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矿井突水及避灾仿真算法的研究与实现

作　者: 符辉
导　师: 侯运炳
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 采矿工程
关键词: 突水规律数据结构与拓扑关系避灾线路算法突水漫延算法三维仿真
分类号: TD744
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

论文主要针对矿井突水的仿真过程进行了研究。系统总结出了突水过程的相关规律。包括：突水点分布规律、突水过程演化规律、突水方式与突水漫延的规律、巷道内水流运动规律。并介绍了影响突水的地质和工程因素，作为后续建立突水仿真算法的理论基础。该研究采用巷道的测量导线点作为数据源，建立了巷道空间数据结构和拓扑关系，分析巷道网络联通性和巷道网络权值。并且对巷道的存储结构进行了优化，采用稀疏矩阵的存储方式，提高算法的计算和存储效率。论文根据水害事故避灾线路的设计原则，建立了突水避灾算法。该算法在图论学的基础之上，通过对巷道的网络可通行性进行分析，实现了由多个任意起始点至多个任意终点的，多地点人员避灾的最佳线路算法。为矿井安全生产服务。最后，研究并实现了突水漫延算法、水量约束突水漫延算法。该算法根据预计的突水总量、突水起始点、巷道断面、坡度、长度等情况，仿模拟水害在巷道内的发展演化过程，模拟水流的下向漫延和上向升涨，分析出突水影响的范围。并求解出最佳的水害避灾路径。该算法实现了由突水量约束突水范围的快速直观三维表达，为制定避灾路线，事故调查，优化路线及应急救援决策提供依据。

全文目录

摘要  6
Abstract  6-8
详细摘要  8-11
Detail Abstract  11-18
1 绪论  18-28
  1.1 研究的意义  19-20
  1.2 国内外研究现状  20-25
    1.2.1 国外研究现状  20-21
    1.2.2 国内研究现状  21-25
    1.2.3 国内外研究现状存在的问题  25
  1.3 研究内容及论文结构安排  25-26
  1.4 拟采取的技术路线  26-27
  1.5 本章小结  27-28
2 矿井突水规律及影响因素研究  28-44
  2.1 突水规律与突水因素分析  28-32
    2.1.1 突水规律  28-31
    2.1.2 突水因素分析  31-32
  2.2 突水过程演化规律  32-34
    2.2.1 水流对突水通道的影响规律  32-33
    2.2.2 水压对突水量的控制规律  33-34
  2.3 巷道内水流运动规律  34-36
    2.3.1 水流运动特性  34
    2.3.2 巷道水流运动模型  34-36
  2.4 突水影响因素研究  36-43
    2.4.1 水文地质因素  36-37
    2.4.2 工程因素  37-43
  2.5 本章小结  43-44
3 巷道网络数据模型及网络分析  44-60
  3.1 巷道网络的数据源与数据特点  44-45
    3.1.1 基础数据来源和网络数据模型  44-45
    3.1.2 矿井巷道网络模型的特点  45
  3.2 巷道网络数据结构与拓扑关系  45-51
    3.2.1 巷道网络数据结构  45-47
    3.2.2 巷道网络空间拓扑关系  47-51
  3.3 巷道网络的连通性分析  51-53
    3.3.1 巷道网络表示  51
    3.3.2 巷道网络连通性分析  51-52
    3.3.3 巷道网络分析中的权值  52-53
  3.4 巷道网络的存储结构  53-58
    3.4.1 井巷网络存储结构选用原则  53-54
    3.4.2 巷道网络存储结构  54-58
  3.5 本章小结  58-60
4 矿井突水仿真算法的研究  60-74
  4.1 突水漫延影响因子  60-62
    4.1.1 突水漫延影响因子  60-61
    4.1.2 水流阻力算法  61-62
  4.2 巷道突水分析算法  62-64
    4.2.1 水位估算  62-63
    4.2.2 巷道内水量分析算法  63
    4.2.3 突水影响范围  63-64
  4.3 水流动态仿真算法  64
  4.4 矿井突水漫延线路算法  64-72
    4.4.1 突水漫延线路算法  64-70
    4.4.2 突水范围水量约束算法  70-72
  4.5 本章小结  72-74
5 矿井水害避灾路线算法研究  74-86
  5.1 避灾线路设计原则和影响因子  74-77
    5.1.1 避灾线路设计原则  74-75
    5.1.2 避灾线路的可通行性和权值  75-77
  5.2 巷道当量长度  77-79
  5.3 矿井巷道避灾路径解算  79-84
    5.3.1 矿井巷道网络最短路径解算  79-81
    5.3.2 矿井巷道网络最佳路径解算  81-84
  5.4 本章小结  84-86
6 矿井突水及避灾仿真系统的实现  86-114
  6.1 系统功能及框架  86-88
    6.1.1 系统设计  86-88
    6.1.2 系统体系结构  88
  6.2 数据库设计  88-94
    6.2.1 数据库设计原则  88-89
    6.2.2 数据库表结构设计  89-94
  6.3 系统设计及实现  94-113
    6.3.1 基础数据处理  94-100
    6.3.2 三维仿真场景  100-101
    6.3.3 突水漫延仿真实现  101-104
    6.3.4 水害避灾路线实现  104-113
  6.4 本章小结  113-114
7 结论与展望  114-116
  7.1 主要研究结论  114
  7.2 本文创新点  114-115
  7.3 展望  115-116
参考文献  116-122
致谢  122-123
作者简介  123
在学期间发表的学术论文  123

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