煤矿井下水害漫延及避灾路线问题的研究

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2、ｒ■＇．：太成证工乂皆Ｉ■，■Ｉ．＼１■声明本人邦重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注巧引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的硏究成果。对本文的硏究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本声明的法律责任宙本人承担。论文作者签名：舶鬼日期：扯店关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件；感学校可＾：＾

3、采用影印、缩巧或其它复制手段复制并保存学位论文；感学校可允许学位论文查阅或阅；可ａ学术交流为目的，被借？学校和复制赠送交换学位论文；学校可Ｗ公布学位论的全部或部分？文内（容保密学位论文在解密后遵守此规定）。。。＇（去．；签名軒薦日期：０ｌ（．￡２ｉ．奏日期；导师签：名—卿太原理工大学硕士研究生学位论文煤矿井下水害漫延及避灾路线问题的研究摘要近些年来，矿井水害事故发生率一直居高不下，威胁职工生命安全，也给企业财产带来惨重的代价。为了使井下工作人员在突水时安全逃生，一方面需要系统地研究水流在巷道复杂拓扑结构中的漫延规律，建立相应的

4、仿真模型；另一方面需要根据漫延规律制定相应的避灾路线，以最大程度地保证职工的生命安全，降低给企业带来的损失。为此，本文主要从两个方面，即矿井水害漫延的数值模拟和矿井下避灾路线最短路径问题，开展了相关的研究。具体研究的内容包括：（1）为了对井下水害漫延进行仿真，本文首先对巷道突水的变化过程进行了分析。分析发现，根据突水影响因素在不同时间段对水流速度的影响不同，巷道中水流的漫延过程可分成两个阶段：初期动态变化阶段及动态平衡阶段。初期动态变化阶段存在于突水发生的初期，此阶段的特点是巷道中水流的速度以及水位标高都会动态发生变化。一段时间过后，巷道中的水流会到达动态平衡阶段。

5、动态平衡阶段的特点是巷道水位标高几乎达到动态平衡，突水漫延速度基本上不会随单位时间突水量的变化而发生变化。（2）为了模拟井下水害的漫延情况，本文开展了基于格子Boltzmann方法（LatticeBoltzmannMethod，LBM）的水害漫延模型构建研究。首先对LBM用于井下水害漫延的可行性进行了分析论证；基于此建立了相应的I太原理工大学硕士研究生学位论文突水漫延模型。所构建的模型可用于井下几种比较常见的巷道结构：直巷道、“Y”型巷道以及“+”型巷道等。进而针对“Y”型巷道角度不唯一的情况，提出了一种新的耦合边界的方法。通过实验仿真，并与comsol软件的模拟结

6、果对比，验证了本文所构建模型的可行性。（3）针对井下突水漫延趋势分析时最短路径查找问题，本文给出了一种基于离散萤火虫算法的突水漫延最短路径查找方法。该算法通过采用转移概率初始化的方法初始化萤火虫个体，重新定义了萤火虫的空间距离、最大荧光亮度和相对荧光亮度等，使得萤火虫个体的状态可表示一条从起始点到目标点的有效路径。为了增加解的多样性以及防止计算的结果陷入局部最优解，以一定概率对萤火虫代表的路径执行扰动操作。经过多次迭代计算后，可得到所要求解的最短路径。（4）本文提出了一种可用于突水漫延最短路径查找的模拟植物生长算法，该方法用每个生长点来代表一条从起始点到目标点的有效

7、路径。因为采用比例选择策略，所以目标函数值越优的个体越容易被选择优先生长。通过不断选择新基点，然后以这些基点为基础产生新的树枝生长点。以此往复，多次计算后得到的最优解就是所要求的井下最短路径。最后，通过理论上可行性分析以及仿真计算，验证了该方法可以用来求解井下最短路径问题。关键词：矿井水害漫延模拟，矿井下最优避灾路线，格子Boltzmann方法，离散萤火虫算法，模拟植物生长算法II太原理工大学硕士研究生学位论文RESEARCHONPROBLEMSOFCOALMINEWATERINRUSHSPREADINGANDAVOIDANCEROUTESABSTRACTInr