礦井隱蔽火源位置的正反演研究.pdf

1、礦井煤炭自燃是煤礦五大自然災(zāi)害之一，而煤炭自燃隱蔽火源位置的確定是解決煤炭自燃問題的關(guān)鍵。針對(duì)礦井隱蔽火源的存在的特點(diǎn)，將火源位置的確定問題歸結(jié)為熱傳導(dǎo)方程的尋源反問題。在理想狀態(tài)下，把煤礦井下熱傳導(dǎo)的三維模型簡(jiǎn)化為二維模型，建立熱傳導(dǎo)方程及初始條件和邊界條件。假定火源為線火源，采用離散正則化方法對(duì)一維熱傳導(dǎo)尋源問題進(jìn)行了反演計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，把該方法應(yīng)用到礦井隱蔽火源的反演中。結(jié)果表明：該方法能夠較準(zhǔn)確地反演出火源的特性，并隨著離散化

2、程度的提高，離散解逐漸逼近真實(shí)解。假定火源為點(diǎn)火源，把有限差分應(yīng)用到模型的一維及二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正演中，模擬了熱量在井下傳導(dǎo)的動(dòng)態(tài)過程。在正演的基礎(chǔ)上，把t=d時(shí)部分12點(diǎn)的溫度作為附加條件進(jìn)行反演。通過給附加條件不同的擾動(dòng)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行了研究。在方向的步長(zhǎng)、方向的步長(zhǎng)及時(shí)間軸的步長(zhǎng)不變的情況下，不斷的增加擾動(dòng)，當(dāng)擾xy動(dòng)為5％時(shí)，反演火源位置與實(shí)際火源位置的距離為0.085m，這一誤差水平可以接受；當(dāng)擾動(dòng)為10%時(shí)，誤差增加，反演火源

3、位置與實(shí)際火源位置的距離為0.199m，這一誤差水平勉強(qiáng)可以接受；當(dāng)擾動(dòng)為20%時(shí)，誤差繼續(xù)增加，反演火源位置與實(shí)際火源位置的距離為0.37m，這一誤差水平不能接受。這就說明當(dāng)擾動(dòng)小于或等于10%時(shí)能夠反演出相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果。最后，對(duì)離散正則化方法和有限差分進(jìn)行比較，結(jié)果表明：這兩種方法都能夠有效的反演火源，但是使用的范圍并不同。離散正則化方法比有限差分更準(zhǔn)確一些，但離散正則化方法只有在已知熱傳導(dǎo)方程解析解的情況下才能使用，而且受到正則參

4、數(shù)選擇的影響，因此，離散正則化方法只能應(yīng)用于礦井條件相對(duì)簡(jiǎn)單的情況下；而有限差分法使用起來方便，可以在實(shí)踐中推廣應(yīng)用，但有限差分法受到離散程度和附加條件擾動(dòng)的影響，離散程度越高，附加條件的擾動(dòng)越小，結(jié)果就越精確。當(dāng)擾動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)用有限差分就很難得出準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，在礦井條件復(fù)雜，同時(shí)影響因素造成的擾動(dòng)較小時(shí)，可以選擇有限差分法。通過求解熱傳導(dǎo)尋源反演的方法是解決礦井隱蔽火源發(fā)火點(diǎn)位置的有效途徑，對(duì)礦井防滅火研究具有較高的理論和實(shí)際應(yīng)用