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        巷道通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2019-03-20 06:50:34王麒翔
        煤礦安全 2019年2期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)庫

        梁 軍 ,王麒翔

        (1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司,重慶 400037;2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400037)

        為有效保障通風(fēng)系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定,了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況,掌握全礦井通風(fēng)阻力分布至關(guān)重要,但是現(xiàn)目前對(duì)全礦井進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定,普遍存在“測(cè)不準(zhǔn)”的問題。各種測(cè)量方法所測(cè)量出的數(shù)據(jù),還需要人工處理,調(diào)整誤差,方可代入礦井通風(fēng)系統(tǒng)中進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算,直至模擬出整個(gè)礦井的通風(fēng)情況(風(fēng)量,風(fēng)速,阻力分布)[1-3]。在進(jìn)行通風(fēng)仿真模擬中,遇到未測(cè)巷道時(shí),只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定1個(gè)摩擦阻力系數(shù)。為此,十分有必要建立一個(gè)綜合、動(dòng)態(tài)、權(quán)威、精確的摩擦阻力系數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫[4],以便在進(jìn)行通風(fēng)仿真模擬時(shí)能有一個(gè)依據(jù)確定一個(gè)摩擦阻力系數(shù),精準(zhǔn)確定巷道阻力。

        1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù)據(jù)來源

        1)數(shù)據(jù)庫技術(shù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析,選擇使用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫;Microsoft SQL Server是一個(gè)高性能的、可擴(kuò)展的、為分布式客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),能運(yùn)行于現(xiàn)有大部分操作系統(tǒng)中,其擁有許多優(yōu)點(diǎn):①數(shù)據(jù)處理高性能,它可以充分利用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì),增加數(shù)據(jù)檢索效率,針對(duì)大數(shù)據(jù)量提供多種解決方案;②數(shù)據(jù)共享機(jī)制成熟,可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問,提供不同權(quán)限用戶讀取方式;③事務(wù)處理能力優(yōu)異,可保存多種數(shù)據(jù),并保護(hù)數(shù)據(jù)完整性;④數(shù)據(jù)庫擁有自己的SQL編程語言,能自主編寫存儲(chǔ)過程等,且支持對(duì)稱多處理器結(jié)構(gòu)、ODBC;⑤良好的兼容性,提供多種API可支持C++,c#,JAVA等多種編程語言。瓦斯通風(fēng)阻力系數(shù)數(shù)據(jù)庫擁有大量巷道及參數(shù)基本數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)分析,Microsoft SQL Server可完全滿足數(shù)據(jù)管理需求,提供一個(gè)高性能、高規(guī)范的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

        2)數(shù)據(jù)來源。瓦斯通風(fēng)阻力系數(shù)數(shù)據(jù)庫主要用于確定未知巷道摩擦阻力系數(shù),基于大數(shù)據(jù)分析[5],數(shù)據(jù)來源于一下方面:①礦井通風(fēng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù),根據(jù)煤礦安全規(guī)程,每年煤礦都應(yīng)進(jìn)行1次全礦井通風(fēng)阻力測(cè)定,對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后錄入數(shù)據(jù)庫中;②通風(fēng)系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù),許多煤礦基于自身?xiàng)l件建設(shè)有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng),系統(tǒng)中包括已知的該礦井模擬數(shù)據(jù),可通過網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)庫中;③單位歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),許多科研單位擁有大量巷道參數(shù)數(shù)據(jù),將其進(jìn)行篩選,分析驗(yàn)證后錄入數(shù)據(jù)庫中。

        2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

        數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范化應(yīng)遵循3個(gè)范式規(guī)則:①第一范式:1NF是對(duì)屬性的原子性約束,要求每個(gè)分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng),即不能是組合的數(shù)據(jù)項(xiàng);②第二范式:2NF是對(duì)記錄的惟一性約束,要求每條記錄需具備惟一標(biāo)識(shí),即每個(gè)非主屬性完全依賴于主碼;③第三范式:3NF是對(duì)字段冗余性的約束,即要求數(shù)據(jù)表中字段不能是其他字段派生,要求字段沒有冗余。

        數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)完全沒有冗余的數(shù)據(jù)庫設(shè)會(huì)喪失靈活性,且浪費(fèi)更多的檢索資源,所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)需要降低范式標(biāo)準(zhǔn),適當(dāng)保留冗余數(shù)據(jù);在進(jìn)行概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)時(shí)遵守第三范式,滿足數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則,而進(jìn)行物理數(shù)據(jù)模型[6]設(shè)計(jì)時(shí)考慮降低設(shè)計(jì)范式標(biāo)準(zhǔn),允許數(shù)據(jù)表增加派生字段,提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的檢索效率。數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1。

        3 數(shù)據(jù)比對(duì)與精確定位

        圖1 數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

        礦井通風(fēng)系統(tǒng)中巷道的各項(xiàng)參數(shù)影響著它的摩擦阻力:斷面,支護(hù)方式,巷道類別,巷道壁面特征,當(dāng)前確定摩擦阻力系數(shù),主要根據(jù)其用途,及支護(hù)形式給出建議值范圍,無法精確確定其系數(shù);基于大數(shù)據(jù)技術(shù)[7-9]建立礦井巷道通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)庫,在進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真時(shí),未測(cè)巷道可以根據(jù)自身情況,在數(shù)據(jù)庫中匹配相似巷道類型,得出建議的摩擦阻力系數(shù),計(jì)算巷道風(fēng)阻。數(shù)據(jù)具有量大、分散、可擴(kuò)展等特性,因此精確定位所需數(shù)據(jù)至關(guān)重要,需建立以下幾方面機(jī)制:①對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)新分析對(duì)比,建立數(shù)據(jù)挖掘模型,統(tǒng)計(jì)同一客觀條件下,巷道摩擦系數(shù)使用率;②建立數(shù)據(jù)可信度機(jī)制,對(duì)上傳及測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行可信度檢測(cè),分析比對(duì)數(shù)據(jù)庫中固有數(shù)據(jù),對(duì)出入較大數(shù)據(jù)設(shè)置較低可信度;③建立用戶成功匹配數(shù)據(jù)回執(zhí)機(jī)制,對(duì)用戶成功使用的匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行回執(zhí)記錄,成功使用次數(shù)多,即該數(shù)據(jù)精確度高。

        4 數(shù)據(jù)庫總體結(jié)構(gòu)及主要功能模塊

        數(shù)據(jù)庫以管理巷道基本信息及阻力系數(shù)影響參數(shù)為主,建立阻力系數(shù)確定的快速響應(yīng)機(jī)制,為礦井風(fēng)網(wǎng)仿真、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)快速構(gòu)建提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)庫功能結(jié)構(gòu)圖如圖2。

        主要功能模塊如下:

        1)數(shù)據(jù)篩選分析模塊。由于數(shù)據(jù)源多且雜,對(duì)繁多的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,在數(shù)據(jù)庫中保存有效數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫至關(guān)重要,因此開發(fā)數(shù)據(jù)篩選模塊,針對(duì)數(shù)據(jù)源提供的所有數(shù)據(jù),逐一和數(shù)據(jù)庫中有效數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度與相異度分析,剔除差異較大、重復(fù)的數(shù)據(jù),保留有效巷道參數(shù)數(shù)據(jù),為保證數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)正確性、有效性提供有效手段。提供監(jiān)測(cè),日常維護(hù)與災(zāi)難恢復(fù),數(shù)據(jù)邏輯校驗(yàn),外部用戶管理等。

        圖2 數(shù)據(jù)庫功能結(jié)構(gòu)圖

        2)數(shù)據(jù)精確度檢測(cè)模塊。建立數(shù)據(jù)精確度檢測(cè)模塊,對(duì)于在數(shù)據(jù)篩選沖出現(xiàn)的重復(fù)數(shù)據(jù),不單一地進(jìn)行刪除,可以設(shè)定精確度機(jī)制,如果該數(shù)據(jù)重復(fù)較多,則說明該巷道摩擦阻力系數(shù)在固定條件下取該值的可行度最大,即取該值的精確度最高[10]。在進(jìn)行數(shù)據(jù)推送時(shí)應(yīng)優(yōu)先推送精確度較高的數(shù)據(jù)值。

        3)數(shù)據(jù)確定及使用回執(zhí)模塊。增加瓦斯數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確性,是其發(fā)揮最大作用的保證,設(shè)計(jì)用戶使用回執(zhí)模塊,當(dāng)用戶在進(jìn)行巷道通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真,使用數(shù)據(jù)庫推送的建議數(shù)據(jù)并成功應(yīng)用時(shí),數(shù)據(jù)庫應(yīng)予以記錄回執(zhí);設(shè)置數(shù)據(jù)回執(zhí)機(jī)制,記錄數(shù)據(jù)使用率,使用率高的數(shù)據(jù)即是可信度高的數(shù)據(jù)。

        4)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析模塊。數(shù)據(jù)庫中包含大量巷道模擬數(shù)據(jù),系統(tǒng)可進(jìn)行深入數(shù)據(jù)挖據(jù),分析如巷道同一基本參數(shù)條件下巷道由于某一條件,如積水的多少,對(duì)巷道摩擦阻力的影響等;為更加精確的通風(fēng)仿真模擬奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

        5)數(shù)據(jù)共享模塊。數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)接口,數(shù)據(jù)庫用戶可通過調(diào)用數(shù)據(jù)接口,輸入預(yù)訂巷道參數(shù)即可,接口通過數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配,返回可靠度和精確度都較高的數(shù)據(jù)結(jié)果。

        5 結(jié)語

        基于大數(shù)據(jù)管理技術(shù)建立礦井巷道通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)庫,在進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真時(shí),未測(cè)巷道可以根據(jù)自身情況,在數(shù)據(jù)庫中匹配相似巷道類型,得出建議的摩擦阻力系數(shù),可快速計(jì)算巷道風(fēng)阻;為快速建立通風(fēng)仿真網(wǎng)絡(luò)模型提供了高效的數(shù)據(jù)參照;數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)快速構(gòu)建、巷道摩擦阻力影響因素深入研究提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),對(duì)促進(jìn)礦井通風(fēng)安全、風(fēng)網(wǎng)風(fēng)流研究具有重要意義。

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