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。     

基于微震时间序列的冲击地压混沌特性分析

冲击地压破坏是一非线性动力学过程,因此基于微震时间序列,采用定性和定量方法深入系统的分析其混沌特性,为冲击地压的混沌预测打下基础。简单介绍了微震监测的基本原理和冲击地压的混沌特征显现。在MATLABR2009b环境下,以微震累计能量时间序列为例,应用功率谱方法确定其具有非周期性;采用主成分分析将其与噪声信号区别开来;计算出其最大Lya-punov指数>0,判定系统具有混沌特性;计算出的关联维数描述了系统的混沌程度。     

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.     

基于混沌与分形理论的电机故障诊断方法

通过对鼠笼式异步电机故障电流信号的研究,提出了一种基于混沌以及分形理论的电机故障诊断方法。用互信息量确定了信号时间序列相空间重构的最佳延时,并对关联维数、分形维数进行了分析和计算,探讨了故障和正常状态下信号的混沌及分形特性。根据电机定子电流在不同工作情况下的分形维数和关联维数,便可确定电机故障的类型。     

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．     

基于灰色理论的采动围岩变形混沌时序预测

为实现地下矿山岩体开挖后的变形预测,及时评价围岩稳定性。本文基于监测围岩变形的时间序列,采用G-P算法确定了时间序列重构相空间的最佳嵌入维数和时间延迟,通过对时间序列的相空间重构,分析了其最邻近相点的动态演化规律,并结合灰色预测理论对围岩变形时间序列进行了预测。结果表明,围岩变形时间序列的最佳嵌入维数和时间延迟均为3,最邻近相点平均距离越大,围岩变形的混沌特征越明显,其内在动力系统越复杂,采用灰色理论可以实现对采动围岩变形量的短期精确预测,基于最邻近相点和变形预测结果,可以对围岩稳定状态进行识别,为地下矿山开采过程中围岩稳定性评价提供新的思路。     

工作面多变量瓦斯体积分数时间序列预测模型

为了有效分析煤矿瓦斯监测数据以实现较准确的工作面瓦斯体积分数预测,基于贝叶斯网络方法、混沌相空间重构技术与高斯过程回归模型,研究了瓦斯体积分数时间序列分析与预测的方法.应用贝叶斯网络方法提取与工作面瓦斯体积分数时间序列有较强关联特征的样本数据集,构建了多变量瓦斯体积分数时间序列预测模型;采用混沌相空间重构技术来实现多变量瓦斯体积分数时间序列样本空间重构;应用高斯过程回归模型进行工作面多变量瓦斯体积分数预测,以预测值及其置信区间来表达对工作面未来瓦斯体积分数动态变化的预测.实例分析表明:应用该方法得到的预测结果,其预测精度较单变量瓦斯体积分数时间序列预测有较大提升,并且预测区间在相同置信水平下达到了最优,能够较好的反映工作面瓦斯体积分数的动态变化状况.     

非线性时间序列神经网络预测方法的研究及应用

岩土边坡时间序列数据蕴含着边坡系统演化的信息,边坡系统在演化过程中既表现出确定性、必然性的一面,同时又具有随机性、混沌性、无序性的一面。利用人工神经网络,提出了多变量前向网络的多准则学习算法;通过一维时序的扩充和延拓,计算相空间吸引子维数,根据吸引子维数的大小确定神经网络拓扑结构的输入层节点的个数。最后,根据实例,建立了时间序列预报模型,并与传统的预测方法（灰色模型）作了比较。     

冲击切削破岩的混沌动力学特性

运用MATLAB软件对切削力时间序列反演计算,研究分析了破岩过程的混沌动力学系统和行为。其结果表明,在切削破岩中,关联维数可以识别不同冲击能下切削破碎岩相对应的破碎强度奇怪吸引子,为冲击能的有效发挥提供了新的判别依据。     

瓦斯异常涌出混沌时间序列预测模型的建立

运用混沌理论对平煤十矿的实际瓦斯涌出数据进行了分析处理,采用基于关联积分的C-C方法确定了重构空间的时间延迟和嵌入维数,并对时间序列数据进行相空间重构,利用最小数据量法确定了时间序列的最大Lyapunov指数;运用混沌理论加权一阶局域预测方法,建立了混沌时间序列瓦斯异常涌出预测模型;并利用平煤十矿己15-24080掘进工作面31d的瓦斯实际浓度数据对该模型进行了预测效果检验。结果表明:时间序列的最大Lyapunov指数大于零,证明了时间序列数据具有混沌特征;模型中瓦斯异常涌出的预测发生时间和实际发生时间比较吻合,预测精度达93%。预测模型的可靠性为制定煤矿瓦斯防治措施和采取安全防护措施提供了理论依据。     

电力系统故障状态下微弱信号检测方法研究

为了提高电力系统稳定运行的可靠性,针对基于电力系统故障状态下微弱信号检测的方法展开了一系列研究,提出了基于Duffing混沌振子模型的微弱信号检测策略。利用系统存在噪声影响时观测微弱信号的变化规律,建立一种基于Duffing混沌振子的微弱信号检测模型,并在系统出现故障时对系统内所出现的微弱信号变化进行观测,包括时域波形以及相平面轨迹,还构造混沌检测模型对策动力幅值进行仿真计算。其仿真结果得到:在系统中存在白噪声或微弱正弦信号情况下,混沌运行轨迹以及大尺度周期运行轨迹仍保持着一定规律,进而能够得到待检测的微弱信号的变化情况;当系统内出现强噪声的情况下,此检测模型仍可以准确观测到微弱信号,有效屏蔽了噪声对信号的影响。结果表明,该方法能够有效适应不同环境且不受噪声影响,提高了检测的效率和准确率,对保障电力系统稳定运行有重要意义。     

宽沟煤矿坚硬厚层顶板下冲击地压危险时期的微震特征及解危措施

针对某矿坚硬厚层顶板条件下采煤工作面发生的冲击地压灾害,分析了灾害发生的原因并提出了防治原则。采用数值模拟和物探方法确定了工作面在3面采空条件下的冲击地压危险时期和危险区域。冲击地压危险时期的微震监测结果表明：围岩破坏高度比非危险时期显著增大,围岩震动呈现出高能量和低频次的特征,工作面推进度宜控制在3.2 m/d以内。在冲击地压危险时期采取了工作面架间切顶爆破的措施,经电磁辐射和微震监测检验,有效降低了工作面前方煤体应力,取得了较好的解危效果,保证了工作面在冲击地压危险时期的安全。     

煤岩破裂过程电荷信号时-频域特性及降噪研究

为了拓展电荷信号综合分析手段,进一步提高电荷感应方法的煤岩体冲击地压预测准确性,将室内物理试验和理论分析相结合开展煤岩受载破坏电荷信号监测试验,基于煤岩破裂电荷信号产生机制和傅里叶变换方法获得了不同受载阶段电荷信号时-频域特征及其变化规律,并设计数字滤波器进行电荷信号降噪处理。研究结果表明:电荷时-频域信号幅值与煤岩受载变化具有良好的一致性;非接触式感应电荷信号监测装置工频白噪信号组成频率较固定,白噪时-频域信号幅值随采样频率升高明显提高;煤岩受载过程中时域信号特点为弹性后期小幅值振发型,强化损伤阶段高幅值振发型,峰后破坏阶段高幅值连续型;频域变换得出电荷信号为主频率范围1~100 Hz的甚低频率信号,且该范围内的频域信号幅值随时域信号幅值升高而显著增加,此试验结果是区别电荷信号与高频率电磁辐射信号的主要标志,基于研究结果设计了数字低通滤波器,较好的剔除了工频白噪信号同时又不失真的保留了有益信号;基于电荷信号的时-频域特性可将工频干扰信号与有益信号区分有效提高信号监测准确性,达到预测预警冲击地压发生的目的。     

边坡变形监测数据小波去噪研究

变形监测中获得的观测资料不可避免地存在着噪声,如何从受噪声干扰的数据序列中提取特征信息,提高变形监测的精度是变形监测系统所涉及的关键技术之一。利用小波方法对边坡监测的数据进行去噪研究,着重研究了降噪方法(算法)、小波基函数以及阈值等的影响。硬阈值比软阈值处理后的信号更加粗糙,软阈效果好于硬阈,阈值和小波基函数都有重要影响。采用强制去噪后的效果很明显,重构层数选取对滤波效果有重要影响。     

基于应力监测的工作面支承压力分布规律探讨

采用KJ550煤矿冲击地压监测系统,监测跃进煤矿25110工作面煤体应力状态,判断25110工作面运输巷的冲击危险性。根据KJ550监测煤体内应力变化规律,结合覆岩断裂分析得知,工作面超前支承压力呈现多峰值和多低谷形态,经井下现场钻孔实测证实了KJ550煤矿冲击地压监测系统的准确性。     

冲击地压发生的影响因素与微震监测可视化研究

济宁三号煤矿深部开采深度超过600 m时，开始出现了冲击地压事故，并且随着开采深度的持续增加，这种灾害越来越严重，往往导致重大的人员伤亡和财产损失。“煤—围岩”系统构造的复杂性、地质构造的不确定性等因素，使得冲击地压发生机理十分复杂、影响因素颇多。根据该矿的地质条件，系统研究了地质构造诱发冲击地压的机理，分析了“断层蠕动”效应及褶皱受力状态，认为煤层的开采深度对冲击地压的发生起主导影响；同时，也分析了最大主应力及工作面回采时次生应力的变化情况，为冲击地压重点区域的监测提供数据支持。利用微震监测系统与Surfer软件对冲击地压的重点发生区域进行预测，预测结果能清晰地阐述该矿冲击地压的发生规律，为冲击地压灾害的防治提供了依据和理论指导。     

KDZD型冲击地压声发射信号监测系统及应用

KDZD型冲击地压声发射信号监测系统是基于冲击地压发生机理及冲击地压监测技术研发的一种本安型煤矿井下冲击地压监测系统。系统主要由声发射信号监测仪、矿用连续信号记录主机、无线数据信号采集仪、无线数据通信适配器和计算机数据分析软件五部分组成,具有本质安全性、体积小、使用方便、抗干扰能力强等特点,适用于短期试验性研究及长期守候式冲击地压监测工作。