[发明专利]一种充填采煤液压支架充填特性评价方法

摘要

一种充填采煤液压支架充填特性评价方法，属于固体充填采煤评价体系。本发明具体按照如下步骤实现：A、分析地质资料及地质条件；B、初选液压支架架型；C、确定基础的初选方案；D、确定充填采煤液压支架充填特性评价指标；E、利用Pro/E、Solidworks或CATIA三维软件构建骨架模型，并进行运动仿真得到充填特性评价矩阵；F、多指标综合评价，确定最优方案。充填采煤液压支架是固体充填采煤重要设备之一，利用计算机技术通过控制变量法确定优化初始方案，并采用层次分析法确定其最优方案，为广大从事充填采煤液压支架优化的科研工作者、工程师等相关人员提供了一种科学合理的评价体系，及具体、易行、全面、简单的支架优化方法，大大降低设计和研发时间。

主权项

1.一种充填液压支架充填特性评价体系，其特征是：该评价体系按照如下步骤实现：A、分析地质资料及地质条件；B、初选液压支架架型；C、确定基础的初选方案；D、确定充填液压支架充填特性评价指标；E、利用Pro/E、Solidworks或CATIA三维软件构建骨架模型，并进行运动仿真得到充填特性评价矩阵；F、多指标综合评价，确定最优方案；所述A步骤的分析地质资料及地质条件，其中地质条件包括煤层厚度、倾角和顶板条件；所述B步骤的初选液压支架架型，根据A步骤的地质条件结合相关标准和规范要求，确定液压支架架型，其中固体充填液压支架的架型包括：六柱正四连杆充填液压支架、六柱反四连杆充填液压支架、四柱正四连杆充填液压支架、四柱反四连杆充填液压支架；所述C步骤的确定基础的初选方案，采用控制变量法，通过改变充填液压支架的四连杆长度、前后顶梁长度、夯实机构铰接位置、前后顶梁铰接位置得到初选方案Pi；所述D步骤确定充填液压支架充填特性评价指标，充填液压支架评价指标包括：支护特性中的支护强度、前顶梁支护强度、后顶梁支护强度，结构特性中的四连杆受力特性、顶梁偏移距、立柱受力特性，夯实特性中的夯实角度、落料间隙距、落料中心距、夯实离顶距、夯实空顶距；所述E步骤按照如下步骤执行：a)根据步骤C确定的初选方案，采用Pro/E、Solidworks或CATIA三维软件构建骨架模型；b)利用上述软件的运动仿真模块，布置测点分别监测D步骤的充填液压支架充填特性评价指标，获得具体评价指标值；c)利用b)步骤中评价指标值形成充填特性评价矩阵A；所述的步骤F中多指标综合评价，确定最优方案按照如下步骤执行：a)为避免由于各充填特性指标的质各不相同，所表达含义及量纲无法直接进行比较，为避免量纲间的差异给评价带来影响，对充填特性指标评价矩阵A进行规范化处理，记规范化后的矩阵为R＝[rij]m×n；b)根据工程实践经验，设定方案Pi对应的权重约束范围：c)构建单目标优化模型进行指标权重优化具体模型如下：利用MATLAB或者LINGO编写多目标求解程序，得到方案Pi对应的最优指标权重：d)计算优化权重的偏离度为：为了使指标权重最接近于真实权重，则应使偏差尽可能小，建立如下规划模型：e)为了消除充填特性指标权重的不确定性，根据极大熵原理，确定的充填特性指标权重应使信息熵取最大值，即：f)为了同时达到方案综合评价值偏离度最小和指标权重不确定性最小的目的，联立式(5)和式(6)，得：g)将上述多目标优化问题，可以转化为单目标优化问题，即：式中ε为平衡系数，其值的确定可根据具体情况给定；为求解该优化模型，构造Lagrange函数，即：根据该方程存在极值的必要条件，可得：令：代入充填特性指标评价矩阵A及ω＝[ω(1) ω(2) … ω(m)]T，得到sj，tj；将sj，tj代入(10)，(11)形成一个非线性方程组，即：若取ε＝0.5，也即得到：方程组(14)由m+1个方程组成，共有m+1个变量，即ωj(j＝1，2，…，n)和k；通过Matlab编写牛顿迭代法求解该方程组，从而得到设计方案技术指标评价的最优权重系数；即得最优权重系数ω；然后根据各方案的综合评价值为：将求解得到的最优权重系数ω代入式(15)，可得到各设计方案的综合评价值vi；按照大小排列vi，vi值越大方案越优，vi最大值对应的方案即为m个方案中最优的充填采煤液压支架优化设计方案；其中，r‑规范化后矩阵中的元素；i、j‑计算过程中的计数符号，为数学中常见的用法，例如rij表示矩阵R中第i个方案中第j个指标；m‑参与评价的充填特性指标数；n‑参与评价的方案数；a、b‑分别为指标权向量ω变化范围的最小值和最大值；aj和bj，与前面的a和b相对应，分别表示第j个指标权重的最大值和最小值；Hω‑充填特性指标权重的信息熵；L‑拉格朗日函数的表示符号，为常见用法；k‑应用拉格朗日乘数法求解中设置的参数。