本文關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)火源點定位方法及應(yīng)用研究

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【摘要】：由于綜合機械化放頂煤開采過程中,開采高度大,推進速度較慢,采空區(qū)壓實時間較長,遺留松散煤體易與漏風(fēng)流中氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),造成采空區(qū)中煤自燃的危險性增大。煤炭自燃產(chǎn)生的有害氣體不僅嚴重危害井下人員的健康,而且容易誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸事故,造成嚴重的資源浪費,對礦井的采掘關(guān)系和經(jīng)濟運行亦帶來不利影響。在采空區(qū)防滅火工作中,火源或高溫點的位置確定是一個關(guān)鍵問題。本文對煤礦采空區(qū)火源點探測方法與火源定位算法的研究現(xiàn)狀進行了總結(jié),選取了采空區(qū)遺煤自燃最為直接的表征——溫度作為觀測對象,研究并開發(fā)了針對采空區(qū)特殊要求的采空區(qū)溫度感知系統(tǒng)。在對分布式溫度監(jiān)測信息處理時,為了實現(xiàn)采空區(qū)火源(高溫)點的精確定位。將火源點定位問題,歸納為(1)建立采空區(qū)溫度場分布物理和數(shù)學(xué)模型(正問題);(2)利用這個模型反演高溫點位置(反問題)兩個問題。正問題的研究,引入采空區(qū)溫度場分布理論。通過分析井下采空區(qū)自燃火源分布規(guī)律以及熱量傳導(dǎo)形式,建立了采空區(qū)物理、數(shù)學(xué)模型,分析采空區(qū)二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題,研究了熱傳導(dǎo)正問題的計算方法,利用有限差分法進行采空區(qū)溫度場正向模擬,并做了Matlab仿真。該方法將為后續(xù)的反問題研究提供模擬數(shù)據(jù)和計算方法支持。反問題的研究,文章將采空區(qū)高溫火源點搜索歸類為熱傳導(dǎo)反問題中尋源問題的解決,即搜索一個解(源項)來盡可能趨近觀測值(測點溫度)。對于高度非線性,不適定性的反問題求解,采用最小二乘法把反問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題。鑒于粒子群算法及其改進算法全局搜索能力強,收斂速度快,參數(shù)少易調(diào)整、流程簡單易實現(xiàn)適于工程應(yīng)用的特點。本文研究了粒子群算法(PSO)和帶有量子行為粒子群算法(QPSO)及其改進算法,應(yīng)用于解決采空區(qū)高溫火源點定位問題,仿真結(jié)果表明:PSO和QPSO能夠較好實現(xiàn)火源定位,在穩(wěn)定性上QPSO優(yōu)于PSO。針對QPSO后期收斂慢的情況,提出了一種帶自然進化原則的QPSO混合算法,數(shù)值計算結(jié)果表明,該算法對火源位置的探測具有較好適應(yīng)性。采空區(qū)溫度感知系統(tǒng)的開發(fā)和火源點定位算法的研究對井下防滅火工作提供了可靠保障,確保煤礦安全高效生產(chǎn)。
【關(guān)鍵詞】：采空區(qū) 溫度感知系統(tǒng) 火源點定位 反問題 優(yōu)化問題 粒子群算法
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD752;TP18
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 1 緒論15-24
• 1.1 課題研究背景與意義15-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 研究思路21-22
• 1.4 論文內(nèi)容安排22-23
• 1.5 小結(jié)23-24
• 2 采空區(qū)溫度場數(shù)理模型與模擬24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 采空區(qū)自燃火源分布規(guī)律24
• 2.3 采空區(qū)物理模型24-25
• 2.4 采空區(qū)數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.5 采空區(qū)內(nèi)火源溫度場正演模擬27-36
• 2.6 小結(jié)36-40
• 3 采空區(qū)熱源定位方法40-45
• 3.1 引言40
• 3.2 反問題40-41
• 3.3 不適定性41
• 3.4 正則化方法41-42
• 3.5 反問題解算方法42-44
• 3.6 小結(jié)44-45
• 4 基于粒子群的熱源定位方法45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 粒子群算法45-53
• 4.3 PSO算法求解熱傳導(dǎo)反問題熱源估計53-59
• 4.4 小結(jié)59-60
• 5 采空區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究60-65
• 5.1 引言60
• 5.2 采空區(qū)溫度感知系統(tǒng)60-61
• 5.3 采空區(qū)溫度場監(jiān)測數(shù)據(jù)處理61-64
• 5.4 采空區(qū)溫度監(jiān)測點布置要求64
• 5.5 小結(jié)64-65
• 6 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65
• 6.2 展望65-67
• 參考文獻67-73
• 作者簡歷73-75
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集75

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本文編號：813782