一、项目名称
矿井通风系统VentGIS在线监测平台与智能调控关键技术及应用
二、申报奖种
科技进步奖
三、推荐单位
中国矿业大学
四、项目简介
矿井通风系统高效、可靠运转是保障井下安全生产的先决条件，如何监测与精准控制通风系统是实现上述目标的关键。现有技术仍是采用“人工参数观测→根据经验调风控制”的方法，时效性差、自动化程度低。本项目以实现通风系统参数自动监测、数据自动采集技术为基础，开展了基于大数据分析的矿井通风环境智能监测与控制技术，具体包括： （1）通风系统最优监测技术理论与方法
针对巷道风速测不准问题、井下通风参数数据获取的需求与监测系统数量有限的矛盾问题，提出了通风参数测点最优化布置模型，实现了全风网无盲区监测；研究风表位置与巷道断面特征关系，实现全断面平均风速的精确测定；发展全风网分支风阻的实时反演，获取分支风阻的动态分布信息。引入基于物联网的主通风机智能监控技术，完成对主通风机状态参数、通风参数、环境参数的综合监测，根据通风系统需风量预测控制主通风机的运行频率，解决了矿井主要通风机监测信息不完全，智能化程度不足的问题。 （2）基于海量监测数据的通风系统安全评价与预警技术研究
针对通风系统的运行安全性判定与状态预测问题，井下通风网络健康指数评价及异常预警方面，提出了基于统计特征函数的通风参数跟踪与系统故障预测方法，建立了Monte Carlo随机抽样模型，实现了通风系统可靠性评估预测；建立了矿井通风系统健康指数的实时评价模型，量化了35项诊断指标，提高了事故诱因与隐患识别效率；发展了通风异常的前兆信息挖掘技术，建立了融合RS-SVM的矿井通风系统预警机制。利用傅里叶变换、小波变换等方法进行实时频谱分析，记录振动信号时频域与波形变化特性，实时显示质心振动轨迹，异常状态实时预警；研发了基于振动信号的风机故障实时诊断系统，实现了通风机异常状态的超前预测预警。
（3）矿井通风系统大数据架构及多元信息融合VentGIS平台研发
矿井通风系统监测数据规模庞大，维度丰富，具有强周期性等特点，本项目围绕对矿井通风数据的动态处理，多元信息融合与系统协同集控平台建设，提出了面向井下通风数据的集成管理与深度分析方法，研发了VentGIS软件平台，内嵌了风量参数、通风阻力、风机工况多元在线监测数据，运用风网实时解算技术进行交叉验证，实现通风异常预警、态势发展研判、智能调控方案生成、通风异常恢复的辅助决策；针对风机运行状态的多元参数监测问题，整合监测内容，挖掘关键信息，提出了风机运行状态监测方法，建立了风机运行故障诊断与变频调节模型，研发了风机运行状态监控软件，并嵌入VentGIS平台。 （4）矿井通风系统智能化调控关键技术装备研发
井下环境严重制约了矿井通风设施远程调控的可靠性，人工操作存在时效性差、安全性低的问题。本项目围绕矿井通风设施自动化调控关键装备研发，提出了防火抗爆通风设施的
设计方法，发展了智能化控制装置的机器学习和超高容错技术，实现了关键分支用风需求的关联分支风阻精确调节以及复杂通风网络结构的远程联动可靠控制。研发了掘进工作面局部通风机风量调节控制装置并实现了区域联动控制；提出了主风机变频控制与通风设施智能调节相融合的协调集控技术，解决了多风井通风机联合运转的安全问题。
五、主要完成单位及创新推广贡献
1、中国矿业大学 排名：1
项目负责单位，全面负责项目研究工作。主要科技贡献包括： （1）提出通风系统最优监测技术理论与方法；
（2）提出基于海量监测数据的通风系统安全评价与预警技术；
（3）创建了矿井通风系统大数据架构及多元信息融合VentGIS平台研发； （4）研发了部分矿井通风系统智能化调控关键技术装备。 主持了研究成果在多个煤矿中的应用和推广工作。 2、新疆工程学院 排名：2 主要科技贡献包括：
（1）研发了部分矿井局部通风系统智能化装置。
（2）协助第1完成单位基于海量监测数据的通风系统安全评价与预警技术。 3、徐州博联科技有限公司 排名：3 主要科技贡献包括：
（1）研发了部分矿井通风系统智能化调控关键技术装备。 （2）协助第1完成单位完成VentGIS平台研发；
六、推广应用情况
本项目先后在乌鲁木齐104煤矿、河南永城城郊煤矿、大屯煤电公司龙东煤矿，潞安集团常村煤矿等数个煤矿的通风工程中进行推广应用，解决了复杂条件下煤矿的精准通风问题，保证了煤矿的安全生产。
七、曾获科技奖励情况
获奖项目名称 获奖时间 奖项名称 授奖奖励部门等级 （单矿井通风系统在线监测技术与智能控制基础 2018年05月 位） 行业中关奖励村绿绿色矿山科学（社色矿技术奖 会力山联量） 盟
八、主要知识产权证明目录
主要发明专利 1.
授权发明专利，中国，一种用于矿井通风阻力测定的测点编码方法. 授权号： ZL2，授权日期，权利人：中国矿业大学，发明人：魏连江，胡建坤，梁伟，高方舟. 专利权有效
2. 授权发明专利，中国，一种矿井通风系统动态分阶段安全调节控制方法. 授权号：ZL23，授权日期，权利人：中国矿业大学，发明人：陈开岩，周福
宝，魏连江，裴晓东，张人伟. 专利权有效
3. 授权发明专利，中国，基于物联网和云计算的矿井通风机智能监控与故障诊断系统. 授权号：ZL2.9，授权日期20160511，权利人：中国矿业大学，
发明人：华钢，徐永刚，尹洪胜，王永星，黄冬勃，王书芹，蒋超. 专利权有效
4. 授权发明专利，中国，一种基于802.15.4通信协议的WSN渐进式物理拓扑定位方法. 授权号：ZL2.X，授权日期2018.4.10，权利人：中国矿业大学，
发明人：华钢;黄冬勃; 顾博闻; 曹佩永; 聂政. 专利权有效
5. 授权发明专利，中国，多跳自组织可休眠路由算法. 授权号：ZL2.7，授权日期2017.10.24，权利人：中国矿业大学，发明人：华钢; 顾博闻; 黄冬勃;
王永星; 姜代红. 专利权有效
6. 授权发明专利，中国，一种基于WSN的煤矿采空区自然发火火源点定位系统. 授权号：ZL2.X， 授权日期： 2016.2.3，权利人：中国矿业大学，发
明人：华钢; 蒋超; 王永星; 顾博闻; 王书芹. 专利权有效
7. 授权发明专利，中国，采空区煤炭自燃无线监测装置及方法.授权号：ZL 2.5，授权日期：20130703 权利人：中国矿业大学，发明人：蒋曙光,王凯,邵
昊,吴征艳，王兰云，张卫清. 专利权有效.
8. 授权发明专利，中国，一种适用于煤矿井下目标的定位方法. 授权号：ZL2.9，授权日期：2016.11.30. 权利人：中国矿业大学，发明人：华钢，王永
星; 任荣; 徐永刚; 王书芹; 蒋超; 赵颖杰; 黄冬勃; 郑琪; 顾博闻. 专利权有效
9. 授权发明专利，中国，一种煤矿井下风窗双气缸式自动调控系统及其控制方法，授权号：ZL2.4，授权日期：20180202；权利人：中国矿业大学，发
明人：王凯,崔传波,蒋曙光,吴征艳,邵昊,张卫清,裴晓东,朱成璐. 专利权有效
10. 授权发明专利，中国，一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置及方法，授权号：ZL2.4，授权日期: 20180608，权利人：中国矿业大学，发明
人：王凯,蒋曙光,周松，吴征艳,邵昊，张卫清. 专利权有效 11. 发明专利申请，中国，一种集约化矿井通风阻力测算方法，申请号：2.1，申请日期：20170331，权利人：中国矿业大学，发明人：魏连江,周福宝,夏
同强,胡建坤. 实质审查阶段
12. 发明专利申请，中国，矿井通风系统健康指数综合评价方法，申请号：2.4，申请日期：20150915，权利人：中国矿业大学，发明人：魏连江，梁伟，
