论文中文题名: | 基于GA-PSO的矿井通风网络解算优化方法研究 |
姓名: | |
学号: | 21220226098 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085700 |
学科名称: | 工学 - 资源与环境 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 矿山智能通风 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-17 |
论文答辩日期: | 2024-06-02 |
论文外文题名: | GA-PSO based mine ventilation network Research on solving optimization method |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Mine ventilation ; Ventilation resistance determination ; Particle swarm algorithm ; Matlab Simulation ; Unity3D 3D Modeling |
论文中文摘要: |
助力矿山智能化建设与实现是顺应时代发展的要求,是科技发展的必然趋势。然而,作为“血液循环系统”的通风,是保证矿井安全生产的基础,因此,智能通风技术的研究和现场应用,是目前我国智慧矿山建设中的一个突出的研究热点,也是我国煤矿信息化和智能化建设的发展趋势。随着煤矿开采的继续,煤矿的通风网络结构也在发生改变。在矿山开采过程中,通风系统的各项参数处于持续变化、突变状态,必然会对其正常工作产生一定的影响,从而导致对安全生产不利和技术与经济上的不合理。因此,在隔一定的时间对矿井进行通风阻力测定,更新矿井通风阻力等参数,分析矿井通风现存问题,引入智能算法优化矿井风网解算模型,建立矿井三维可视化模型,以此来提升矿井通风系统的安全性、技术性和经济效益性。本文的研究内容主要如下: (1)研究亭南煤业通风阻力测定和计算方法,分析矿井通风系统所存在的问题,经计算分析:测定结果满足精度要求,通风难易程度为容易,通风阻力分布合理。并以现场的实际测量以及计算结果为后续的风网解算优化提供数据支持,以及为所优化后的结果提供参考依据。 (2)对矿井通风理论、矿用风机的类型及特性以及智能优化算法理论进行了解以及分析,选用经典的Cross算法作为本文的风网解算方法。并选取了遗传算法和粒子群算法这两种典型的智能优化算法进行分析比较。从而为之后的风网解算、数学建模以及风网优化建立好理论基础。 (3)以矿井通风基本定律以及矿用风机特性曲线方程等作为约束条件,对矿井通风网络进行了数学建模。对遗传算法和粒子群算法分别进行了改进。并结合这两种算法的优点设计了基于遗传算法的粒子群算法(GA-PSO),通过三种算法的仿真结果分析验证了改进后的算法的有效性。研究表明,风网解算经本文所改进的算法优化后的风机功耗降低了16.86%,风量误差为4.85%。 (4)利用Unity3D三维建模软件与智能通风系统客户端平台工具,建立了与矿井实际相似程度高的亭南煤业三维可视化通风模型。通过风网解算优化后的数据与现场实际数据对比来验证了改进后算法的可行性,从而为建立可视化三维通风模型提供可靠数据。 |
论文外文摘要: |
Assisting the intelligent construction and realization of mines is in line with the requirements of the times and the inevitable trend of scientific and technological development. However, as the ventilation of the "blood circulation system" is the basis for ensuring the safe production of mines, therefore, the research and field application of intelligent ventilation technology is a prominent research hotspot in the construction of China's intelligent mines and is also the development trend of China's coal mine informatization and intelligent construction. As coal mining continues, the ventilation network structure of coal mines is also changing. In the process of mining, the parameters of the ventilation system are in a state of continuous change and sudden change, which will inevitably have a certain impact on its normal work, which will lead to unfavorable production safety and technical and economic irrationality. Therefore, the ventilation resistance of the mine is measured at certain intervals, and parameters such as the ventilation resistance of the mine are updated to analyze the existing problems of mine ventilation.And the intelligent optimization algorithm is introduced to optimize the mine wind network solution, and then a three-dimensional visualization model is established, to improve the safety, technology, and economic efficiency of the mine ventilation system. The research content of this paper is mainly as follows: (1) Measurement and calculation of ventilation resistance were carried out in Tingnan Coal Mine to analyze the problems existing in the mine ventilation system, and after calculation and analysis: the measurement results meet the requirements of accuracy, the degree of ventilation difficulty is easy, and the distribution of ventilation resistance is reasonable. The actual measurement and calculation results on site provide data support for the subsequent optimization of the wind network solution, and provide a reference basis for the optimized results. (2) Understanding and analyzing the theory of mine ventilation, the types and characteristics of mine fans, and the theory of intelligent optimization algorithm, the classical Cross algorithm is used as the wind network solving method in this paper. And two typical intelligent optimization algorithms, the genetic algorithm and particle swarm algorithm, are selected for analysis and comparison. Thus, a good theoretical foundation is established for the subsequent wind network solving, mathematical modeling, and wind network optimization. (3) The mine ventilation network was mathematically modeled using the basic laws of mine ventilation and the characteristic curve equations of m ine fans as constraints. The genetic algorithm and particle swarm algorithm are improved respectively. Combined with the advantages of these two algorithms, the particle swarm algorithm is designed to improve the particle swarm algorithm, that is, the particle swarm algorithm based on the genetic algorithm (GA-PSO), through the three algorithms of the simulation results of the analysis of the improved algorithm to verify the effectiveness of the algorithm. The study shows that the wind network optimized by the algorithm of this paper reduces the power consumption of the fan by 16.86%, and the error of the wind volume is 4.85%. (4) Using Unity3D 3D modeling software and intelligent ventilation system client platform tools, a 3D visualized ventilation model of Tingnan Coal Mine, which has a high degree of similarity with the actual mine, was established. The feasibility of the improved algorithm is verified by comparing the optimized data from the wind network solution with the actual data on site, thus providing reliable data for the establishment of the visualized 3D ventilation model. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD722 |
开放日期: | 2024-06-19 |