粒子群优化算法在矿井通风网络风量优化中的应用研究

发布时间：2020-06-05 22:38

【摘要】：矿井通风系统在煤矿安全开采中扮演着举足轻重的角色,如何确定一种满足井下各巷道用风需求、符合煤矿实际生产条件、避免风机发生喘振、使通风工作所需费用最少的控风方案,是矿井通风安全节能领域研究的热点和难点。论文详细阐述了矿井通风领域相关的基础理论及基本定律,研究了通风系统的供风设备和调风设施,探讨了如何利用改进后的粒子群算法对井下各分支的风阻和风量进行优化调控,以确保煤矿开采工作更加节能、安全、高效地进行。针对矿井通风网络风量优化问题,以通风机总功率最小为目标,以分支的阻力方程、回路的风压平衡方程、节点的风量平衡方程、风机的特性曲线方程为约束条件,提出一种多种群自适应粒子群优化算法(MA-PSO)对其进行解算寻优。首先对随机生成的种群进行初始化预处理,将粒子的适应值从高到低排序;随后以局部最优粒子的位置为圆心,以局部最优粒子与其他粒子的欧式距离的平均值为半径,将种群划分为五个子种群;接着在粒子的速度更新公式中引入拓扑项和种群交流因子,使其以种群为单位在求解空间中搜索,既保证了种群的活力与多样性,又加快了种群的进化和算法收敛的速度;最后通过增加惯性权重的自适应性和淘汰无用粒子的方法来提升算法的全局寻优能力和自我学习能力。经实践论证:多种群自适应粒子群算法的性能均衡,优化矿井通风网络时无明显短板,解算速度快且收敛精度高;优化后主通风机所消耗的总功率相较于优化前下降了26.78%,比经典遗传算法的优化性能提高了6.2%,比免疫遗传算法的优化性能提高了2.4%,可见多种群自适应粒子群优化算法的节能优化效果更为显著。论文最后探讨了如何将改进后的粒子群优化算法应用于煤矿的实际生产之中。鉴于Matlab编写和解算复杂智能优化算法的优势突出,故通过OPC协议将其与工业PLC结合,以实现对煤矿各类通风参数的实时采集、解算和显示,同时进行通风网络的建模和MA-PSO优化算法的调用,最终协同完成风网风量的在线优化调控工作,指导煤矿的实际开采工作。论文对于智慧矿山智能通风系统的建设具有一定的参考价值,可使煤矿通风系统更加高效、节能运行。
【图文】：

Mine Ventilation System）统网络图称风网）是指按照井下风流的流动据井下各巷道连接的复杂程度又可[50]，假如某分支网络中包含串联、并风网络，在研究矿井风网风量优化般型三种[51]。是由节点和风路构成的用于表示巷道在网路中被称为风路[53]，两条两个节点之间的一段通风巷道被称不同可把它们分为：①用风分支，，进行生产开采的，其间的风量大小流的流向不随风网的变化而改变；可以进行调节改变。最简单的通风

2 矿井通风网络的相关理论基础jijRjNjFjh h h h h表示；巷道增加或降低的阻力Njh 来表示；矿用通风机的全定律态时单位时间内流入和流出某2]。若忽略所流经空气密度的改进该节点，负值表示风流远离 ijjgq10，其中 i=1，2，…，点之间的关系可用图 2-2 表示
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD724;TP18

【参考文献】

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本文编号：2698722