基於感測網的超深立井提升系統健康監測方法

《基於感測網的超深立井提升系統健康監測方法》是依託中國礦業大學，由朱真才擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於感測網的超深立井提升系統健康監測方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱真才
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

本項目以開採深度達千米以上的超深立井提升系統為對象，充分考慮其窄長空間特徵和特殊工況，將系統動力學、感測網和健康監測理論相結合，開展基於感測網的超深立井提升系統健康監測方法研究。首先，建立提升容器、鋼絲繩和導軌等的耦合動力學模型，深入分析系統故障和缺陷激勵下提升系統的空間動力學行為；其次，根據動力學模型，運用有向圖方法，確定反映系統關鍵運行參數的感測器信號，並以此提出感測器部署策略，掌握系統故障和缺陷與感測信號特徵之間的關聯規律；再次，研究超深立井窄長空間中網路節點的覆蓋與調度策略，保證感測器網路的連通性，提高系統運行關鍵信息傳輸的可靠性；然後，提出基於自適應子空間辨識的感測網信息融合方法，提出提升系統健康狀態評估標準與評估策略，掌握其性能演化規律並對潛在故障進行預測；最後，開展面向煤礦超深立井提升系統健康監測實驗研究。研究成果對提高超深立井的安全性與可靠性、避免惡性事故發生具有重要意義。

結題摘要

煤炭是我國的主導能源，國內已探明的煤炭資源大部分深埋在千米地層以下，必須使用超深立井提升系統。本項目在國家自然科學基金委的資助下，從超深立井存在複雜的地質條件、時變的運行環境以及提升系統多部件耦合嚴重等問題入手，開展基於感測網的超深立井提升系統健康監測方法研究工作。建立了超深立井提升系統耦合動力學模型，掌握了多工況下系統運行故障、結構缺陷激勵下提升系統動力學行為；明確了反映提升系統狀態的關鍵運行參數和感測器信號之間的關係，結合特徵快速提取方法，獲取了反映系統健康狀態的低冗餘特徵集，提高了監測信息採集的有效性；提出了感測器網路低功耗、高可靠性的數據傳輸協定，探索出通過設計感測器網路策略來滿足健康監測對異構感測網傳輸可靠性要求的途徑；建立了提升系統健康指標體系，提出了基於子空間模型和觀測器組的狀態識別方法，為超深立井提升系統的健康監測提供了解決方案。研製了異構感測器節點，構建一套針對面向煤礦超深立井提升的健康監測系統。取得的相關成果有：獲得國家技術發明二等獎1項；發表論文被SCI收錄11篇、EI收錄1篇；授權國外發明專利6件、中國發明專利7件；培養博士生3名、碩士生2名。本項目突破了超深立井狹長半封閉空間中提升系統耦合動力學行為分析、感測網信息採集和健康監測存在的關鍵技術難題，為千米深煤炭安全開採提供支撐，具有較高的學術水平和推廣套用價值。