煤礦采空區(qū)火源點定位方法及應(yīng)用研究.pdf

1、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(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，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

2、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

3、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

4、，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