基于多变量混沌时间序列的冲击地压预测

考虑到冲击地压的混沌特征及其监测数据含噪且长度有限,基于多变量时间序列重构和GRNN模型来预测冲击地压监测变量。给出了多变量时间序列相空间重构理论和GRNN混沌预测原理,并提出采用遗传算法同时确定最佳重构参数和GRNN的光滑因子以保证预测精度。在Matlab2010a仿真环境下,将本文方法用于Lorenz系统以验证对含噪且长度有限的混沌序列的适用性,最后对微震能量和电磁辐射两类数据进行预测研究。结果表明：即使历史数据有限,多变量混沌序列预测方法也能提前预测出多个监测变量,从而实现冲击地压预报。     

基于多变量监测时序的冲击地压复杂性分析

论文基于多变量时间序列相空间重构来计算数据的关联维数,以研究冲击地压监测数据的复杂程度。考虑到冲击地压监测数据含有噪声而且长度有限,对传统G-P算法进行了扩展改进,给出了改进算法求解多变量时间序列的关联维数的原理,并用于Lorenz混沌系统检验了改进算法的有效性。收集了不同冲击情况下多种监测类型的冲击地压时间序列数据,用改进G-P算法求解这些监测数据的关联维数值。研究结果表明:冲击地压监测数据具有混沌特性,而且数据关联维数越大,复杂程度越高,对应矿井的冲击破坏性越强。这为基于混沌理论预测冲击危险性提供了新方法和依据。     

矿区地下水位的混沌时间序列局域法预测

矿区地下水系统是一个非线性演化系统,地下水位的变化也是一个不可积的过程,随着采矿的进行,其演化过程会通过一定的轨道进入混沌状态。对杨庄煤矿1号奥灰水位的水文地质长观孔观测时间序列数据进行了分析,根据Pacard和Takens提出的相空间重构技术,首先采用自相关函数法计算其时间延迟,并计算其最佳嵌入维数,然后利用Wolf提出的方法,从单变量中提取出了最大Lyapunov指数,由计算结果得出时间序列具有混沌特性。在此基础上,采用混沌时间序列的局域法对水位做了6步预测,结果表明,混沌时间序列方法对混沌序列的预测具有较高的精度。     

古城煤矿冲击地压与微震活动关系探讨

基于微震监测结果,从微震事件空间分布特征及时间分布特征两个方面,探讨了古城煤矿冲击地压发生规律及微震活动与冲击地压关系,表明冲击地压多受工作面超前支撑压力、构造应力等应力影响;微震活动的频次与能量具有较好的相关性,其变化往往预示着冲击危险性的变化。     

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明：采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数Fsum采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有良好对应关系;Fsum在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率...     

微震预警冲击地压的时间序列方法

基于工作面微震事件释能规律的统计分析,研究了微震能量随时间推移而变化的趋势,认为高能量微震事件是冲击地压发生的必要条件。以大同忻州窑煤矿为例,采用时间序列模型中的ARIMA季节性模型和门限自回归模型分别对未来微震事件释放能量进行预测,比较了两种方法的优缺点及适用条件;构建了微震能量方差变化的特征函数,基于此特征函数提出了冲击危险模式的识别方法。研究表明：周期性较为明显的高能量微震事件,ARIMA季节性模型能有效地预测未来微震释能趋势,而门限自回归模型适用于预测高能微震周期性非显著的释能趋势;微震能量方差变化特征函数判别准则能够对冲击地压进行有效预警。     

基于隶属度分析的回采面冲击地压微震能量阈值判定

针对老虎台矿83002综放工作面冲击地压频繁发生的实际情况,利用ARAMIS M/E微震系统进行长期监测,并在此基础上建立了基于隶属度分析的回采面冲击地压能量预测模型。研究结果表明:83002综放工作面微震事件满足能量-频次原则,冲击地压受地应力、上覆采空区和地质构造等多重因素的影响,具有一定的模糊性,而利用"四率法"推导出的合理微震能量判定阈值为3.01×10~5J。研究成果为充分发掘微震信息,提高冲击地压预测预警的准确率提供了技术支持和理论指导。     

微震监测系统监测精度与可靠性分析

介绍了波兰ARAMIS M／E微震监测系统在华丰煤矿冲击地压防治中的应用,通过矿震事件具体定位和定点放炮,分析了微震监测系统监测精度与可靠性。应用结果表明：该系统在三维空间定位精度高,平面定位误差小于20m,垂直定位误差小于15m,符合系统定位要求。系统能通过监测数据对采煤工作面冲击地压危险程度进行评估,评价出工作面每天的冲击地压危险程度,为矿井进行冲击地压预测预报提供科学依据。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

基于最大Lyapunov指数的冲击地压预测模型

冲击地压的拟合预测方法是对监测数据在未来一定时期的变化和走势规律进行预测，传统的数理统计预测模型把冲击地压监测序列认为是由于外在随机因素引起的，而冲击地压观测时序大多是一个貌似随机的非线性混沌序列，随机过程理论并不完全适合冲击地压时序的预测．最大Lyapunov指数作为量化动力系统对初始轨道的指数发散和估计系统的混沌量，是系统的一个很好的预报参数，本文在对观测序列相空间重构的基础上，基于最大Lyapunov指数对冲击地压工作面观测时序建立了预测模型，并与传统的数理统计预测方法进行了对比分析．通过对冲击危险区域的电磁辐射日平均值序列及顶板下沉速度序列等实例的预测运算和分析，得到冲击地压的最大Lyapunov指数预测模型达到了较高的预测精度，是完全可行的．     

不同尺度电磁辐射时间序列的混沌特征初步分析

基于混沌理论,研究了不同尺度煤岩电磁辐射时间序列的混沌特征.研究结果表明:小尺度煤岩电磁辐射脉冲数序列和现场煤岩电磁辐射时间序列的关联维数均收敛于稳定的饱和值,具有混沌特性;有冲击危险时,电磁辐射时序的饱和关联维D₂数值较大,变化剧烈;无冲击危险时,电磁辐射时序的饱和关联维数D₂数值较小,变化平缓.电磁辐射时序饱和关联维数的变化,可用于监测预报煤岩动力灾害.     

深井厚煤层冲击地压综合预警技术研究

针对大采深厚煤层条件下冲击地压的监测预报难题,以千秋煤矿为例,提出了基于电磁辐射和微震的冲击地压综合监测预警方案,并对冲击事件前微震反常的原因进行了初步探讨。发现冲击地压发生前电磁强度基本呈逐渐上升趋势;微震频次和日总能量在冲击发生前逐渐减小,在冲击发生时频次和日总能量达到峰值;认为冲击事件前微震反常现象是煤岩体应力转移和塑性变形所致。综合利用电磁辐射和微震的这种特征规律可显著提高大采深厚煤层矿井的冲击地压预警准确率。     

冬瓜山矿山地震活动的时间分布规律研究

矿山地震是由于人工开采活动引起的地震,有关岩爆倾向的硬岩金属矿山方面的矿震研究却很少.以冬瓜山微震监测数据为基础,分别从矿震事件数、震级大小以及定量地震参数时间分布进行了研究,得出了矿震的每时、每天分布特征、震级大小以及累积体积和累积矿震能量的时间分布特征,为金属矿矿震监测和控制提供了参考.     

冲击地压灾害的监测及治理措施

煤矿冲击地压可采用微震法、电磁辐射法和钻屑法相结合的方法进行危险性监测,可以提高监测效率及准确性;当监测到有冲击危险性时,可采用钻孔卸压和爆破卸压两种方法进行冲击危险的治理,这样可以充分发挥两者的优势。     

矿井微震Z值同应力和声发射的耦合关系

华亭煤业砚北煤矿由于采深较大,冲击矿压发生的频率很高。近年来开始使用SOS微震监测系统、CRMS应力在线监测系统以及声发射系统对冲击矿压进行监测和预报。通过分析砚北矿250204工作面微震活动、应力以及声发射的原始记录数据,研究了开采过程中几次典型冲击下三者之间的耦合关系,进而根据三者数据之间的曲线图趋势,提出了几种可行的耦合模式。特别是使用了微震分析指标Z-MAP统计值作为一个参量来进行分析,更加直观地反映了微震发生的概率大小,同应力和声发射数据有着很好的对应关系,从而为砚北煤矿的矿压观测提供了更好的理论依据。     

大型深埋硬岩矿床岩爆监测系统方案研究

根据冬瓜山矿床地质构造特征和深井开采条件，总结出开拓井巷岩爆发生的位置特征，采用数值计算方法预测了采场围岩岩爆危险区。指出该矿床岩层构造和岩性分布简单、原岩应力场较均匀、采掘工程引起的岩爆范围大、位置分散。提出了以微震监测系统和短周期地震波监测系统为主，以电阻率监测、电磁波监测和现场施工观察为辅的岩爆监测系统方案。     

三山岛金矿微震监测及岩爆倾向性分析

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在岩爆诱发的矿柱失稳的危险,为保证深部开采生产安全,需要进行岩爆监测和预警。针对矿区特有的地质、生产条件,布置适合监测矿山深部安全开采的微震监测系统,得到大量监测数据。基于监测结果的系统分析,研究了深部岩爆预警技术思路和岩爆危险区域的预报方法。结果分析表明,通过运用微震监测系统,能够达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现深部开采的安全监测和岩爆预警。     

基于非线性混沌理论的岩爆预测方法分析

为了提高岩爆预测的准确性,作者分析了非线性理论在岩爆研究中的应用,发现岩爆围岩系统发展具有混沌特性。因此,提出了应用非线性混沌理论对岩爆监测数据进行重构,并分析混沌吸引子的平衡,以建立岩爆预测模型的研究思路,以期进一步提高岩爆预测的准确性。