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数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统
被引量：
15
1
作者
龚晓燕
雷可凡
+6 位作者
吴群英
崔小强
吴悦
朱斌
杨富强
张红兵
刘辉
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第4期1331-1340,共10页
为满足掘进工作面通风系统智能化的发展需求,针对传统局部通风系统无法实时监测及智能调控风筒出风口风流状态而导致风速场分配不合理,死角区瓦斯积聚严重和粉尘污染等安全隐患问题,提出一种基于数字孪生技术的掘进工作面出风口风流智...
为满足掘进工作面通风系统智能化的发展需求,针对传统局部通风系统无法实时监测及智能调控风筒出风口风流状态而导致风速场分配不合理,死角区瓦斯积聚严重和粉尘污染等安全隐患问题,提出一种基于数字孪生技术的掘进工作面出风口风流智能调控系统,优化风流场分布。分析建立了系统实现的整体框架、运行流程及关键技术,利用Zigbee自组网功能进行巷道风速、瓦斯体积分数及粉尘质量浓度等实时数据的监测采集,通过ARIMA时间序列预测模型对下一时刻瓦斯体积分数及粉尘质量浓度进行智能预测分析,并引入小生境四段式编码遗传算法提取相应出风口风流智能调控规则,结合GPRS无线传输技术实现出风口风流状态的智能调控,在此基础上,运用Unity3D构建系统虚拟模型并实现了物理实体与虚拟孪生体的映射交互。通过设计搭建的数字孪生系统实验测试平台,验证了系统实时监测、决策评价、智能调控、虚实融合等关键功能技术可行性,并结合具体案例对系统智能调控效果进行了对比分析,结果表明:调控后司机位置处风速明显上升,上隅角瓦斯体积分数由0.623%降低为0.306%,降低率达50.8%;司机位置粉尘质量浓度由1180 mg/m^(3)降低到695 mg/m^(3),单点降尘率达41.1%,回风侧行人高度沿程粉尘质量浓度由430 mg/m^(3)降低为150 mg/m^(3),降尘率达65%,进一步优化了掘进工作面巷道风速、瓦斯及粉尘场的运移分布。
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关键词
数字孪生
掘进工作面
风流智能调控
瓦斯积聚
粉尘污染
出风口风流状态
下载PDF
职称材料
掘进面风流监测及适应性智能调控系统研制
被引量：
1
2
作者
龚晓燕
赵少龙
+4 位作者
刘壮壮
张浩
薛河
杨富强
赵宽
《安全与环境学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期424-434,共11页
针对目前掘进面通风系统因无法对风流进行实时监测及适应性动态调控而造成的瓦斯与粉尘聚集严重等问题,研制出了风流监测及适应性智能调控原型系统来优化风流场分布。通过对掘进面风流监测及出风口风流适应性智能调控方法和系统实现的...
针对目前掘进面通风系统因无法对风流进行实时监测及适应性动态调控而造成的瓦斯与粉尘聚集严重等问题,研制出了风流监测及适应性智能调控原型系统来优化风流场分布。通过对掘进面风流监测及出风口风流适应性智能调控方法和系统实现的整体架构进行分析,基于流场相似与模化理论对掘进面进行了相似还原设计,确定了风速、瓦斯及粉尘隐患监测点位置,完成了基于ZigBee及GPRS技术的数据采集及传输架构,利用PLC控制技术实现了风流智能调控装置的动态调控,并研发了上位机系统。以柠条塔矿S1202掘进面为对象,对研制的风流监测及适应性智能调控原型系统进行了测试,结果表明:出风口距迎头5 m时,司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了48.94%和34.36%,平均瓦斯体积分数降低了41.18%;出风口距迎头10 m时,司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了38.04%和41.36%,平均瓦斯体积分数降低了43.02%,验证了风流适应性智能调控的可行性。
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关键词
安全工程
掘进面
风流
实时监测
智能调控
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职称材料
基于BP神经网络的煤矿综掘面风流智能调控模型研究
被引量：
2
3
作者
龚晓燕
孙育恒
+4 位作者
刘壮壮
邹浩
陈有乐
康瑞金
程傲
《安全与环境工程》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第6期138-145,共8页
煤矿综掘面传统的通风系统智能化程度低,风筒出风口风流状态无法根据实际通风需求来进行连续动态调控,易造成巷道内瓦斯和粉尘聚集严重,影响掘进面安全高效开采,危害工作人员的身体健康。为提高掘进工作面通风智能化、精细化管理水平,...
煤矿综掘面传统的通风系统智能化程度低,风筒出风口风流状态无法根据实际通风需求来进行连续动态调控,易造成巷道内瓦斯和粉尘聚集严重,影响掘进面安全高效开采,危害工作人员的身体健康。为提高掘进工作面通风智能化、精细化管理水平,以陕西神木柠条塔矿S1202综掘面为研究对象,利用数值模拟试验数据作为训练样本数据,建立了基于Adam(适应性矩估计)算法优化BP(反向传播)神经网络的煤矿综掘面风流智能调控模型;由实时监测数据驱动该模型输出调控方案,通过自主研制的出风口风流智能调控装置对风流进行连续动态精准调控;在物理实验平台和井下分别进行了模型调控效果测试,其中在物理实验平台以一个截割循环为单位,验证了模型连续调控的效果,在井下验证了单方案的降尘效果。结果表明,模型能够根据粉尘和瓦斯浓度实时监测数据实现风流智能调控,有效优化风场分布,降低瓦斯和粉尘浓度。
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关键词
煤矿综掘面
风流智能调控模型
瓦斯
粉尘
BP神经网络
Adam算法
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职称材料
题名
数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统
被引量：
15
1
作者
龚晓燕
雷可凡
吴群英
崔小强
吴悦
朱斌
杨富强
张红兵
刘辉
机构
西安科技大学机械工程学院
陕西陕煤陕北矿业有限公司
长安大学工程机械学院
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第4期1331-1340,共10页
基金
国家自然科学基金面上资助项目(51874235)。
文摘
为满足掘进工作面通风系统智能化的发展需求,针对传统局部通风系统无法实时监测及智能调控风筒出风口风流状态而导致风速场分配不合理,死角区瓦斯积聚严重和粉尘污染等安全隐患问题,提出一种基于数字孪生技术的掘进工作面出风口风流智能调控系统,优化风流场分布。分析建立了系统实现的整体框架、运行流程及关键技术,利用Zigbee自组网功能进行巷道风速、瓦斯体积分数及粉尘质量浓度等实时数据的监测采集,通过ARIMA时间序列预测模型对下一时刻瓦斯体积分数及粉尘质量浓度进行智能预测分析,并引入小生境四段式编码遗传算法提取相应出风口风流智能调控规则,结合GPRS无线传输技术实现出风口风流状态的智能调控,在此基础上,运用Unity3D构建系统虚拟模型并实现了物理实体与虚拟孪生体的映射交互。通过设计搭建的数字孪生系统实验测试平台,验证了系统实时监测、决策评价、智能调控、虚实融合等关键功能技术可行性,并结合具体案例对系统智能调控效果进行了对比分析,结果表明:调控后司机位置处风速明显上升,上隅角瓦斯体积分数由0.623%降低为0.306%,降低率达50.8%;司机位置粉尘质量浓度由1180 mg/m^(3)降低到695 mg/m^(3),单点降尘率达41.1%,回风侧行人高度沿程粉尘质量浓度由430 mg/m^(3)降低为150 mg/m^(3),降尘率达65%,进一步优化了掘进工作面巷道风速、瓦斯及粉尘场的运移分布。
关键词
数字孪生
掘进工作面
风流智能调控
瓦斯积聚
粉尘污染
出风口风流状态
Keywords
digital
twin
tunneling
face
airflow
intelligent
control
gas
accumulation
dust
pollution
airflow
status
of
the
air
outlet
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
TD72
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职称材料
题名
掘进面风流监测及适应性智能调控系统研制
被引量：
1
2
作者
龚晓燕
赵少龙
刘壮壮
张浩
薛河
杨富强
赵宽
机构
西安科技大学机械工程学院
出处
《安全与环境学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期424-434,共11页
基金
国家自然科学基金面上项目(51874235)
陕西自然科学基础研究计划-企业陕煤联合基金项目(2021JLM-01)。
文摘
针对目前掘进面通风系统因无法对风流进行实时监测及适应性动态调控而造成的瓦斯与粉尘聚集严重等问题,研制出了风流监测及适应性智能调控原型系统来优化风流场分布。通过对掘进面风流监测及出风口风流适应性智能调控方法和系统实现的整体架构进行分析,基于流场相似与模化理论对掘进面进行了相似还原设计,确定了风速、瓦斯及粉尘隐患监测点位置,完成了基于ZigBee及GPRS技术的数据采集及传输架构,利用PLC控制技术实现了风流智能调控装置的动态调控,并研发了上位机系统。以柠条塔矿S1202掘进面为对象,对研制的风流监测及适应性智能调控原型系统进行了测试,结果表明:出风口距迎头5 m时,司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了48.94%和34.36%,平均瓦斯体积分数降低了41.18%;出风口距迎头10 m时,司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了38.04%和41.36%,平均瓦斯体积分数降低了43.02%,验证了风流适应性智能调控的可行性。
关键词
安全工程
掘进面
风流
实时监测
智能调控
Keywords
safety
engineering
heading
face
airflow
real-time
monitoring
intelligent
control
分类号
X936 [环境科学与工程—安全科学]
下载PDF
职称材料
题名
基于BP神经网络的煤矿综掘面风流智能调控模型研究
被引量：
2
3
作者
龚晓燕
孙育恒
刘壮壮
邹浩
陈有乐
康瑞金
程傲
机构
西安科技大学机械工程学院
出处
《安全与环境工程》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第6期138-145,共8页
基金
国家自然科学基金面上项目(51874235)
陕西省自然科学基础研究计划-企业陕煤联合基金项目(2021JLM-01)。
文摘
煤矿综掘面传统的通风系统智能化程度低,风筒出风口风流状态无法根据实际通风需求来进行连续动态调控,易造成巷道内瓦斯和粉尘聚集严重,影响掘进面安全高效开采,危害工作人员的身体健康。为提高掘进工作面通风智能化、精细化管理水平,以陕西神木柠条塔矿S1202综掘面为研究对象,利用数值模拟试验数据作为训练样本数据,建立了基于Adam(适应性矩估计)算法优化BP(反向传播)神经网络的煤矿综掘面风流智能调控模型;由实时监测数据驱动该模型输出调控方案,通过自主研制的出风口风流智能调控装置对风流进行连续动态精准调控;在物理实验平台和井下分别进行了模型调控效果测试,其中在物理实验平台以一个截割循环为单位,验证了模型连续调控的效果,在井下验证了单方案的降尘效果。结果表明,模型能够根据粉尘和瓦斯浓度实时监测数据实现风流智能调控,有效优化风场分布,降低瓦斯和粉尘浓度。
关键词
煤矿综掘面
风流智能调控模型
瓦斯
粉尘
BP神经网络
Adam算法
Keywords
fully
mechanized
heading
face
airflow
intelligent
control
model
gas
dust
BP
neural
network
Adam
algorithm
分类号
X936 [环境科学与工程—安全科学]
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统
龚晓燕
雷可凡
吴群英
崔小强
吴悦
朱斌
杨富强
张红兵
刘辉
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
15
下载PDF
职称材料
2
掘进面风流监测及适应性智能调控系统研制
龚晓燕
赵少龙
刘壮壮
张浩
薛河
杨富强
赵宽
《安全与环境学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023
1
下载PDF
职称材料
3
基于BP神经网络的煤矿综掘面风流智能调控模型研究
龚晓燕
孙育恒
刘壮壮
邹浩
陈有乐
康瑞金
程傲
《安全与环境工程》
CAS
CSCD
北大核心
2023
2
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职称材料
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