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基于阶梯层次结构法的煤矿通风安全评估系统

文档作者: 刘宇        文档来源: 大同煤矿集团大斗沟煤业有限公司
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更新时间: 2021年01月09日
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总第200期 doi:10.3969/j.issn.1005—2798.2016.04.025 基于阶梯层次结构法的煤矿通风安全评估系统 刘 宇 (大同煤矿集团大斗沟煤业有限公司,山西大同037003) 摘要:文章主要研究了指标体系的建立标准和原则,并且参照国内目前现有的研究成果和经验,制定出 了矿井通风系统的评价指标体系,给出了相应安全等级的划分办法以及评价的标准。 关键词:BP网络;层次结构;矿井通风;安全评估 中图分类号:TD72 文献标识码:B 文章编号:1005—2798(2016)04—0066—03 在煤矿开采中,通风系统的安全性往往和设备 上其他部件的工作情况息息相关,它的安全与否对 整个煤矿的运行状态和生产效率有很重要的影响, 是大多数煤矿管理层高度重视的问题。特别是最近 几年来,整个社会对安全性的认识逐步加深,开始将 精力放到了这个问题上,并且研究出来许多行之有 效的办法,比如:安全监测表法、层次研究法、灰色聚 类法、数学综合法以及其他的评价法等。 本次研究中我们较为全面地对矿井安全情况做 出了评估和考察,总结出所有小系统的运行状况,然 后结合自身实际的情况,基于BP网络系统,构建出 神经网络模型,以此来对整个煤矿的安全情况做出 评价和分析。 1 评价指标体系建立遵循原则 1.1 采用的原则 对于日常的生产来讲,一套行之有效的评价因 素指标体系是非常重要的,它不仅仅是煤矿实现安 全性能的保障,而且还可以将自己的功能发挥到最 大化,保证安全的开采和运营。要想构建行之有效、 安全可靠的评价体系,就一定要按照以下的原则执 行: 1) 系统性原则。对于煤矿的通风系统来讲 是一个完整的整体,所以在实际构建系统时,一定要 按照该项原则。一般体现在:①构建指标的唯一目 标就是保证通风系统的正常高效运营;②所有构建 的指标之间必须保持一定的关联性,不能单独存在; ③所有的体系之问必须层次分明,按照一定的结构 来分布,所有的指标之间必须拥有一定的上下级关 系。 2) 科学性原则。在发生事故时,事故的原因 和本身往往具有一定的规律性和确定性,所以说在 构建指标时,必须保证所有的指标都遵循一定的规 则,尽可能减少主观性。不能单单凭借个人的喜好 或者经验来确定和制定。 3) 普遍性与特殊性原则。在实际的操作中, 整个体系不仅仅拥有普遍性,也具有一定的特殊性。 所以说在构建评价指标的时候要遵循普遍性的同时 又要考虑特殊性,也就是说在处理问题时,既要建立 共性的指标,也要考虑个性的指标。 1.2 层次结构的模型 建立模型过程中,首先要详细了解整个通风系 统的结构,然后研究清楚子系统之间的关联性以及 从属关系,最后将所有的结构分门别类,研究出它们 之间的递进式关系。具体的结构模型图如图l所 不n 圈 量圆 目标层 准则层 指标层 方案层 图1 具体的结构模型 基于层次结构的分析法将井下通风安全评价指 标分解为1个整体目标,4个评价因素(一级指标) 以及19个二级指标。同时每一个二级指标又分为 五个组成方案,具体包括了95个考核点。分析法中 的一级、二级指标如图2所示。 对通风系统的安全评价中,一般情况下是不会 考虑定性指标的,它往往作为辅助性指标。所以说 通常的做法就是将定性量化后,变成定量性指标,并 且保证对最终的结果没有干扰。本次研究中,选择 的是分级标准量化法。它具体的方法是将所有指标 划分为五个等级,也就是常见的I级(安全)、Ⅱ级 (较安全)、IU级(正常情况下安全)、IV级(不安 全)、V级(非常不安全),并且保证每一个等级都有 收稿日期-2016-03-15 作者简介:刘宇(1986一),男,山西大同人,技术员,从事矿井通风安全工作。 66 刘 宇:基于阶梯层次结构法的煤矿通风安全评估系统 第25卷第4期 具体的标准和参考依据。在煤矿的通风系统评价指 标中,定量指标的分级依据往往较为简单,没有定性 指标那么麻烦,只要随意的将其划分为五个区间段 即可。通常的分级方法为: V=< 1, 2, 3, 4, 5> (1) 其中:/3 代表安全, 代表比较安全,V,代表 一般安全, 是不安全, 为特不安全。 矿井通风安全评价指标体系A 通风系统x l I通风设施 I 陋风质量x I 旦 童里 罔 图2 评价指标因素体系 2 BP人工神经网络原理 董 测 风 管 理 』1 9 误差反向传递算法的原理是把学习训练过程分 成两个步骤:步骤一属于输入信号正向传递阶段,将 给定的输入信息从输入层经过隐层单元处理,计算 并输出各个单元的训练值;步骤二属于反馈信号的 逆向传递阶段,如果在输出层没有达到期望值,自动 逐层递归地对实际输出和期望输出进行差值计算, 依据这样的差值误差对BP网络的权值进行调整。 神经网络模型结构如图3所示。多层神经网络 不仅有输入节点、输出节点、而且有一层或多层隐节 点。各个层次的神经元之间是完全互联的,而同一 层次的神经元是没有连接的。 输出层 隐层 输入层 图3 BP神经I网络模型 2.1 BP网络数学模型的建立 充分利用神经网络自身的特征,然后将相关的 学习样本加人进去,这样就可以将理论知识和实际 情况充分结合,基于整个运营过程来研究安全性和 安全系数。充分发挥神经理论的容错优势,利用相 关的函数模型以及数据模型,进一步处理各种数据 和信息,大体对系统安全作出评价。另外,对于煤矿 来讲,存在大量的形形色色的安全隐患,按照规章制 度不断地进行完善和学习,尤其是对未知的安全隐 患,更要在13常工作中不断地了解。 本次研究的对象是大斗沟煤矿,着重研究了其 矿井的通风系统,然后选择典型的代表作为模型的 试验对象。通常情况下,我们可以将安全评价的制 约因素划分为四大模块:通风系统、通风设备、通风 效率以及通风管理,下面我们又划分了l9个子模 块:整个系统的适用性、子系统的适用性、矿井通风、 等积孔的尺寸、密闭墙的合格率、风门的可靠性、风 桥的可靠性、测风站的可靠性、防爆系统的可靠性、 矿井巷道可靠性、煤矿有效风速率、整个图纸的设 计、相关演习的安排、风速阻力的计算、整个系统的 失修率以及系统侧风的处理,具体分类见图2。上 述的19个子模块实质上就是对通风系统产生干扰 的因素,所以说我们在设计神经网络的输入节点就 默认设计为19个。按照前面我们所介绍的分级标 准和具体分级情况来讲,通常就是五大等级:安全、 较安全、一般安全、不安全、很不安全。所以说我们 将输出的节点定为5个。 按照第一章中我们所研究的模型而言,将所有 的原始数据进行处理和计算,最终得到了30个比较 有代表性的样本做相关的训练,另外随机选择3个 样本最检验。本次研究中采用的是MATLAB编制 的BP相关程序,整个编程流程见图4。 图4 I网络评价流程 1) 输入正信号进入输入层,然后经隐层过渡 到输出层单元,产生输出信号,实现信号的正向传 输。关于信号的正向传递进程中,该BP网络的权 值是保持不变的,神经元在每一层的状态只会对下 一层的神经元产生影响。倘若经输出层后没有达到 期望输出,程序设置进入误差反馈传递。 2) 将实际输出信号和期望输出间的差值作 为误差信号,误差信号从输出端起始逐层的向前传 67 刘 字:基于阶梯层次结构法的煤矿通风安全评估系统 第25卷第4期 递,该环节为误差信号的逆向反馈传送。当误差信 号反向传递时,BP网络的权值依靠误差反馈来改 变。在权值不断修正基础上,使得实际输出更加接 近期望值。 2.2 测试验证 基于本文提出的评估系统,对大斗沟煤矿进行 实际调研,将给出的网络应用于该矿的安全性评估 测验。在实地考察基础上,邀请同煤通风集团技术 人员参与测试评估,给出了下述测验评估体系,见表 1。经过该网络处理,得出的预测结果表明收敛性较 好,1、2、3三个样本的输出节点(预测结果)值都在 [一1,1]之间,达到了人工神经网络学习训练的理 想状态,同时评估精度较高,所以这次的研究和评价 工作基本上达到了预期的目标。 3 结语 本次研究中,我们将BP神经网络具体落实到 矿井的通风系统管理中,优点非常明显,比如:全面 性、自我调整性、容错特点以及变权处理,尤其是在 比较复杂的通风系统中更能体现出它的作用。 表1 矿井通风安全评估指标赋值表 [责任编辑:常丽芳] :;;; :::; ;;; ;;; :;;;; ;;;:: ::;; ;;:::: ; ;; ;;;; Z;;; ;;; :: ;;;; ; :::; ; ;;;; : ;;; ::;; ;; (上接第53页) 如更换后仍不正常,查看线路是否有虚接现象。 故障显示状况,如电控箱正常,则应检查上一级负荷 6) 摇臂不能升降:检查升降按钮能不能按到 开关自保继电器是否在吸合状态,自保接点应接触 位,升降信号执行模块直流24 V电压是否正常,电 良好,测量操作线有无断路、信号电缆接线端子是不 磁阀线圈是否烧毁或操作线有无虚接松动现象,泵 是有松动虚接现象。 站输出压力是否低于标准压力20 MPa。 3) 按下采煤机2启时真空接触器“打枪”的 7) 漏电闭锁、显示漏电:用相应电压等级的 故障:重点检查测量真空接触器启动是否正常,电网 兆欧表测量各个电机及电缆线的对地绝缘阻值,若 电压波动较大,测量真空接触器维持电压是否欠压, 对地绝缘阻值小于20 kn时,漏电闭锁装置立即向 查看真空接触器电磁铁与吸力线圈之间有无异物, 程序控制器(PLC)发送一个漏电闭锁信号,将先导 电磁铁反力弹簧过紧或过松,动磁铁与静磁铁问隙 回路闭锁,上一级负荷开关不能送电。此时要检查 不平或过大。处理方法,调整真空接触器反力弹簧 电机是否进水进油受潮,负荷电缆有无破损情况。 力度,调整电磁铁吸合间隙,清理电磁铁之间的杂 若电缆或电机绝缘损坏不能修复,就必须更换电缆 物,把维持电压调整到正常值。 和电机。 4) 采煤机不牵引:先检查牵引按钮是否按到 . 、 位或接触不良,接线端子有无松动虚接现象,再测量 。 可编程序控制器(即工业PLC)输入、输出指令信号 是否正常。若指令信号正常,下一步就要测量控制 中 t2,的主控器是否在正常工作状态。检查三相交流 电有无缺相,电机、负荷电缆有无接地漏电现象。行 走抱闸是否在完全打开状态,机械部件有无卡堵现 象。 5) 端头站、遥控器不动作:测量端头站l2 V 电源是否正常,遥控器电池电压是否正常,检查端头 站电缆的接线端子有无松动,检查执行继电器回路 有无断路现象,检查输出输入信号线路是否断线。 检查内部接点是否有粘连,是否需更换遥控器电池, 68 电控系统是电牵引采煤机的重要组成部分,因 其结构复杂、技术含量高,必须熟练掌握电控系统工 作原理。在处理事故时,要根据电路图及技术参数 仔细分析发生故障的原因,确定故障的具体位置,采 用行之有效的故障处理手段,以最快速度及时排除 故障。在使用过程中要正确操作、定期检修、合理维 护,才能提高采煤机的可靠性,降低事故率,使采煤 机产生最大经济效益。 [责任编辑:常丽芳]
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