一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法
【專(zhuān)利摘要】一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，屬于固體充填采煤評(píng)價(jià)體系。本發(fā)明具體按照如下步驟實(shí)現(xiàn)：A、分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件；B、初選液壓支架架型；C、確定基礎(chǔ)的初選方案；D、確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)；E、利用Pro/E、Solidworks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真得到充填特性評(píng)價(jià)矩陣；F、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。充填采煤液壓支架是固體充填采煤重要設(shè)備之一，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)通過(guò)控制變量法確定優(yōu)化初始方案，并采用層次分析法確定其最優(yōu)方案，為廣大從事充填采煤液壓支架優(yōu)化的科研工作者、工程師等相關(guān)人員提供了一種科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，及具體、易行、全面、簡(jiǎn)單的支架優(yōu)化方法，大大降低設(shè)計(jì)和研發(fā)時(shí)間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種固體充填采煤評(píng)價(jià)體系及方法，特別是一種充填采煤液壓支架充 填特性評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)，是利用充填綜采設(shè)備把固體廢棄物（矸石、粉煤 灰、黃土、風(fēng)積沙及建筑垃圾等)密實(shí)充入采煤工作面采空區(qū)的綠色開(kāi)采技術(shù)。充填采煤液 壓支架作為該技術(shù)的核心設(shè)備，不僅支護(hù)頂板，推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)，還擔(dān)負(fù)采空區(qū) 充填、協(xié)助物料運(yùn)輸及夯實(shí)的任務(wù)，其性能的可靠性是致密充填的關(guān)鍵。
[0003] 傳統(tǒng)充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)與研發(fā)是以物理樣機(jī)為基礎(chǔ)，不僅投入巨大的人力物 力資源，還將浪費(fèi)大量時(shí)間，使得設(shè)計(jì)部門(mén)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)單、科學(xué)、全面的充填采煤液壓支 架充填特性評(píng)價(jià)體系與方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的本發(fā)明具體按照如下步驟實(shí)現(xiàn):A、分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件;B、 初選液壓支架架型;C、確定基礎(chǔ)的初選方案;D、確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)； E、利用Pr〇/E、S〇lidW〇rks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真得到充填特性 評(píng)價(jià)矩陣;F、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。
[0006] 所述A步驟的分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件，其中地質(zhì)條件包括煤層厚度、傾角和頂板 條件。
[0007] 所述B步驟的初選液壓支架架型，根據(jù)A步驟的地質(zhì)條件結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要 求，確定液壓支架架型，其中固體充填采煤液壓支架的架型包括:六柱正四連桿充填采煤液 壓支架、六柱反四連桿充填采煤液壓支架、四柱正四連桿充填采煤液壓支架、四柱反四連桿 充填采煤液壓支架。
[0008] 所述C步驟的確定基礎(chǔ)的初選方案，采用控制變量法，通過(guò)改變充填采煤液壓支架 的四連桿長(zhǎng)度、前后頂梁長(zhǎng)度、夯實(shí)機(jī)構(gòu)鉸接位置、前后頂梁鉸接位置等得到初選方案Pi。
[0009] 所述D步驟確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，充填采煤液壓支架評(píng)價(jià)指 標(biāo)包括:支護(hù)特性中的支護(hù)強(qiáng)度、前頂梁支護(hù)強(qiáng)度、后頂梁支護(hù)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)特性中的四連桿 受力特性、頂梁偏移距、立柱受力特性等，夯實(shí)特性中的夯實(shí)角度、落料間隙距、落料中心 距、夯實(shí)離頂距、夯實(shí)空頂距。
[0010]所述E步驟按照如下步驟執(zhí)行：
[0011] a)根據(jù)步驟C確定的初選方案，采用Pr〇/E、S〇lidW〇rks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架 豐旲型；
[0012] b)利用上述軟件的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，布置測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)D步驟的充填采煤液壓支架 充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲得具體評(píng)價(jià)指標(biāo)值；
[0013] c)利用b)步驟中評(píng)價(jià)指標(biāo)值形成充填特性評(píng)價(jià)矩陣A。
[0014] 所述的步驟F中多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案按照如下步驟執(zhí)行：
[0015] a)為避免由于各充填特性指標(biāo)的質(zhì)各不相同，所表達(dá)含義及量綱無(wú)法直接進(jìn)行比 較，為避免量綱間的差異給評(píng)價(jià)帶來(lái)影響，對(duì)充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A進(jìn)行規(guī)范化處理，記 規(guī)范化后的矩陣為R= [rij]mXn;
[0016] b)根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定方案Pi對(duì)應(yīng)的權(quán)重約束范圍：
[0017]
[0018] c)構(gòu)建單目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重優(yōu)化具體模型如下：
[0019]
[0020] 利用MATLAB或者LINGO編寫(xiě)多目標(biāo)求解程序，得到方案Pi對(duì)應(yīng)的最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重： [0021] … 、] 一±
~， …
[0022] d)計(jì)算優(yōu)化權(quán)重的偏離度為：
[0023] _
ML' -1
[0024] 為了使指標(biāo)權(quán)重最接近于真實(shí)權(quán)重，則應(yīng)使偏差盡可能小，建立如下規(guī)劃模型：
[0025]
[0026] e)為了消除充填特性指標(biāo)權(quán)重的不確定性，根據(jù)極大熵原理，確定的充填特性指 標(biāo)權(quán)重應(yīng)使信息熵取最大值，即：
[0027]
[0028] f)為了同時(shí)達(dá)到方案綜合評(píng)價(jià)值偏離度最小和指標(biāo)權(quán)重不確定性最小的目的，聯(lián) 立式(5)和式(6)，得：
[0029]
[0030] g)將上述多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，即：
[0031] I 'M
[0032] 式中ε為平衡系數(shù)，其值的確定可根據(jù)具體情況給定；為求解該優(yōu)化模型，構(gòu)造 Lagrange函數(shù)，即：
[0033] J,-i
j.-i J=l[0034] 根據(jù)該方程存在極值的必要條件，可得：
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 代入充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A及ω=[ω⑴ω⑵…ωω]τ，得到Sj，tj;
[0040] 將以，h代入(10)，（ 11)形成一個(gè)非線(xiàn)性方程組，即：
[0041]
[0042] 若取ε =0.5,也即得到：
[0043]
[0044] 方程組（14)由m+1個(gè)方程組成，共有m+1個(gè)變量，即《」〇 = 1，2，一，11)和1^通過(guò) Matlab編寫(xiě)牛頓迭代法求解該方程組，從而得到設(shè)計(jì)方案技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)；
[0045] 即得最優(yōu)權(quán)重系數(shù)ω;
[0046] 然后根據(jù)各方案的綜合評(píng)價(jià)值為：
[0047]
[0048] 將求解得到的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)ω代入式(15)，可得到各設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)值Vl;
[0049] 按照大小排列Vi，Vi值越大方案越優(yōu)，Vi最大值對(duì)應(yīng)的方案即為m個(gè)方案中最優(yōu)的 充填采煤液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
[0050] 上述技術(shù)方案中各參數(shù)具體定義如下：
[0051 ] m-參與評(píng)價(jià)的充填特性指標(biāo)數(shù);η-參與評(píng)價(jià)的方案數(shù)；i，j-計(jì)算過(guò)程中的計(jì)數(shù)符 號(hào)；ω^ωη-第1~η個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重；ω-最優(yōu)權(quán)重系數(shù);ε-平衡系數(shù);Vi-第i個(gè)設(shè)計(jì)方案 的綜合評(píng)價(jià)值。
[0052]有益效果，由于采用了上述方案，充填采煤液壓支架是固體充填采煤重要設(shè)備之 一，其充填特性是保證固體充填效果的重要因素。本發(fā)明在建立充填采煤液壓支架的充填 特性?xún)?nèi)涵基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用三維實(shí)體建模、動(dòng)態(tài)仿真、多指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣構(gòu)建以及多指標(biāo) 綜合評(píng)價(jià)的研究方法，實(shí)現(xiàn)了充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣性評(píng)價(jià)，建立了一種固體 充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)體系。為廣大從事充填采煤液壓支架優(yōu)化的科研工作者、 工程師等相關(guān)人員提供了一種科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，以及具體、科學(xué)、易行、全面、簡(jiǎn)單的支 架優(yōu)化方法，大大降低設(shè)計(jì)和研發(fā)時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0053]本發(fā)明具體按照如下步驟實(shí)現(xiàn):A、分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件;B、初選液壓支架架 型；C、確定基礎(chǔ)的初選方案;D、確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo);E、利用Pro/E、 Solidworks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真得到充填特性評(píng)價(jià)矩陣;E、多 指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。
[0054]所述A步驟的分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件，其中地質(zhì)條件包括煤層厚度、傾角和頂板 條件。
[0055] 所述B步驟的初選液壓支架架型，根據(jù)A步驟的地質(zhì)條件結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要 求，確定液壓支架架型，其中固體充填采煤液壓支架的架型包括:六柱正四連桿充填采煤液 壓支架、六柱反四連桿充填采煤液壓支架、四柱正四連桿充填采煤液壓支架、四柱反四連桿 充填采煤液壓支架。
[0056] 所述C步驟的確定基礎(chǔ)的初選方案，采用控制變量法，通過(guò)改變充填采煤液壓支架 的四連桿長(zhǎng)度、前后頂梁長(zhǎng)度、夯實(shí)機(jī)構(gòu)鉸接位置、前后頂梁鉸接位置等得到初選方案Pi。
[0057] 所述D步驟確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，充填采煤液壓支架評(píng)價(jià)指 標(biāo)包括:支護(hù)特性中的支護(hù)強(qiáng)度、前頂梁支護(hù)強(qiáng)度、后頂梁支護(hù)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)特性中的四連桿 受力特性、頂梁偏移距、立柱受力特性等，夯實(shí)特性中的夯實(shí)角度、落料間隙距、落料中心 距、夯實(shí)離頂距、夯實(shí)空頂距。
[0058] 所述E步驟按照如下步驟執(zhí)行：
[0059] a)根據(jù)步驟C確定的初選方案，采用Pr〇/E、S〇lidW〇rks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架 豐旲型；
[0060] b)利用上述軟件的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，布置測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)D步驟的充填采煤液壓支架 充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲得具體評(píng)價(jià)指標(biāo)值；
[0061 ] c)利用b)步驟中評(píng)價(jià)指標(biāo)值形成充填特性評(píng)價(jià)矩陣A。
[0062] 所述的步驟F中多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案按照如下步驟執(zhí)行：
[0063] a)為避免由于各充填特性指標(biāo)的質(zhì)各不相同，所表達(dá)含義及量綱無(wú)法直接進(jìn)行比 較，為避免量綱間的差異給評(píng)價(jià)帶來(lái)影響，對(duì)充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A進(jìn)行規(guī)范化處理，記 規(guī)范化后的矩陣為R= [rij]mXn;
[0064] b)根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定方案Pi對(duì)應(yīng)的權(quán)重約束范圍：
[0065]
[0066] c)構(gòu)建單目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重優(yōu)化具體模型如下：
[0067]
[0068] 利用MATLAB或者LINGO編寫(xiě)多目標(biāo)求解程序，得到方案Pi對(duì)應(yīng)的最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重：
[0069]
[0070] d)計(jì)算優(yōu)化權(quán)重的偏離度為：
[0071] 尸1
[0072] 為了使指標(biāo)權(quán)重最接近于真實(shí)權(quán)重，則應(yīng)使偏差盡可能小，建立如下規(guī)劃模型：
[0073]
[0074] e)為了消除充填特性指標(biāo)權(quán)重的不確定性，根據(jù)極大熵原理，確定的充填特性指 標(biāo)權(quán)重應(yīng)使信息熵取最大值，即：
[0075]
[0076] f)為了同時(shí)達(dá)到方案綜合評(píng)價(jià)值偏離度最小和指標(biāo)權(quán)重不確定性最小的目的，聯(lián) 立式(5)和式(6)，得：
[0077]
[0078] g)將上述多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，即：
[0079] I 戶(hù).1
[0080] 式中ε為平衡系數(shù)，其值的確定可根據(jù)具體情況給定；為求解該優(yōu)化模型，構(gòu)造 Lagrange函數(shù)，即：
[0081]
[0082] 根據(jù)該方程存在極值的必要條件，可得：
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 1-1 /-1
[0087] 代入充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A及ω=[ω⑴ω⑵…ωω]τ，得到Sj，tj;
[0088] 將代入（10)，（ 11)形成一個(gè)非線(xiàn)性方程組，即：
[0089]
[0090] 若取ε =0.5,也即得到：
[0091]
[0092] 方程組（14)由m+1個(gè)方程組成，共有m+1個(gè)變量，即《」〇 = 1，2，一，11)和1^通過(guò) Matlab編寫(xiě)牛頓迭代法求解該方程組，從而得到設(shè)計(jì)方案技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)； [0093]即得最優(yōu)權(quán)重系數(shù)ω;
[0094]然后根據(jù)各方案的綜合評(píng)價(jià)值為：
[0095]
[0096] 將求解得到的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)ω代入式(15)，可得到各設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)值Vl;
[0097] 按照大小排列Vi，Vi值越大方案越優(yōu)，Vi最大值對(duì)應(yīng)的方案即為m個(gè)方案中最優(yōu)的 充填采煤液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
[0098]上述技術(shù)方案中各參數(shù)具體定義如下：
[0099] m-參與評(píng)價(jià)的充填特性指標(biāo)數(shù);η-參與評(píng)價(jià)的方案數(shù)；i，j-計(jì)算過(guò)程中的計(jì)數(shù)符 號(hào)；ω^ωη-第1~η個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重；ω-最優(yōu)權(quán)重系數(shù);ε-平衡系數(shù);Vi-第i個(gè)設(shè)計(jì)方案 的綜合評(píng)價(jià)值。
[0100]下面對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。
[0101]實(shí)施例1: 一種充填采煤液壓支架評(píng)價(jià)體系，具體按如下步驟執(zhí)行:A、分析地質(zhì)資 料;B、初選液壓支架架型;C、確定基礎(chǔ)的初選方案;D、確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià) 指標(biāo);E、利用Pr〇/E、S 〇lidW〇rks或CATIA等三維軟件構(gòu)建骨架模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真得到充 填特性評(píng)價(jià)矩陣;F、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。
[0102] 1、步驟A:分析地質(zhì)資料
[0103] 翟鎮(zhèn)礦7203W工作面，垂深為517.1~565.8m，對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高+177.1~+181.2m，井 下標(biāo)高-340.0~-384.6m，平均走向長(zhǎng)286m;平均傾斜長(zhǎng)92.8m，工作面煤層厚度2.7m，煤層 平均傾角10.5°，可采儲(chǔ)量9.4萬(wàn)t。
[0104] 2、步驟B:初選液壓支架架型
[0105]根據(jù)以上地質(zhì)條件確定采用ZC5200/14.5/30型六柱正四連桿充填采煤液壓支架， 其基本參數(shù)見(jiàn)表1。
[0106] 表1ZC5200/14.5/30型充填采煤液壓支架參數(shù)表
[0107] Table IParameters of ZC5200/14.5/30backfill support
[0108]
[0109] 3、步驟C:確定基礎(chǔ)的初選方案
[0110] 為使支架的充填特性達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，結(jié)合實(shí)際支架型號(hào)，通過(guò)對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)、頂梁 長(zhǎng)度比、夯實(shí)機(jī)構(gòu)三個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，獲得包括基準(zhǔn)方案在內(nèi)的11種設(shè)計(jì)方案及各方 案具體優(yōu)化數(shù)據(jù)見(jiàn)表2,然后通過(guò)Pro/E軟件設(shè)計(jì)支架零件構(gòu)建對(duì)應(yīng)尺寸支架的骨架模型。
[0111] 表2結(jié)構(gòu)與尺寸優(yōu)化方案設(shè)計(jì)表
[0112]
[0113] 4、步驟D:確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)
[0114] 充填采煤液壓支架評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:支護(hù)特性中的支護(hù)強(qiáng)度、前頂梁支護(hù)強(qiáng)度、后頂 梁支護(hù)強(qiáng)度等，結(jié)構(gòu)特性中的四連桿受力特性、頂梁偏移距、立柱受力特性等，夯實(shí)特性中 的夯實(shí)角度、落料間隙距、落料中心距、夯實(shí)離頂距、夯實(shí)空頂距等。
[0115] 5、步驟E:采用Pro/E、Solidworks或CATIA等三維軟件構(gòu)建骨架模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 仿真得到充填特性評(píng)價(jià)矩陣
[0116] a)根據(jù)步驟C確定的初選方案，采用Pr〇/E、S〇lidW〇rks或CATIA等三維軟件構(gòu)建骨 架模型；
[0117] b)利用上述軟件的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，布置測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)D步驟的充填采煤液壓支架 充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲得具體評(píng)價(jià)指標(biāo)值，充填運(yùn)轉(zhuǎn)特性指標(biāo)數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表3
[0118] 表3各方案監(jiān)測(cè)指標(biāo)匯總表(支護(hù)高度2500mm)
[0119]
[0120] c)利用b)步驟中評(píng)價(jià)指標(biāo)值形成充填特性評(píng)價(jià)矩陣A。
[0121] 選取頂梁偏移距、頂梁長(zhǎng)度比等7個(gè)參與評(píng)價(jià)的充填運(yùn)轉(zhuǎn)特性指標(biāo)和11個(gè)設(shè)計(jì)方 案，構(gòu)成所有充填運(yùn)轉(zhuǎn)特性指標(biāo)值矩陣A =[aij] iix7如下：
[0123] D、少3來(lái)r、夕:r目仞日-νη；/Γ，爛疋取?兒方案
[0122]
[0124] a)為避免由于各充填特性指標(biāo)的質(zhì)各不相同，所表達(dá)含義及量綱無(wú)法直接進(jìn)行比 較，為避免量綱間的差異給評(píng)價(jià)帶來(lái)影響，對(duì)充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A進(jìn)行規(guī)范化處理，記 規(guī)范化后的矩陣為R= [rij]mXn
[0125]
[0126] b)根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定方案Pi對(duì)應(yīng)的權(quán)重約束范圍：
[0127]
[0128] c)構(gòu)建單目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重優(yōu)化具體模型如下：
[0129] V. >-
[0130] 利用MATLAB或者LINGO編寫(xiě)多目標(biāo)求解程序，得到方案Pi對(duì)應(yīng)的最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重：
[0131]
[0132] d)計(jì)算優(yōu)化權(quán)重的偏離度為：
[0133] · ^ w "
. 7=1
[0134] 為了使指標(biāo)權(quán)重最接近于真實(shí)權(quán)重，則應(yīng)使偏差盡可能小，建立如下規(guī)劃模型：
[0135]
[0136] e)為了消除充填特性指標(biāo)權(quán)重的不確定性，根據(jù)極大熵原理，確定的充填特性指 標(biāo)權(quán)重應(yīng)使信息熵取最大值，即：
[0137]
[0138] f)為了同時(shí)達(dá)到方案綜合評(píng)價(jià)值偏離度最小和指標(biāo)權(quán)重不確定性最小的目的，聯(lián) 立式(5)和式(6)，得：
[0139]
[0140] g)將上述多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，即：
[0141]
[0142] 式中ε為平衡系數(shù)，其值的確定可根據(jù)具體情況給定。為求解該優(yōu)化模型，構(gòu)造 Lagrange函數(shù)，即：
[0143]
i=i 戶(hù)1 - J Μ Μ[0144] 枏據(jù)該方稈存在極倌的必要條件，可得：
[0145]
[0146]
[0147]
[0148]
[0149] 代入充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣Α及ω=[ω⑴ω⑵…ωω]τ，得到Sj， tj
[0150] si = 2.064；S2 = 3.743；S3 = 3.773；
[0151] S4=3.848；S5 = 3.591；S6 = 3.219；
[0152] S7 = 3·183;ti = 0·608;t2 = 1·099;。
[0153] t3 = 0.377 ； t4= 1.426 ； t5 = 0.559 ；
[0154] te = 0.820；t7 = 0.354.
[0155] 將代入（10)，（ 11)形成一個(gè)非線(xiàn)性方程組，即：
[0156]
[0157] 若取ε=0.5,也即得到：
[0158]
[0159] 方程組（14)由m+1個(gè)方程組成，共有m+1個(gè)變量，即《」〇 = 1，2，一，11)和1^。通過(guò) Matlab編寫(xiě)牛頓迭代法等求解該方程組，從而得到設(shè)計(jì)方案技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)的最優(yōu)權(quán)重系 數(shù)。
[0160] 即得最優(yōu)權(quán)重系數(shù) ω =[0.004 0.333 0.016 0.364 0.057 0.194 0.028]
[0161 ]然后根據(jù)各方案的綜合評(píng)價(jià)值為：
[0162]
[0163] 分別帶入方程組（14)得到：
[0164] vo = 0.495 vi = 0.503 V2 = 0.490
[0165] V3 = 0.544 V4 = 0.463 V5 = 0.392
[0166] V6 = 0.604 V7 = 0.518 vs = 0.481
[0167] vg = 0.264 vio = 0.728
[0168] 由于 ￥1。>￥6>￥3>￥7>￥1>￥。>￥2>￥8>￥4>￥5>丫9，從而確定方案10#為最優(yōu)設(shè)計(jì) 方案，進(jìn)而得到充填采煤液壓支架充填運(yùn)轉(zhuǎn)特性?xún)?yōu)化對(duì)比見(jiàn)表4
[0169] 表4充填采煤液壓支架充填運(yùn)轉(zhuǎn)特性?xún)?yōu)化對(duì)比表
[0170]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征是：該評(píng)價(jià)方法按照如下步驟實(shí) 現(xiàn):A、分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件;B、初選液壓支架架型;C、確定基礎(chǔ)的初選方案;D、確定充 填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo);E、利用Pr 〇/E、S〇lidW〇rks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架 模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真得到充填特性評(píng)價(jià)矩陣;F、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述 A步驟的分析地質(zhì)資料及地質(zhì)條件，其中地質(zhì)條件包括煤層厚度、傾角和頂板條件。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述 B步驟的初選液壓支架架型，根據(jù)A步驟的地質(zhì)條件結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，確定液壓支 架架型，其中固體充填采煤液壓支架的架型包括:六柱正四連桿充填采煤液壓支架、六柱反 四連桿充填采煤液壓支架、四柱正四連桿充填采煤液壓支架、四柱反四連桿充填采煤液壓 支架。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述 C步驟的確定基礎(chǔ)的初選方案，采用控制變量法，通過(guò)改變充填采煤液壓支架的四連桿長(zhǎng) 度、前后頂梁長(zhǎng)度、夯實(shí)機(jī)構(gòu)鉸接位置、前后頂梁鉸接位置等得到初選方案Pi。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述 D步驟確定充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，充填采煤液壓支架評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:支護(hù)特 性中的支護(hù)強(qiáng)度、前頂梁支護(hù)強(qiáng)度、后頂梁支護(hù)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)特性中的四連桿受力特性、頂梁 偏移距、立柱受力特性等，夯實(shí)特性中的夯實(shí)角度、落料間隙距、落料中心距、夯實(shí)離頂距、 夯實(shí)空頂距。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述 E步驟按照如下步驟執(zhí)行： a) 根據(jù)步驟C確定的初選方案，采用Pr〇/E、S〇lidW〇rks或CATIA三維軟件構(gòu)建骨架模 型； b) 利用上述軟件的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，布置測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)D步驟的充填采煤液壓支架充填 特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲得具體評(píng)價(jià)指標(biāo)值； c) 利用b)步驟中評(píng)價(jià)指標(biāo)值形成充填特性評(píng)價(jià)矩陣A。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填采煤液壓支架充填特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述 的步驟F中多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案按照如下步驟執(zhí)行： a) 為避免由于各充填特性指標(biāo)的質(zhì)各不相同，所表達(dá)含義及量綱無(wú)法直接進(jìn)行比較， 為避免量綱間的差異給評(píng)價(jià)帶來(lái)影響，對(duì)充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A進(jìn)行規(guī)范化處理，記規(guī)范 化后的矩陣為R=[rij]mXn; b) 根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定方案Pi對(duì)應(yīng)的權(quán)重約束范圍：C)構(gòu)建單目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重優(yōu)化具體模型如下：利用MATLAB或者LINGO編寫(xiě)多目標(biāo)求解程序，得到方案Pi對(duì)應(yīng)的最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重：d) 計(jì)算優(yōu)化權(quán)重的偏離度為：為了使指標(biāo)權(quán)重最接近于真實(shí)權(quán)重，則應(yīng)使偏差盡可能小，建立如下規(guī)劃模型： I )=1e) 為了消除充填特性指標(biāo)權(quán)重的不確定性，根據(jù)極大熵原理，確定的充填特性指標(biāo)權(quán) 重應(yīng)使信息熵取最大值，即： ~ -f) 為了同時(shí)達(dá)到方案綜合評(píng)價(jià)值偏離度最小和指標(biāo)權(quán)重不確定性最小的目的，聯(lián)立式 (5)和式(6)，得：g)將上述多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，即：式中ε為平衡系數(shù)，其值的確定可根據(jù)具體情況給定；為求解該優(yōu)化模型，構(gòu)造 Lagrange函數(shù)，即：根據(jù)該方程存在極值的必要條件，可得： 令：/=1 i=i 代入充填特性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣A及ω=[ω⑴ω⑵…ωω]τ，得到Sj，tj; 將以，t」代入(10)，（ 11)形成一個(gè)非線(xiàn)性方程組，即：若取ε = 0.5,也即得到：方程組（14)由m+1個(gè)方程組成，共有m+1個(gè)變量，即ω」（j = 1，2，…，η)和k;通過(guò)Mat 1 ab編 寫(xiě)牛頓迭代法求解該方程組，從而得到設(shè)計(jì)方案技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)； 即得最優(yōu)權(quán)重系數(shù)ω; 然后根據(jù)各方案的綜合評(píng)價(jià)值為：將求解得到的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)ω代入式(15)，可得到各設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)值Vl; 按照大小排列Vi，Vi值越大方案越優(yōu)，Vi最大值對(duì)應(yīng)的方案即為m個(gè)方案中最優(yōu)的充填 采煤液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
【文檔編號(hào)】E21D15/44GK105863688SQ201610413986
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】張強(qiáng), 張吉雄, 邰陽(yáng), 閆浩, 喬明
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)