煤礦采空區(qū)火源點(diǎn)定位方法及應(yīng)用研究.pdf

1、由于綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采高度大，推進(jìn)速度較慢，采空區(qū)壓實(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，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(xiǎn)性增大。煤炭自燃產(chǎn)生的有害氣體不僅嚴(yán)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(yán)重的資源浪費(fèi)，對(duì)礦井的采掘關(guān)系和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行亦帶來(lái)不利影響。在采空區(qū)防滅火工作中，火源或高溫點(diǎn)的位置確定是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本文對(duì)煤礦采空區(qū)火源點(diǎn)探測(cè)方法與火源定位算法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，選取了

2、采空區(qū)遺煤自燃最為直接的表征——溫度作為觀測(cè)對(duì)象，研究并開(kāi)發(fā)了針對(duì)采空區(qū)特殊要求的采空區(qū)溫度感知系統(tǒng)。在對(duì)分布式溫度監(jiān)測(cè)信息處理時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)采空區(qū)火源（高溫）點(diǎn)的精確定位。將火源點(diǎn)定位問(wèn)題，歸納為（1）建立采空區(qū)溫度場(chǎng)分布物理和數(shù)學(xué)模型（正問(wèn)題）；（2）利用這個(gè)模型反演高溫點(diǎn)位置（反問(wèn)題）兩個(gè)問(wèn)題。
　　正問(wèn)題的研究，引入采空區(qū)溫度場(chǎng)分布理論。通過(guò)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

3、區(qū)二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問(wèn)題，研究了熱傳導(dǎo)正問(wèn)題的計(jì)算方法，利用有限差分法進(jìn)行采空區(qū)溫度場(chǎng)正向模擬，并做了Matlab仿真。該方法將為后續(xù)的反問(wèn)題研究提供模擬數(shù)據(jù)和計(jì)算方法支持。
　　反問(wèn)題的研究，文章將采空區(qū)高溫火源點(diǎn)搜索歸類(lèi)為熱傳導(dǎo)反問(wèn)題中尋源問(wèn)題的解決，即搜索一個(gè)解（源項(xiàng)）來(lái)盡可能趨近觀測(cè)值（測(cè)點(diǎn)溫度）。對(duì)于高度非線性，不適定性的反問(wèn)題求解，采用最小二乘法把反問(wèn)題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題。鑒于粒子群算法及其改進(jìn)算法全局搜索能力強(qiáng)，收斂速度快

4、，參數(shù)少易調(diào)整、流程簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)適于工程應(yīng)用的特點(diǎn)。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(jìn)算法，應(yīng)用于解決采空區(qū)高溫火源點(diǎn)定位問(wèn)題，仿真結(jié)果表明：PSO和QPSO能夠較好實(shí)現(xiàn)火源定位，在穩(wěn)定性上QPSO優(yōu)于PSO。針對(duì)QPSO后期收斂慢的情況，提出了一種帶自然進(jìn)化原則的QPSO混合算法，數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，該算法對(duì)火源位置的探測(cè)具有較好適應(yīng)性。
　　采空區(qū)溫度感知系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和火源點(diǎn)定位算法的研究對(duì)井