煤矿采空区火源点定位方法及应用研究

发布时间：2017-09-08 11:32

  本文关键词：煤矿采空区火源点定位方法及应用研究

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【摘要】：由于综合机械化放顶煤开采过程中,开采高度大,推进速度较慢,采空区压实时间较长,遗留松散煤体易与漏风流中氧气发生化学反应,造成采空区中煤自燃的危险性增大。煤炭自燃产生的有害气体不仅严重危害井下人员的健康,而且容易诱发瓦斯、煤尘爆炸事故,造成严重的资源浪费,对矿井的采掘关系和经济运行亦带来不利影响。在采空区防灭火工作中,火源或高温点的位置确定是一个关键问题。本文对煤矿采空区火源点探测方法与火源定位算法的研究现状进行了总结,选取了采空区遗煤自燃最为直接的表征——温度作为观测对象,研究并开发了针对采空区特殊要求的采空区温度感知系统。在对分布式温度监测信息处理时,为了实现采空区火源(高温)点的精确定位。将火源点定位问题,归纳为(1)建立采空区温度场分布物理和数学模型(正问题);(2)利用这个模型反演高温点位置(反问题)两个问题。正问题的研究,引入采空区温度场分布理论。通过分析井下采空区自燃火源分布规律以及热量传导形式,建立了采空区物理、数学模型,分析采空区二维非稳态热传导问题,研究了热传导正问题的计算方法,利用有限差分法进行采空区温度场正向模拟,并做了Matlab仿真。该方法将为后续的反问题研究提供模拟数据和计算方法支持。反问题的研究,文章将采空区高温火源点搜索归类为热传导反问题中寻源问题的解决,即搜索一个解(源项)来尽可能趋近观测值(测点温度)。对于高度非线性,不适定性的反问题求解,采用最小二乘法把反问题转化为优化问题。鉴于粒子群算法及其改进算法全局搜索能力强,收敛速度快,参数少易调整、流程简单易实现适于工程应用的特点。本文研究了粒子群算法(PSO)和带有量子行为粒子群算法(QPSO)及其改进算法,应用于解决采空区高温火源点定位问题,仿真结果表明:PSO和QPSO能够较好实现火源定位,在稳定性上QPSO优于PSO。针对QPSO后期收敛慢的情况,提出了一种带自然进化原则的QPSO混合算法,数值计算结果表明,该算法对火源位置的探测具有较好适应性。采空区温度感知系统的开发和火源点定位算法的研究对井下防灭火工作提供了可靠保障,确保煤矿安全高效生产。
【关键词】：采空区 温度感知系统 火源点定位 反问题 优化问题 粒子群算法
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD752;TP18
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 1 绪论15-24
• 1.1 课题研究背景与意义15-18
• 1.2 国内外研究现状18-21
• 1.3 研究思路21-22
• 1.4 论文内容安排22-23
• 1.5 小结23-24
• 2 采空区温度场数理模型与模拟24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 采空区自燃火源分布规律24
• 2.3 采空区物理模型24-25
• 2.4 采空区数学模型25-27
• 2.5 采空区内火源温度场正演模拟27-36
• 2.6 小结36-40
• 3 采空区热源定位方法40-45
• 3.1 引言40
• 3.2 反问题40-41
• 3.3 不适定性41
• 3.4 正则化方法41-42
• 3.5 反问题解算方法42-44
• 3.6 小结44-45
• 4 基于粒子群的热源定位方法45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 粒子群算法45-53
• 4.3 PSO算法求解热传导反问题热源估计53-59
• 4.4 小结59-60
• 5 采空区温度监测系统研究60-65
• 5.1 引言60
• 5.2 采空区温度感知系统60-61
• 5.3 采空区温度场监测数据处理61-64
• 5.4 采空区温度监测点布置要求64
• 5.5 小结64-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-73
• 作者简历73-75
• 学位论文数据集75

【参考文献】

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本文编号：813782