[发明专利]一种基于LDA的新生采空区固相结构及流场回归方法

说明书

本发明提供一种基于LDA的新生采空区固相结构及流场回归方法，涉及矿井通风技术领域。本发明首先建立新生采空区实验模型，在模型内部布置观测点；通过激光多普勒测速仪对模型进行测试得到观测点的实测速度值。再随机生成多个二值法阵列；采用格子玻尔兹曼方法解算每个样本的气体流动状态，通过模型中观测点坐标匹配对应在样本中的位置，提取对应位置的解算结果。最后计算适应值，判断适应值是否满足终止条件，若是，则输出该二值法阵列及其流场流态，若否，则将样本集合内个体进行选择、交叉、变异重复步骤5。本方法解决了多孔介质对于新生采空区不适用问题，能够处理新生采空区复杂几何边界，准确得到新生采空区内部固相结构及气体流动状态。

技术领域

本发明涉及矿井通风技术领域，尤其涉及一种基于LDA的新生采空区固相结构及流场回归方法。

背景技术

采空区是矿井主要事故地点之一，其中瓦斯积聚与爆炸、透水事故、煤自燃与采空区内的流动特性密切相关。目前，采空区的解算都是基于多孔介质流体动力学理论，即用一个假想的连续介质代替实际的、遍布空隙的多孔介质，将多孔介质物理参数等状态变量在某一体积上的平均值作为该假想连续体参数的值。采用多孔介质流体动力学有许多条件限制：多孔介质的孔隙尺度非常小且比表面积很大；孔隙的尺寸要比空气分子运动自由程大很多。然而，采空区内部空间由遗煤孔隙、浮煤间的缝隙和岩块间的空洞组成，特别是新生采空区，其尺寸范围变化较大，几何边界非常复杂，新生采空区孔洞能够达到几米甚至几十米，这样的孔洞尺寸范围内，已经远远超出了多孔介质的孔隙尺度，无法找到合适的表征体元大小。因此，采空区内部流动并非多孔介质渗流，即多孔介质对于新生采空区不适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于LDA的新生采空区固相结构及流场回归方法，本方法解决了多孔介质对于新生采空区不适用问题，能够处理新生采空区复杂几何边界，准确得到新生采空区内部固相结构以及气体流动状态。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种基于LDA的新生采空区固相结构及流场回归方法，包括如下步骤：

步骤1：设定一种采空区固相结构，以此固相结构为基础建立新生采空区实验模型；

步骤2：在新生采空区实验模型内部布置W个观测点；

步骤3：对激光多普勒测速仪进行实验参数设置，包括三维速度、示踪粒子的粒径配置、采集样本数、采集时间；对模型进行测试，得到每个观测点的实测速度值；

步骤4：采用二值法阵列描述新生采空区；随机生成M个二值法阵列，每个二值法阵列为一个样本个体，M个样本分别表示M种新生采空区的固相结构，得到包括M个个体的样本集合；

步骤5：采用格子玻尔兹曼方法解算每一个样本个体的气体流动状态，通过采空区实验模型中每个观测点的位置坐标匹配出每个观测点在样本i中的位置，提取该样本中每个对应观测点位置的解算结果，即速度值；分别对每个样本进行提取解算结果，得到M个观测位置速度集Q＝{m₁,m₂,…,m_M}，其中，代表在第M个样本中提取出的速度集合，代表第M个样本中与第W个观测点位置相对应的速度值；

步骤6：将集合Q中每个速度集合内的速度值与观测点的实测速度值的误差作为适应值，所述误差用欧式距离表示；判断适应值是否满足终止条件，若是，则将该样本的二值法阵列及其通过LBM解算的流场流态输出，若否，则将样本集合内的个体经过选择、交叉和变异再生成M个新的样本，重复步骤5；

所述终止条件为适应值小于2.5，即欧式距离小于2.5。

所述步骤1中的模型制作选择折射率低透明度好的材料，选取示踪粒子。

所述步骤2中的观测点设置要均匀的布满整个模型区域。