礦井通風(fēng)阻力系數(shù)反演研究.pdf

1、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的理論和算法研究早在70年代就已經(jīng)成熟，但時(shí)至今日通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算仍然沒有在礦井生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛的應(yīng)用.通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算應(yīng)用的3大瓶頸問題之一的通風(fēng)阻力系數(shù)“測不準(zhǔn)，總在變”的問題，時(shí)至今日該問題尚未解決，阻礙了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算在實(shí)際中的應(yīng)用.巷道風(fēng)阻可通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和通風(fēng)阻力測試獲取.風(fēng)阻經(jīng)驗(yàn)公式通常只是一些特殊情況的近似歸納，一些常量參數(shù)取值更多的依賴人為經(jīng)驗(yàn)，存在較大的主觀性誤差;而現(xiàn)場測試工作量非常大且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力.無

2、論是經(jīng)驗(yàn)公式還是現(xiàn)場測試，得到的風(fēng)阻數(shù)據(jù)都存在誤差，使得仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際的通風(fēng)系統(tǒng)不匹配.
　　如何通過少量代表性巷道風(fēng)量、節(jié)點(diǎn)壓力等有限的實(shí)測數(shù)據(jù)，反演礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力系數(shù)，這是一項(xiàng)值得研究的課題.目前國內(nèi)外關(guān)于通風(fēng)阻力系數(shù)反演研究較少，基于國家自然基金資助項(xiàng)目(60772159)《基于仿真技術(shù)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)智能診斷系統(tǒng)研究》，開展本文研究工作.
　　從流體網(wǎng)絡(luò)三大基本定律出發(fā)，建立通風(fēng)阻力系數(shù)反演的矩陣方程組形式.無

3、論是多測點(diǎn)一次觀測還是少測點(diǎn)多次觀測條件下，利用有限的巷道風(fēng)量和節(jié)點(diǎn)壓力觀測數(shù)據(jù)來反演通風(fēng)系統(tǒng)中的各條巷道風(fēng)阻，由于方程數(shù)小于未知變量個(gè)數(shù)，反演問題始終存在多解的情況，通風(fēng)阻力系數(shù)反演問題是不適定的.
　　基于最小二乘原理建立了通風(fēng)阻力系數(shù)反演的數(shù)學(xué)模型，以實(shí)測壓力與與計(jì)算壓力的偏差以及實(shí)測風(fēng)量與計(jì)算風(fēng)量的偏差為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮了壓力、風(fēng)量以及通風(fēng)阻力系數(shù)范圍約束，通過該模型的建立將通風(fēng)阻力系數(shù)反演問題轉(zhuǎn)化非線性優(yōu)化問題.采用遺

4、傳算法和粒子群算法來求解基于最小二乘原理的通風(fēng)阻力系數(shù)反演的優(yōu)化問題.針對通風(fēng)阻力系數(shù)反演問題，對遺傳算法和粒子群算進(jìn)行了改進(jìn)，增強(qiáng)算法的全局搜索和局部搜索能力.
　　上述研究基礎(chǔ)上，可以依據(jù)觀測點(diǎn)相對靈敏度選擇合適的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行通風(fēng)阻力系數(shù)反演.結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)靈敏度理論和聚類分析理論，提出了一種基于反映通風(fēng)系統(tǒng)阻力系數(shù)變化的巷道風(fēng)量測點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)壓力測點(diǎn)布置方法，對通風(fēng)系統(tǒng)中可以觀測的巷道、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，尋找少量代表性強(qiáng)的分支風(fēng)量測點(diǎn)