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矿井瓦斯传感器优化选址研究

作　者: 梁双华
导　师: 汪云甲
学　校: 中国矿业大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 矿井通风网络瓦斯传感器设施选址风险评价禁忌搜索蚁群算法 GIS
分类号: TD712
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

对井下瓦斯及时、有效地监控，传感器布置方式至关重要。现行煤矿安全规程及相关规范采用的一些布置参数多来源于现场实践经验，其主要关注致灾因素间耦合模式相对固定的高风险点即瓦斯安全关注点，较少顾及瓦斯监测点点间距、点密度和空间分布等情况，导致瓦斯监测存在预报预警风险缺陷。因此，研究满足预警要求且经济可行的瓦斯传感器无盲区布置的优化选址方法对提高监测系统性能、预防重特大瓦斯事故的发生具有重要价值。论文以矿井复杂通风巷道的瓦斯监测点优化选址问题为研究对象，在对相关文献回顾与总结的基础上，采用信息熵、层次分析法、禁忌-蚁群算法、混合PACA算法及空间数据处理技术，对矿井通风巷道瓦斯传感器优化选址模型建模、模型的高效求解算法和瓦斯传感器选址决策支持系统的构建等问题进行创新性研究，以期为矿井瓦斯传感器的优化布置提供一些新方法和新思路。（1）为实现高风险区域的瓦斯灾害防备，论文基于矿井通风巷道瓦斯涌出与运移表现特性，借鉴安全评价方法和不确定性理论，确定了瓦斯积聚影响因素的评价指标体系，建立了基于信息熵的瓦斯积聚危险性评价模型，并以山西北茹矿为例，验证本文所建立的瓦斯积聚危险性评价方法，得出的积聚危险规律现场应用效果良好。（2）论文将设施选址理论引入瓦斯传感器优化布置中，在对瓦斯传感器设施选址特征进行深入剖析的基础上，应用宏观模型和微观模型相结合的优化思想，提出了兼顾监测覆盖范围和瓦斯安全关注点的瓦斯传感器布置方式，借助图论理论、设施覆盖选址理论和线性规划方法建立了四类基于不同选址目标的瓦斯传感器选址模型，并对上述模型进行了拓展，提出了分区分级瓦斯传感器选址模型，对模型的应用和处理方法进行了实例验证。（3）针对本文提出的瓦斯传感器选址模型采用精确算法难以求解的问题，设计了启发式的基于列减少算法、禁忌搜索和蚁群算法的三阶段混合蚁群算法，详细讨论了混合算法的组合框架、策略设计、约束条件的处理和求解步骤等内容，并运用算例求解对比，验证了混合蚁群算法求解瓦斯传感器选址模型的可行性、先进性和有效性。（4）设计开发了基于GIS的瓦斯传感器优化选址决策支持系统。运用Geodatabase几何网络模型对矿井通风网络进行了建模，以此为基础实现了关键功能模块的研发，有效地降低了系统的开发难度，应用于实际矿井，取得了良好的效果。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
abstract  7-21
1 绪论  21-33
  1.1 研究背景  21-22
  1.2 国内外研究现状  22-28
  1.3 存在的问题及需求  28-29
  1.4 研究内容  29-32
  1.5 研究方法和技术路线  32-33
2 瓦斯传感器设施选址特征与决策域分析  33-44
  2.1 煤矿安全监控系统与瓦斯传感器相关技术标准与规范  33-36
  2.2 矿井瓦斯传感器设施选址特征分析  36-37
  2.3 瓦斯传感器设施选址决策域分析  37-40
  2.4 典型设施覆盖选址模型  40-43
  2.5 本章小结  43-44
3 矿井通风巷道瓦斯积聚危险性评价  44-55
  3.1 矿井通风巷道瓦斯浓度变化特征  44-45
  3.2 基于信息熵的瓦斯积聚危险性评价模型  45-46
  3.3 瓦斯积聚信息熵模型的积聚因子评价  46-49
  3.4 实例分析  49-54
  3.5 本章小结  54-55
4.矿井复杂通风巷道瓦斯传感器选址模型研究  55-80
  4.1 选址模型构建方案及相关假设与定义  55-57
  4.2 矿井瓦斯传感器选址模型输入表示  57-67
  4.3 瓦斯传感器覆盖选址基础模型  67-74
  4.4 瓦斯传感器备用覆盖选址模型  74-79
  4.5 矿井瓦斯传感器分区分级选址模型  79
  4.6 本章小结  79-80
5.瓦斯传感器选址模型求解算法  80-99
  5.1 相关算法简介  80-83
  5.2 模型求解思路及关键技术  83-89
  5.3 混合 ACA 算法求解单目标选址模型  89-93
  5.4 混合 PACA 算法求解多目标选址模型  93-95
  5.5 算法求解效果分析  95-98
  5.6 本章小结  98-99
6.瓦斯传感器优化选址决策支持系统开发与实例研究  99-137
  6.1 MSDSS 系统分析与设计  99-102
  6.2 通风地理网络建模与分析  102-114
  6.3 混合蚁群算法与 GIS 耦合求解选址模型  114-116
  6.4 实例研究  116-136
  6.5 本章小结  136-137
7 结论与展望  137-140
  7.1 主要研究成果和结论  137-138
  7.2 主要创新点  138-139
  7.3 对进一步研究工作的展望  139-140
参考文献  140-146
作者简历  146-149
学位论文数据集  149

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