矿井隐蔽火源寻源反问题算法研究

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煤炭自燃是制约我国煤矿生产的五大灾害之一,其给国家和矿井带来了极大的危害和经济损失。只有找到火源的准确位置,才可以有的放矢地采取措施及手段,直接消灭火源点。  本文在分析采空区发火规律的基础上,建立了理想状态下的二维热传导模型。然后给出了加权有限差分法求解一维、二维热传导方程的推导过程,并对加权有限差分法和一般有限差分法求出的一维热传导方程结果进行了比较。接着假定火源为点火源,利用加权有限差分法求出了某时刻的温度场分布。结果表明:加权有限差分和有限差分法都可以正演出某时刻温度场,但是加权有限差分法求解速度快,精确度高。  在正演的基础上,分别把t=16、25d时温度场添加不同扰动后作为附加条件,利用正则化法反演出了t=5、15d的温度场,并求出了反演温度场和实际温度场的差值及其随着迭代次数增多的变化情况,同时也确定出了火源点的位置。然后把火源位置为(5,5)时某几个剖面温度值作为附加条件,利用加权有限差分方法反演出了火源位置。  最后,对正则化方法和加权有限差分法进行比较,结果表明:这两种方法都能够有效的反演火源,但是它们使用的条件并不同。正则化方法适用于知道温度数据较多的情况下,而加权有限差分法只需要部分温度场数据即可。通过把反演算法应用到矿井井下隐蔽火源寻源反问题上,准确地确定出火源位置,对矿井防灭火研究具有较高的理论和实际应用价值。
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