：矿井总回瓦斯浓度传感器数值；
所述矿井气温预测误差：矿井气温预测值Cg与实测值C的绝对误差，计算式子：ε＝|Cg-C|。影响其参数变化的为：矿井采掘工作面温度传感器；
上述矿井风网阻力测定误差、矿井风网解算误差、主通风机性能测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差和矿井气温预测误差指标值越小越好，均属下限效果测度，指标隶属度计算式子为：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000101
评价B级：
Figure BDA0002373134310000102
评价C级：
Figure BDA0002373134310000103
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述用风地点风量供需比：矿井各用风地点实际风量总和∑Q与需风量∑Q′之比计算式子：
Figure BDA0002373134310000104
影响其参数变化的为：矿井风网解算及矿井各用风地点风速传感器数值；
该指标基于动态风网解算计算出实际供风量与额定供风量之比，指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000105
评价B级：
Figure BDA0002373134310000111
评价C级：
Figure BDA0002373134310000112
式中d为指标值。
所述井下风流污染度：矿井观测点有毒有害气体浓度最高值。影响其参数变化的为：矿井瓦斯传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器数值；指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000113
评价B级：
Figure BDA0002373134310000114
评价C级：
Figure BDA0002373134310000115
式中d为指标值，u1《煤矿安全规程》规定的有毒有害气体最高允许浓度值；u2为有毒有害气体产生污染危害的下限浓度值。
所述的采掘面浮尘浓度最大超标率；指标隶属度计算式为：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000116
评价B级：
Figure BDA0002373134310000121
评价C级：
Figure BDA0002373134310000122
所述井下作业地点温度：矿井作业地点最高温度。影响其参数变化为：矿井作业地点温度传感器数值；指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000123
评价B级：
Figure BDA0002373134310000124
评价C级：
Figure BDA0002373134310000125
式中d为指标值，u1《煤矿安全规程》规定的作业地点温度最高允许值；u2为作业地点必须采取降温措施的气温值。
所述采掘面瓦斯超限频率：采掘面瓦斯浓度超过规定最高容许值总次数。影响其参数变化为：采掘面瓦斯传感器数值；指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000126
评价B级：
Figure BDA0002373134310000131
评价C级：
Figure BDA0002373134310000132
式中d为指标值。
所述采掘面串联风发生率：该指标指在一月内发生串联通风采掘工作面累计面数占全矿采掘面总数的百分率。；指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000133
评价B级：
Figure BDA0002373134310000134
评价C级：
Figure BDA0002373134310000135
式中d为指标值。
所述用风区风流不稳定的角联分支数；指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000136
评价C级：
Figure BDA0002373134310000137
式中d为指标值。
所属矿井独立回路数和风网风网角联分支数；独立回路数越多、角联分支数越多，网络结构越复杂。指标隶属度计算式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000138
评价B级：
Figure BDA0002373134310000141
评价C级：
Figure BDA0002373134310000142
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述矿井等积孔：衡量矿井或井巷通风难易程度的假想薄板孔口的面积值，等积孔计算式子如表2所示：；影响其参数变化为：井口风速及风压传感器数值；指标隶属度计算式子：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000143
评价B级：
Figure BDA0002373134310000144
评价C级：
Figure BDA0002373134310000145
式中d为指标值。Amin为固定风量下，等积孔允许最小值，Amax为固定风量下，等积孔允许最大值。
各类矿井等积孔计算
Figure BDA0002373134310000151
表2矿井等积孔计算式子
所述矿井回风段阻力百分比；该系统最大阻力路线回风段阻力占总阻力百分比。
所述公共段阻力与最小系统阻力百分比，公共段阻力与最小系统阻力百分比指标，进一步从保证多回风井通风系统稳定性角度，反映矿井通风阻力分布和理性。
上述矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比指标隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000152
评价B级：
Figure BDA0002373134310000161
评价C级：
Figure BDA0002373134310000162
所述最大与最小风井系统阻力比，其隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000163
评价B级：
Figure BDA0002373134310000164
评价C级：
Figure BDA0002373134310000165
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述通风设施质量合格率：通风设施质量合格率是按其不同种类分别统计符合质量要求的设施数占该类设施总数的百分比
所述矿井有效风率：矿井用风地点总风量∑Qg占总风量Q百分比，计算式子：
Figure BDA0002373134310000166
影响其参数变化为：矿井用风地点风速传感器及矿井总回风风速传感器数值；
上述通风设施质量合格率、矿井有效风率指标值越大越好，属上限效果测度，指标隶属度计算式子为：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000171
评价B级：
Figure BDA0002373134310000172
评价C级：
Figure BDA0002373134310000173
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述矿井风网调节合理度：矿井实设调节风门处数与矿井独立回路数之比；
所述千米巷道通风设施数：矿井通风设施总道数与矿井通风巷道长度之比；
上述矿井风网调节合理度、千米巷道通风设施数，属于下限效果测度，其隶属度公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000174
评价B级：
Figure BDA0002373134310000175
评价C级：
Figure BDA0002373134310000181
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述主要通风机喘振发生率：矿井外部漏风量与风机工作风量百分比；隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000182
评价C级：
Figure BDA0002373134310000183
式中d为指标值。
所述矿井外部漏风率：未进入井下总进风巷道就由主风机排出的风量，计算式子：
Figure BDA0002373134310000184
∑QS为各通风机监测排风量，∑Q为各通风机排出风量总和。影响其参数变化为：通风机前风速传感器数值；
指标隶属度计算式子为：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000185
评价B级：
Figure BDA0002373134310000186
评价C级：
Figure BDA0002373134310000187
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述拖动电机负荷率：主风机电机实际输出功率W与额定功率W′之比，计算式子：
Figure BDA0002373134310000191
影响其参数变化为：矿井机电监测系统监测值；
所述主要通风机运行效率：通风装置输入功率W与输出功率W′之比，计算式子：
Figure BDA0002373134310000192
影响其参数变化为：矿井机电监测系统监测值；
上述拖动电机负荷率、主要通风机运行效率指标值越大越好，均属上限效果测度，指标隶属度计算式子为：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000193
评价B级：
Figure BDA0002373134310000194
评价C级：
Figure BDA0002373134310000195
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
所述主要通风机能力备用系数：主要通风机最大可调风量与实际风量之比；隶属度计算式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000196
评价C级：
Figure BDA0002373134310000201
所述局部通风机无计划停电停风故障率：一月内矿井局部通风机无计划停电停风次数；隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000202
评价C级：
Figure BDA0002373134310000203
式中d为指标值。
所述局部通风机安全装备达标率：符合质量要求的安全装备数量与应有数量之比；隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000204
评价C级：
Figure BDA0002373134310000205
式中d为指标值。
所述防灾设施合格率：统计符合质量要求的设施数占该类设施总数的百分比；其隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000206
评价B级：
Figure BDA0002373134310000207
评价C级：
Figure BDA0002373134310000211
式中d为指标值。
所述避灾路线通行时间：工作人员按一定负重要求、模拟灾变发生时沿某一避灾路线撤退到安全地点所用的时间；隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000212
评价B级：
Figure BDA0002373134310000213
评价C级：
Figure BDA0002373134310000214
式中d为指标值。
所述避难硐室装备达标率：符合质量要求的安全救护装置数量与其应有数量百分比；
所述反风系统合格度：当反风时间和反风率同时达到要求时为1，其他不满足则为0；
上述避难硐室装备达标率、反风系统合格度，隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000215
评价C级：
Figure BDA0002373134310000216
式中d为指标值。
所述均压系统合格度：实施均压的区域自然发火被抑制的程度大小；隶属度计算公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000221
评价B级：
Figure BDA0002373134310000222
评价C级：
Figure BDA0002373134310000223
式中d为指标值。
所述井下通风安全状况漏检率：矿井监测点应设与实设个数之差于应设个数之百分比；
所述矿井通风安全连续监测系统故障率：一个月时间内发生故障次数；
上述井下通风安全状况漏检率、矿井通风安全连续监测系统故障率，均属下限效果测度，其隶属度公式：
评价A级：
Figure BDA0002373134310000224
评价B级：
Figure BDA0002373134310000225
评价C级：
Figure BDA0002373134310000226
式中d为指标值，u1、u2、u3为指标分集界定值，详细见表一所示。
表一
Figure BDA0002373134310000231
Figure BDA0002373134310000241
在本实施例中，所述一级可靠性评价指标的权重、二级可靠性评价指标的权重和三级可靠性评价指标的权重均为预先设定的常数。所述采掘面浮尘最大超标率的权重为0.076755、采掘面串联风发生率的权重为0.342331、用风区风流不稳定角联分支数的权重为0.383361、矿井风网独立回路数的权重为0.107932、矿井风网角联分支数的权重为0.367617、矿井回风段阻力百分比的权重为0.367617、公共段阻力与最小系统阻力百分比的权重为0.103540、最大最小阻力百分比的权重为0.137166、矿井通风设施质量合格度的权重为0.398217、矿井风网调节合理度的权重为0.132883、千米巷道通风设施数的权重为0.117326、主要通风机喘振发生率的权重为0.402311、主要通风机能力备用系数的权重为0.287041、局部通风机无计划停电停风故障率的权重为0.5、井下局部通风机安全装备达标率的权重为0.5、防灾设施质量合格率的权重为0.310792、避灾路线通行时间的权重为0.221349、避难硐室装备达标率的权重为0.156968、反风系统反风合格度的权重为0.221349、均压系统均压合格度的权重为0.089542、井下通风安全状况漏检率的权重为0.666667、矿井通风安全监测系统故障的权重为0.333333；矿井风网阻力测定误差的权重为0.205095、矿井瓦斯涌出量预测误差的权重为0.365113、矿井气温预测误差的权重为0.072457、矿井风网解算误差的权重为0.117905、主通风机性能测定误差的权重为0.239430、用风地点风量供需比的权重为0.370346、井下风流污染度的权重为0.162220、井下作业地点温度的权重为0.039154、采掘面瓦斯超限频率的权重为0.351525、矿井等积孔的权重为0.391677、矿井有效风率的权重为0.351574、矿井外部漏风率的权重为0.060589、拖动电机负荷率的权重为0.094985、主要通风机装置运行效率的权重为0.155074；二级可靠性评价指标包括：原始数据与计算方法可靠性的权重为0.08795、通风质量合格度的权重为0.18411、通过网络结构合理性的权重为0.18411、通过设施质量分布合理性的权重为0.148035、主要通风机运行合理性的权重为0.159615、局部风机运行合理性的权重为0.159615、矿井通风防灾救灾系统可靠性的权重为0.065794和矿井安全监测系统可靠性的权重为0.148815；三级可靠性评价指标包括：日常矿井通风系统可靠性的权重为0.785391、矿井通风防灾救灾系统可靠性的权重为0.065794和矿井安全监测系统可靠性的权重为0.148815。
所述步骤S3具体包括：
S31：根据所述矿井风网阻力测定误差、主通风机性能测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差、矿井气温预测误差和矿井风网解算误差的可靠性等级和权重确定所述原始数据与计算方法可靠性的可靠性等级；
根据所述用风地点风量供需比、井下风流污染度、采掘面浮尘最大超标率、井下作业地点温度和采掘面瓦斯超限频率的可靠性等级和权重确定所述通风质量合格度的可靠性等级；
根据所述采掘面串联风发生率、用风区风流不稳定角联分支数、矿井风网独立回路数和矿井风网角联分支数的可靠性等级和权重确定所述通风网络结构分布合理性的可靠性等级；
根据所述矿井等积孔、矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比和最大最小阻力百分比的可靠性等级和权重确定所述通风网络阻力分布合理性的可靠性等级；
根据所述矿井通风设施质量合格度、矿井有效风率、矿井风网调节合理度和千米巷道通风设施数的可靠性等级和权重确定所述通风设施质量分布合理性的可靠性等级；
根据所述主要通风机喘振发生率、矿井外部漏风率、拖动电机负荷率、主要通风机装置运行效率和主要通风机喘振发生率的可靠性等级和权重确定所述主要通风机运行合理性的可靠性等级；
根据所述局部通风机无计划停电停风故障率和井下局部通风机安全装备达标率的可靠性等级和权重确定所述局部通风机运行合理性的可靠性等级；
根据所述防灾设施质量合格率、避灾路线通行时间、避难硐室装备达标率、反风系统反风合格度和均压系统均压合格度的可靠性等级和权重确定所述矿井通风防灾救灾系统可靠性的评价等级；
根据所述井下通风安全状况漏检率和矿井通风安全监测系统故障的可靠性等级和权重计算所述矿井安全监测系统可靠性的评价等级；
S32：根据所述原始数据与计算方法可靠性、通风质量合格度、通过网络结构合理性、通过设施质量分布合理性、主要通风机运行合理性、局部风机运行合理性的可靠性等级和权重计算所述日常矿井通风系统可靠性的评价等级；
S33：根据所述日常矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性计算所述目标煤矿井下的通风系统的可靠性等级；
其中，步骤S31、S32和S33中确定可靠性等级均采用以下方法确定：
假定指标包含评价对象n个，其评价对象的权矩阵为W＝(ω1,ω2,…,ωn),按照该指标的计算公式，分别计算三个级别的值，然后进行同级求和：
Figure BDA0002373134310000271
并对其进行归一化处理，从而形成一个评判向量：
Figure BDA0002373134310000272
计算评价结果：
Figure BDA0002373134310000273
式中，fA(d,i)表示按照指标A等级计算该指标隶属度值，fB(d,i)表示按照指标B等级计算该指标隶属度值，fC(d,i)表示按照指标C等级计算该指标隶属度值。
所述步骤S33的所述目标矿井的通风系统的可靠性等级采用以下方法修正可靠性等级：
(1)如果基本评价为C级，当RA+RB＞RC/2时，则最终评价等级应上调至B级，否则保持不变；
(2)如果评价等级为A级，当RB+RC＞RA/2时，则最终评价等级应下调至B级，否则保持不变；
(3)如果评价等级为B级，当RA＞RB/2＞+RC时，则应上调至A级；当RA＜RB/2＜+RC，则应下调至C级，否则保持不变。
在本实施例中，所述步骤S4具体包括以下步骤：
构建未来某个时刻的矿井通风系统可靠性评价的模型，
所述模型为：
χt+T＝AT+BTT+CTT2 (2)
其中，χt+T表示，AT、BT和CT均表示中间变量，T表示未来第T个时间序列；
其中：
Figure BDA0002373134310000281
Figure BDA0002373134310000282
Figure BDA0002373134310000283
其中，
Figure BDA0002373134310000284
为一次指数平滑值，
Figure BDA0002373134310000285
为二次指数平滑值，
Figure BDA0002373134310000286
为三次指数平滑值，χt实际值，t为时间序列数据排位数，α为平滑系数；
其中，所述一次指数平滑值
Figure BDA0002373134310000287
二次指数平滑值
Figure BDA0002373134310000288
三次指数平滑值
Figure BDA0002373134310000289
采用如下方法确定：
Figure BDA00023731343100002810
其中，
Figure BDA00023731343100002811
为一次指数平滑值，
Figure BDA00023731343100002812
为二次指数平滑值，
Figure BDA00023731343100002813
为三次指数平滑值，χt实际值，α为平滑系数；
所述平滑系数α采用如下方法确定：
(1)选取近期时间段内N个真实监测计算数据集合:S{a1,a2,a3,...,an}，其中，N为大于1的整数。
(2)利用其子集S′{a1,a2,a3,...,am}一次代入式子(2)获得计算值；
(3)计算所述计算值与实际值的均方差，所述均方差采用如下方法确定：
Figure BDA00023731343100002814
其中，σ表示均方差，χi为第i期实际值，Si为第i期预测值，t表示总期数；
(4)若均方差σ小于预设的阈值，则将当前α的值为平滑系数的值；若均方差σ不小于预设的阈值，则α＝α+0.01，并进入步骤(2)。
在本实施例中，所述评价方法还包括找出对矿井通风系统可靠性影响最大的指标，其具体步骤为：
获取矿井通风系统可靠性评价结果与所述可靠性评价结果相应的可靠性评价指标值；
计算所述可靠性评价指标在预设时间周期内的平均值，并绘制评价指标的历史数值平均线的二维坐标，所述二维坐标的横坐标为时间周期，纵坐标为指标值；
统计对当个指标影响超过预设阈值的评价指标；所述预设阈值为均值的30％；所述超过预设阈值的评价指标即为矿井通风系统可靠性影响最大的指标。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
S1：确定可靠性评价方法的评价指标，所述评价指标包括一级可靠性评价指标、二级可靠性评价指标和三级可靠性评价指标，其中，所述一级可靠性评价指标划分静态指标和动态指标；
S2：采集目标煤矿井下监控系统的监控数据，并根据所述监控数据更新所述一级可靠性评价指标中的动态指标的指标值；
S3：对所述一级可靠性评价指标进行可靠性进行评价，获得所述一级可靠性评价指标的可靠性等级；
S3：根据所述一级可靠性评价指标的可靠性等级及一级可靠性评价指标的权重确定二级可靠性指标的可靠性等级，并根据所述二级可靠性指标的可靠性等级及二级可靠性指标的权重确定三级可靠性评价指标的评价等级，以及根据所述三级可靠性评价指标的可靠性等级及三级可靠性评价指标的权重获得目标矿井通风系统的可靠性等级，即通风系统可靠性评价结果；
S4：根据当前已有的通风系统可靠性评价结果，利用三次平滑算法预测未来某个时刻的通风系统的可靠性。
2.根据权利要求1所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述静态指标包括：采掘面浮尘最大超标率、采掘面串联风发生率、用风区风流不稳定角联分支数、矿井风网独立回路数、矿井风网角联分支数、矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比、最大最小阻力百分比、矿井通风设施质量合格度、矿井风网调节合理度、千米巷道通风设施数、主要通风机喘振发生率、主要通风机能力备用系数、局部通风机无计划停电停风故障率、井下局部通风机安全装备达标率、防灾设施质量合格率、避灾路线通行时间、避难硐室装备达标率、反风系统反风合格度、均压系统均压合格度、井下通风安全状况漏检率、矿井通风安全监测系统故障；
所述动态指标包括：矿井风网阻力测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差、矿井气温预测误差、矿井风网解算误差、主通风机性能测定误差、用风地点风量供需比、井下风流污染度、井下作业地点温度、采掘面瓦斯超限频率、矿井等积孔、矿井有效风率、矿井外部漏风率、拖动电机负荷率、主要通风机装置运行效率。
3.根据权利要求1所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述二级可靠性评价指标包括：原始数据与计算方法可靠性、通风质量合格度、通过网络结构合理性、通过设施质量分布合理性、主要通风机运行合理性、局部风机运行合理性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性。
4.根据权利要求1所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述三级可靠性评价指标包括：日常矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性。
5.根据权利要求4所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述一级可靠性评价指标的可靠性等级、二级可靠性评价指标的可靠性等级、三级可靠性评价指标的可靠性等级和煤矿井下的通风系统的可靠性等级均包括三个等级，A级、B级和C级，且可靠性从高到低依次为A级>B级>C级。
6.根据权利要求1所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述一级可靠性评价指标的权重、二级可靠性评价指标的权重和三级可靠性评价指标的权重均为预先设定的常数。
7.根据权利要求6所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：
S31：根据所述矿井风网阻力测定误差、主通风机性能测定误差、矿井瓦斯涌出量预测误差、矿井气温预测误差和矿井风网解算误差的可靠性等级和权重确定所述原始数据与计算方法可靠性的可靠性等级；
根据所述用风地点风量供需比、井下风流污染度、采掘面浮尘最大超标率、井下作业地点温度和采掘面瓦斯超限频率的可靠性等级和权重确定所述通风质量合格度的可靠性等级；
根据所述采掘面串联风发生率、用风区风流不稳定角联分支数、矿井风网独立回路数和矿井风网角联分支数的可靠性等级和权重确定所述通风网络结构分布合理性的可靠性等级；
根据所述矿井等积孔、矿井回风段阻力百分比、公共段阻力与最小系统阻力百分比和最大最小阻力百分比的可靠性等级和权重确定所述通风网络阻力分布合理性的可靠性等级；
根据所述矿井通风设施质量合格度、矿井有效风率、矿井风网调节合理度和千米巷道通风设施数的可靠性等级和权重确定所述通风设施质量分布合理性的可靠性等级；
根据所述主要通风机喘振发生率、矿井外部漏风率、拖动电机负荷率、主要通风机装置运行效率和主要通风机喘振发生率的可靠性等级和权重确定所述主要通风机运行合理性的可靠性等级；
根据所述局部通风机无计划停电停风故障率和井下局部通风机安全装备达标率的可靠性等级和权重确定所述局部通风机运行合理性的可靠性等级；
根据所述防灾设施质量合格率、避灾路线通行时间、避难硐室装备达标率、反风系统反风合格度和均压系统均压合格度的可靠性等级和权重确定所述矿井通风防灾救灾系统可靠性的评价等级；
根据所述井下通风安全状况漏检率和矿井通风安全监测系统故障的可靠性等级和权重计算所述矿井安全监测系统可靠性的评价等级；
S32：根据所述原始数据与计算方法可靠性、通风质量合格度、通过网络结构合理性、通过设施质量分布合理性、主要通风机运行合理性、局部风机运行合理性的可靠性等级和权重计算所述日常矿井通风系统可靠性的评价等级；
S33：根据所述日常矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾救灾系统可靠性和矿井安全监测系统可靠性计算所述目标煤矿井下的通风系统的可靠性等级；
其中，步骤S31、S32和S33中确定可靠性等级均采用以下方法确定：
假定指标包含评价对象n个，其评价对象的权矩阵为W＝(ω1,ω2,…,ωn),按照该指标的计算公式，分别计算三个级别的值，然后进行同级求和：
Figure FDA0002373134300000041
并对其进行归一化处理，从而形成一个评判向量：
Figure FDA0002373134300000042
根据评判向量得出评价结果：
Figure FDA0002373134300000043
式中，fA(d,i)表示按照指标A等级计算该指标值，fB(d,i)表示按照指标B等级计算该指标值，fC(d,i)表示按照指标C等级计算该指标值。
8.根据权利要求7所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述步骤S33的所述目标矿井的通风系统的可靠性等级采用以下方法修正可靠性等级：
(1)如果基本评价为C级，当RA+RB＞RC/2时，则最终评价等级应上调至B级，否则保持不变；
(2)如果评价等级为A级，当RB+RC＞RA/2时，则最终评价等级应下调至B级，否则保持不变；
(3)如果评价等级为B级，当RA＞RB/2＞+RC时，则应上调至A级；当RA＜RB/2＜+RC，则应下调至C级，否则保持不变。
9.根据权利要求1所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：
构建未来某个时刻的矿井通风系统可靠性评价的模型，
所述模型为：
χt+T＝AT+BTT+CTT2 (2)
其中，χt+T表示未来某个时刻的预测值，AT、BT和CT均表示中间变量，T表示未来第T个时间序列；
其中：
Figure FDA0002373134300000051
Figure FDA0002373134300000052
Figure FDA0002373134300000053
其中，
Figure FDA0002373134300000054
为一次指数平滑值，
Figure FDA0002373134300000055
为二次指数平滑值，
Figure FDA0002373134300000056
为三次指数平滑值，χt实际值，t为时间序列数据排位数，α为平滑系数；
其中，所述一次指数平滑值
Figure FDA0002373134300000057
二次指数平滑值
Figure FDA0002373134300000058
三次指数平滑值
Figure FDA0002373134300000059
采用如下方法确定：
Figure FDA00023731343000000510
其中，
Figure FDA00023731343000000511
为一次指数平滑值，
Figure FDA00023731343000000512
为二次指数平滑值，
Figure FDA00023731343000000513
为三次指数平滑值，χt实际值，α为平滑系数；
所述平滑系数α采用如下方法确定：
(1)选取近期时间段内N个真实监测计算数据集合:S{a1,a2,a3,...,an}，其中，N为大于1的整数。
(2)利用其子集S′{a1,a2,a3,...,am}一次代入式子(2)获得计算值；
(3)计算所述计算值与实际值的均方差，所述均方差采用如下方法确定：
Figure FDA0002373134300000061
其中，σ表示均方差，χi为第i期实际值，Si为第i期预测值，t表示总期数；
(4)若均方差σ小于预设的阈值，则将当前α的值为平滑系数的值；若均方差σ不小于预设的阈值，则α＝α+0.01，并进入步骤(2)。
10.根据权利要求1所述基于数据驱动的通风系统态势动态评价方法，其特征在于：所述评价方法还包括找出对矿井通风系统可靠性影响最大的指标，其具体步骤为：
获取矿井通风系统可靠性评价结果与所述可靠性评价结果相应的可靠性评价指标值；
计算所述可靠性评价指标在预设时间周期内的平均值，并绘制评价指标的历史数值平均线的二维坐标，所述二维坐标的横坐标为时间周期，纵坐标为指标值；
统计对当个指标影响超过预设阈值的评价指标；所述预设阈值为均值的30％；所述超过预设阈值的评价指标即为矿井通风系统可靠性影响最大的指标。
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