近几年来,重大瓦斯爆炸事故屡有发生,其中有百分之七、八十的瓦斯爆炸事故发生在掘进工作面。究其主要原因是局部通风设备系统涉及的故障原因和种类较多,煤矿工作人员由于缺乏可以依赖的故障诊断专家知识,无法及时地对所发生的故障进行准确和快速地判断,造成无计划停风停电现象严重,为瓦斯爆炸事故的发生创造了条件丨1,2.目前国内外投入大量人力物力进行矿井通风系统安全研究,例如:加拿大的Hardcastle,S.G采用电子叶片对矿井通风风流的测定评估及报警系统的研究丨31、我国高新春对矿井通风系统安全评价体系的研究丨41等,但是对于局部通风设备系统故障诊断方面的研究还较少涉及。因此,本文将对基于规则的矿井局部通风设备系统故障诊断方法进行研究,以求达到缩短局部通风设备的维修时间,降低瓦斯超限的目的。
1基于规则的故障诊断方法这里采用粗糙集理论和遗传算法结合的方法对故障诊断规则进行获取,建立一套基于规则的故障诊断体系,以指导煤矿工作人员进行快速的故障诊断,主要步骤如下:对矿井局部通风设备系统的故障历史信息进行收集和整理,建立系统故障模型树和确定关键故障单元丨11.对关键故障单元的故障原因和征兆进行分析和归类,以故障征兆为条件属性特征,故障原因即事件为决策属性,建立故障诊断决策信息系统。
采用粗糙集理论并结合遗传算法对故障诊断决策信息系统中的数据进行处理,获取系统中断通风的各种关键故障征兆和诊断规则。
建立一套基于规则的局部通风设备故障诊断专家系统,为故障诊断提供信息指导。
基金项目:陕西省教育厅基金项目(04JK197),陕西省自然科学基金项目(2005E202)索,目前主要研究方向为:“矿井通风系统安全评价及故障诊断方法研究1.1系统故障模型树建立根据矿井局部通风设备系统的组成单元对故障进行分类,建立基于层次结构的故障模型树,表达了各种单元故障种类及逻辑关系,见。
矿井局部通风系统中断通风有计划停风高压供电系统故低压供电系统故障丨风筒故障丨|其它因素故Y:生产布置计划停顿;Y2生产检修设备;Y3局扇改换电源;Y4―移动安装局扇;Y5改变风筒路线;Y6―更换局扇:Y7*远方控制路线;Y8―其它停顿。ei*变压器故障;句一高压开关故障;e3篼压电缆及接头故障;e<―其它高压故障。
山一低压开关故障;d2*低压电缆故瘅;d3―电机故障;d*漏电保护器故障;d5―局扇故障;一其它低压故障。
巧一风筒脱节:F2―风筒破坏;F3―冒顶压死风筒。tl人为停局扇,*t2*原因不明故瘅;t3―运输故障;t4一全矿井停风。
Y7―远方控制路线;Y8―其它停顿。一变压器故障;e2―高压开关故障;es di―低压开关故障;d2―低压电缆故障;d3―电机故障;d4―漏电保护器故障;d5―局扇故障;d6―其它低压故障。
F厂风筒脱节;F2―风筒破坏;F3―冒顶压死风筒。人为停局扇;t2―原因不明故障;t3矿井局部通风系统故障树模型1.2故障决策信息系统矿井局部通风设备故障决策信息系统可定义为一个四元序组:IS=(U,AV/),其中U表示论域对象集U= xi,X2xs…xm,表示m个故障样本;A表示属性集,A= ai,a2,…A=CUDC表示故障征兆,也即条件属性,D表示故障事件,也即决策属性;V为故障属性的值域,对于每个属性aEA定义信息函数fU*Va.在矿井局部通风设备故障决策信息系统中,每一行表示U中的每一个故障实例,每一列表示A中的每个属性,每一列的每个元素表示该故障的这种属性的取值,即信息函数/的值。
1.3故障规则获取算法采用粗糙集理论的属性约简遗传算法对故障决策信息表进行数据挖掘,获取影响故障发生的*小征兆集。输入信息系统IS =(UCUDV/)输出信息C相对D的*小约简属性,即关键故障征兆。然后利用合并归约方法对关键征兆集数据样本进行相同或相似元素合并约简,并将约简结果转化为故障诊断规则,输入*小约简属性决策表,输出决策属性每一类所对应的故障决策规则。
2实例应用示范对矿井局部通风设备系统可靠度进行计算,得知:高压电缆、高压开关、低压开关、低压电缆、漏电装置及局扇和电机的可靠性比较低,是引起系统故障的关键单21故障决策信息系统建立这里收集和归纳了矿井局部通风设备系统16个故障样本如:e1风机电机接地,e2风机电缆短路,e3风机一相断电,e4控制开关闸刀接触不良,e5控制开关降压变压器二次测接触不良等,作为决策属性,提取了21种故障征兆,如:a1失压脱扣器是否动作,a2过载脱扣器动作,a3高压漏电保护器是否动作,4高开是否跳闸,5变压器一次侧有无电压,a6低压侧过流稳压管是否击穿,a7低压侧失压稳压管是否击穿,asDZKD低开是否跳闸,a9三级接触器进线侧有无电压,a1过流脱扣器是否动作等,作为条件属性,以此建立故障决策信息系统。根据粗糙集理论中数据挖掘的需要,对建立的故障决策信息系统中的数据进行离散化处理,其中条件属性离散化值可根据征兆的不同状态来确定,1代表发生这种“动作”或“状态”,0表示不出现这种动作,见表1. 2.2故障诊断规则的获取根据算法步骤,对关键故障征兆和规则获取原型程序进行开发,利用开发的程序对离散化故障决策信息表1进行数据挖掘,获取故障诊断规则。故障诊断规则列举如下:Rule1:ifas=0(DZKD低开正常)anda13=1(检漏装置跳闸)thene1(风机电机接地);Rule2ifa14=1(交流接触器动作)anda15=1(交流接触器吸和)anda18=1(控制开关变压器一次侧有电压)thene2(风机电缆短路)Rule3:ifas=1(DZKD低开跳闸)anda13=1(检漏装置跳闸)thenes(移动变压器与隔爆开关之间段接地)(DZKD低开跳闸)anda10=0(过流脱扣器不动作)anda13=0(检漏装置正常)thene10(移动变压器与隔爆开关之间段断路)2.3系统开发表1离散化故障诊断决策信息表样本编号条件属性决策事件a卜9矿井局部通风设备故障诊断系统图在大量故障实例和故障规则提取的基础上。系统以Java为集成开发工具,以SQLServer为后台数据库,形成矿井局部通风设备故障诊断系统,如所示。
3结语采用粗糙集理论和遗传算法对基于规则的矿井局部通风设备系统故障诊断方法进行了研宄。利用这种方法对具体煤矿的局部通风设备系统进行了故障诊断规则提取和系统软件开发,为矿井局部通风设备系统故障诊断提供了新的思路、原型软件及信息支持。