煤与瓦斯突出协同预测技术研究及应用

针对现有煤与瓦斯突出预测技术难以实现时间和空间领域的全方位连续预测、防突预测结果利用率低、预测信息发布滞后等问题,提出了一套适用于现代化高产高效矿井的多因素、全方位、时空连续型的煤与瓦斯突出协同预测技术体系.按照煤与瓦斯突出形成的时空维度,将煤与瓦斯突出危险性预测划分为以空间维度为主的区域突出危险性预测和以时间维度为主的局部突出危险性预测.通过对地质构造、煤层埋深、煤体煤质、软煤分布、钻屑指标、瓦斯涌出初速度等区域、局部防突预测数据的深度挖掘分析,得到区域、局部突出危险性预测结果,并按照一定规则进行有效融合,实现时间和空间范围内的连续监测预警.研发了配套的防突信息综合管控平台和WTC-1型瓦斯突出数据采集仪,为煤与瓦斯突出协同预测技术的实现提供了软硬件支撑.现场应用结果表明,该技术预测准确率超过90%,防突预测结果单次审批时间缩短为原来的22.5%,防突信息综合管控平台多次超前捕捉到了煤与瓦斯突出危险,提高了矿井防突信息利用效率.     

基于多Agent信息融合的煤与瓦斯突出预测

针对现有煤与瓦斯突出预测方法存在的不足,考虑检测到的影响煤与瓦斯突出的多种因素数据,建立了煤与瓦斯突出预测的多Agent信息融合模型,实现对煤与瓦斯突出的快速、准确和动态预测。利用基于均值的分批估计融合算法对煤与瓦斯突出指标的多传感器数据进行处理以获取更为准确、可靠的数据以提高预测准确性,应用D-S证据理论解决煤与瓦斯突出预测过程中的不确定性和不精确性问题。通过实例对提出方法进行验证,结果表明所提出的方法预测准确性高,是一种有效的煤与瓦斯突出预测方法。     

煤与瓦斯突出综合预警系统应用

针对常规的煤与瓦斯突出预测技术采用单一预测指标不能综合考虑突出危险影响因素的问题,设计了煤与瓦斯突出综合预警系统,给出了系统的结构及其功能,并以龙山煤矿为例介绍了系统的应用流程。实际应用结果表明,该系统能有效探测危险区域,实现了煤与瓦斯突出预警。     

煤与瓦斯突出联网系统的应用研究

介绍了煤与瓦斯突出联网系统的总体结构和联网数据的形成。该系统通过分析和计算各矿井的煤质结构、地压活动范围和瓦斯倍率的密切关系,得出判断煤与瓦斯突出事故的综合分析指标,以预测与防治事故的发生。实际应用表明,该系统实现了对煤与瓦斯突出的预测功能。     

改进BP神经网络的煤与瓦斯突出预测

研究煤与瓦斯突出预测问题,煤与瓦斯突出是一种非常复杂的地质灾害,受到瓦斯、地应力、煤物理力学性质等多种因素影响,存在复杂的非线性系统问题,引起预测准确性差。传统BP神经网络存在收敛速度慢、易陷入局极小等缺陷。为了有效提高煤与瓦斯突出的预测精度,提出一种改进BP神经网络的煤与瓦斯突出预测算法。首先采用附加动量调整网络的权值,加快网络收敛速度,然后自适应调整网络学习速度,减少迭代次数,最后对煤矿的煤与瓦斯突出进行仿真,相对于传统BP神经网络,不仅有效地减少了迭代次数,加快了学习速度,而且提高了预测精度,为煤矿灾害的准确预测提供了依据。     

煤与瓦斯突出预测的随机森林模型

煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中主要的动力灾害之一,针对煤与瓦斯突出等级预测问题,提高突出预测的准确率,选取最大主应力、瓦斯压力、瓦斯含量、顶板岩性、距断裂距离、煤层厚度、开采垂深、绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量9个影响因素作为煤与瓦斯突出等级预测的评价指标,同时对相关程度较高的评价指标进行因子分析,提取公共因子,用随机森林算法进行训练预测,建立了基于因子分析的煤与瓦斯突出预测的随机森林模型。通过煤矿实测19组煤与瓦斯突出的数据作为训练样本数据集进行模型的训练,5组数据作为该预测模型的测试数据,进行煤与瓦斯突出预测,同时通过其他预测模型预测结果的对比,验证了随机森林算法在煤与瓦斯突出预测中具有较高的准确度。     

基于PCA与权重贝叶斯的工作面煤与瓦斯突出预测

为实现对工作面煤与瓦斯突出快速、准确和动态的预测,提出一种基于主成分分析和权重贝叶斯的工作面煤与瓦斯突出预测方法,通过建立工作面煤与瓦斯突出预测的权重贝叶斯模型进行突出危险性等级预测。利用主成分分析确定预测模型中分类变量权重以提高预测准确性。在此基础上,设计基于相似度的训练样本数据更新方式实现对突出预测模型的有效重构。实验结果表明,与朴素贝叶斯模型和权重贝叶斯模型相比,基于主成分分析和权重贝叶斯工作面煤与瓦斯突出预测方法能快速获得高准确度的突出预测结果,为现场指导矿井工作面安全生产提供参考。     

基于聚类和案例推理的煤与瓦斯突出动态预测

为了实现对煤与瓦斯突出快速、准确和动态预测,考虑煤与瓦斯突出多种影响因素,提出了一种基于聚类和案例推理（CBR）的煤与瓦斯突出预测方法。利用通过一种基于PCA的描述案例特征权值确定方法所得的描述案例特征权值,对案例库案例进行聚类,使同类案例间具有较高的相似度;以案例聚类结果为基础,进行高效案例检索与匹配,以提高煤与瓦斯突出预测的快速性。利用实测数据对所提方法进行验证,实例验证结果表明,所提方法预测结果的准确性高,预测所用平均时间是已有煤与瓦斯突出预测案例推理方法预测所用时间的40%。     

煤与瓦斯突出的PCA-BP神经网络预测模型研究

通过主成分分析法对煤与瓦斯突出的主要影响因素进行主成分提取,选取贡献率大于85%的3个主成分来代替原来的7个影响因素,以此来确定BP神经网络的输入参数为3个。根据煤与瓦斯突出的类型,建立了煤与瓦斯突出预测的PCA-BP神经网络模型。选用典型突出矿井的煤与瓦斯突出实例作为学习样本,对PCA-BP网络进行训练。以云南某煤矿的煤与瓦斯突出实例作为预测样本,仿真结果表明PCA-BP神经网络模型性能优于传统BP神经网络,能够满足煤与瓦斯突出预测的要求。     

基于ArcGIS的瓦斯突出区域预测可视化方法研究

针对现有瓦斯突出区域预测方法存在预测效率低、可操作性不强等问题,提出了基于ArcGIS的瓦斯突出区域预测可视法方法。该方法以C#作为编程开发语言,利用独立软件开发包ArcGIS Engine,结合GIS原理与方法、趋势面分析理论和可视化技术等,对多个瓦斯突出预测指标进行趋势面的综合交集或并集分析,并将趋势面与矿井最新采掘工程平面图进行合理的对应和叠置,实现了对瓦斯突出危险区的直观可视化辨识功能。     

矿井瓦斯突出参数自动处理系统研究

针对传统的人工处理瓦斯突出参数存在信息填报时效性低、工作量大、资料存储及查询分析不方便等问题,设计了矿井瓦斯突出参数自动处理系统。在WTC瓦斯突出参数仪中增加WiFi无线通信模块,使其能自动获取井下IP地址,接入无线网络,实现瓦斯突出参数自动上传。利用SQL Server数据库管理系统,依据数据属性匹配、测定时间关系,依次搜索、存储与瓦斯突出参数仪上传的预测指标相对应的钻孔编号、测定深度信息,生成防突预测表单。现场试验结果表明,该系统实现了瓦斯突出参数的自动上传、防突预测表单的自动生成和防突预测信息的局域网共享及查询,数据上传准确率达到98.2%以上。     

基于SuperMap的煤与瓦斯突出预测管理系统的设计

介绍了SuperMap地理信息软件的特点,提出了一种基于SuperMap的煤与瓦斯突出预测管理系统的设计方案,阐述了系统功能模块的设计和系统的开发流程。该系统将GIS信息技术应用到煤与瓦斯突出预测管理中,并采用SuperMap全组件式软件作为开发平台,为煤与瓦斯突出的预测开辟了新的途径,不但提高了煤与瓦斯突出预测的准确性和可靠性,而且实现了煤与瓦斯突出预测的动态化管理,并能为突出事故提供防治措施和应急预案。     

基于贝叶斯网络的煤与瓦斯突出预测研究

贝叶斯网络是目前不确定知识和推理领域最有效的理论模型之一。为了正确预测煤与瓦斯突出的危险性,提出了一种基于贝叶斯网络的煤与瓦斯突出预测方法。在综合影响煤与瓦斯突出的因素和领域专家知识的基础上建立了网络结构,通过对先验知识和样本数据的学习,实现了煤与瓦斯突出的预测,取得了较好的效果。实验表明,该模型网络学习速度快,准确性高,是一种有效的煤与瓦斯突出危险性预测方法。     

粗糙集方法在瓦斯突出预测中的应用

煤矿瓦斯突出是一种多发的地质灾害,其影响因素众多,但是突出机理尚未研究清楚。将粗糙集理论和技术引入煤矿瓦斯突出区域预测,对影响瓦斯突出的关键因素进行约简,抽取出瓦斯突出相关的决策规则,建立了煤矿瓦斯突出区域预测模型,并通过数据试验和对比,表明粗糙集方法预测瓦斯突出具有较高的预测准确率,同时方法也为瓦斯突出预测提供了新的研究思路。     

基于突变级数法的煤与瓦斯突出危险性预测

针对煤与瓦斯突出发生的内在机理非常复杂、难以建立合适的多因素非线性预测模型的问题,提出了基于突变级数法的煤与瓦斯突出危险性预测方法。该方法选用典型突出矿井的煤与瓦斯突出实例作为学习样本,确定了不同冲击危险等级的突变级数,并应用于其他待判样本的预测。实际应用结果表明,该方法能较准确地反映煤与瓦斯突出的危险程度,预测精度较高。     

煤与瓦斯突出危险性预测的SaS-PNN模型及应用

煤与瓦斯突出是一种复杂的非线性动力学过程,其机理复杂、影响因素众多。单一的评价指标无法准确描述煤与瓦斯突出危险性。为了探讨煤矿开采过程中煤与瓦斯突出危险性具体等级情况,综合考虑煤与瓦斯突出发生的地应力、瓦斯和煤的物理力学性质等条件。选取开采深度、瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数以及地质破坏程度作为煤与瓦斯突出危险性预测的评价指标。但煤与瓦斯突出评价指标之间或多或少存在一定的相关性,其评价指标中存在一些服从非高斯分布的指标。很难满足概率神经网络（PNN）样本层中采用高斯分布作径向基函数的要求。鉴于此,提出一种对称Alpha稳定分布（SaS）。SaS有更广泛的数学表达,其径向对称特性可充当PNN样本层中的高斯分布。在SaS的基础上,建立煤与瓦斯突出危险性预测的SaS-PNN模型。将SaS-PNN模型应用于国内26个典型矿井的煤与瓦斯突出危险性等级预测,预测结果表明：SaS-PNN模型具有良好的预测效果,其误判率为7.69%。为煤矿开采中煤与瓦斯突出危险性预测提供了一种新思路。     

基于改进BP神经网络的煤与瓦斯突出预测系统

针对传统BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部极小等问题,采用Matlab神经网络工具箱中的自适应学习率VLBP算法和基于数值优化技术的LMBP算法对传统BP神经网络算法进行改进,并设计了基于改进BP神经网络的煤与瓦斯突出预测系统;分别采用传统BP神经网络模型和改进的BP神经网络模型进行煤与瓦斯突出预测实验,结果表明改进的BP神经网络能够更快、更准确地预测煤与瓦斯突出。     

基于bi-LWCA-ENN煤与瓦斯突出危险性预测

为了提高煤与瓦斯突出的预测精度,以实现准确、可靠的瓦斯突出危险性预测,提出一种双层狼群算法（LWCA）优化Elman神经网络模型进行模式分类与预测,建立煤与瓦斯突出的双层LWCA-ENN预测模型。分析煤与瓦斯突出机理和影响因素,提取相关数据样本,筛选稳定的特征子集作为特征向量训练模型,算法通过对Elman神经网络的权值、阈值寻优,建立了基于bi-LWCA-ENN算法的预测模型并结合矿井监测数据进行实例分析。试验结果表明：煤与瓦斯突出的bi-LWCA-ENN模型稳定性好,收敛速度快,有效地实现了瓦斯突出危险性预测。     

煤与瓦斯突出危险性预测的SαS-PNN模型及应用

较高精度的煤与瓦斯突出预测是煤矿安全生产的必要前提和保证.为了实现对煤与瓦斯突出危险性快速、准确和动态预测,考虑煤与瓦斯突出多种影响因素.提出一种改进的概率神经网络(PNN)煤与瓦斯突出预测模型.首先,引进一种对称Alpha稳定分布(SαS),SαS有更广泛的数学表达,其径向对称特性可充当PNN样本层中的高斯分布.在SαS的基础上,建立煤与瓦斯突出危险性预测的SαS-PNN模型.将SαS-PNN模型应用于国内26个典型矿井的煤与瓦斯突出危险性等级预测.预测结果表明:在3种不同的训练和测试下SαS-PNN模型仍具有良好的预测效果,其误判率分别为7.69%、11.54%和15.38%.说明该模型可为煤矿开采中煤与瓦斯突出危险性预测提供了一种可能的思路.     

蚁群算法在煤与瓦斯突出预测中的应用

煤与瓦斯突出预测在矿井的安全生产中具有重要影响;蚁群算法是最新提出的新型寻优策略,具有良好的克服局部极值、获得全局极值的能力;通过对蚁群算法和模糊聚类算法的深入研究提出了一种新的蚁群-模糊聚类预测算法,利用改进的自适应调整信息素的蚁群算法计算出模糊聚类的个数和初始聚类中心,再利用模糊聚类算法对煤与瓦斯突出进行预测;对平八矿历年煤与瓦斯突出数据进行验证预测的结果表明,该方法与传统的模糊聚类预测方法相比具有较强的自适应能力和较好的预测效果.