[發(fā)明專利]一種基于LDA的新生采空區(qū)固相結(jié)構(gòu)及流場回歸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911347165.5
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111125968B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉劍;周啟超;王東;高科;鄧立軍
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06N20/00;G01M9/08;G01M9/06;G06F113/08
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發(fā)明提供一種基于LDA的新生采空區(qū)固相結(jié)構(gòu)及流場回歸方法，涉及礦井通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先建立新生采空區(qū)實驗?zāi)Ｐ停谀Ｐ蛢?nèi)部布置觀測點；通過激光多普勒測速儀對模型進行測試得到觀測點的實測速度值。再隨機生成多個二值法陣列；采用格子玻爾茲曼方法解算每個樣本的氣體流動狀態(tài)，通過模型中觀測點坐標(biāo)匹配對應(yīng)在樣本中的位置，提取對應(yīng)位置的解算結(jié)果。最后計算適應(yīng)值，判斷適應(yīng)值是否滿足終止條件，若是，則輸出該二值法陣列及其流場流態(tài)，若否，則將樣本集合內(nèi)個體進行選擇、交叉、變異重復(fù)步驟5。本方法解決了多孔介質(zhì)對于新生采空區(qū)不適用問題，能夠處理新生采空區(qū)復(fù)雜幾何邊界，準(zhǔn)確得到新生采空區(qū)內(nèi)部固相結(jié)構(gòu)及氣體流動狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦井通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于LDA的新生采空區(qū)固相結(jié)構(gòu)及流場回歸方法。

背景技術(shù)

采空區(qū)是礦井主要事故地點之一，其中瓦斯積聚與爆炸、透水事故、煤自燃與采空區(qū)內(nèi)的流動特性密切相關(guān)。目前，采空區(qū)的解算都是基于多孔介質(zhì)流體動力學(xué)理論，即用一個假想的連續(xù)介質(zhì)代替實際的、遍布空隙的多孔介質(zhì)，將多孔介質(zhì)物理參數(shù)等狀態(tài)變量在某一體積上的平均值作為該假想連續(xù)體參數(shù)的值。采用多孔介質(zhì)流體動力學(xué)有許多條件限制：多孔介質(zhì)的孔隙尺度非常小且比表面積很大；孔隙的尺寸要比空氣分子運動自由程大很多。然而，采空區(qū)內(nèi)部空間由遺煤孔隙、浮煤間的縫隙和巖塊間的空洞組成，特別是新生采空區(qū)，其尺寸范圍變化較大，幾何邊界非常復(fù)雜，新生采空區(qū)孔洞能夠達到幾米甚至幾十米，這樣的孔洞尺寸范圍內(nèi)，已經(jīng)遠遠超出了多孔介質(zhì)的孔隙尺度，無法找到合適的表征體元大小。因此，采空區(qū)內(nèi)部流動并非多孔介質(zhì)滲流，即多孔介質(zhì)對于新生采空區(qū)不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于LDA的新生采空區(qū)固相結(jié)構(gòu)及流場回歸方法，本方法解決了多孔介質(zhì)對于新生采空區(qū)不適用問題，能夠處理新生采空區(qū)復(fù)雜幾何邊界，準(zhǔn)確得到新生采空區(qū)內(nèi)部固相結(jié)構(gòu)以及氣體流動狀態(tài)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種基于LDA的新生采空區(qū)固相結(jié)構(gòu)及流場回歸方法，包括如下步驟：

步驟1：設(shè)定一種采空區(qū)固相結(jié)構(gòu)，以此固相結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建立新生采空區(qū)實驗?zāi)Ｐ停?/p>

步驟2：在新生采空區(qū)實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)部布置W個觀測點；

步驟3：對激光多普勒測速儀進行實驗參數(shù)設(shè)置，包括三維速度、示蹤粒子的粒徑配置、采集樣本數(shù)、采集時間；對模型進行測試，得到每個觀測點的實測速度值；

步驟4：采用二值法陣列描述新生采空區(qū)；隨機生成M個二值法陣列，每個二值法陣列為一個樣本個體，M個樣本分別表示M種新生采空區(qū)的固相結(jié)構(gòu)，得到包括M個個體的樣本集合；

步驟5：采用格子玻爾茲曼方法解算每一個樣本個體的氣體流動狀態(tài)，通過采空區(qū)實驗?zāi)Ｐ椭忻總€觀測點的位置坐標(biāo)匹配出每個觀測點在樣本i中的位置，提取該樣本中每個對應(yīng)觀測點位置的解算結(jié)果，即速度值；分別對每個樣本進行提取解算結(jié)果，得到M個觀測位置速度集Q＝{m₁,m₂,…,m_M}，其中，代表在第M個樣本中提取出的速度集合，代表第M個樣本中與第W個觀測點位置相對應(yīng)的速度值；

步驟6：將集合Q中每個速度集合內(nèi)的速度值與觀測點的實測速度值的誤差作為適應(yīng)值，所述誤差用歐式距離表示；判斷適應(yīng)值是否滿足終止條件，若是，則將該樣本的二值法陣列及其通過LBM解算的流場流態(tài)輸出，若否，則將樣本集合內(nèi)的個體經(jīng)過選擇、交叉和變異再生成M個新的樣本，重復(fù)步驟5；

所述終止條件為適應(yīng)值小于2.5，即歐式距離小于2.5。

所述步驟1中的模型制作選擇折射率低透明度好的材料，選取示蹤粒子。

所述步驟2中的觀測點設(shè)置要均勻的布滿整個模型區(qū)域。