物理指标与数据特征融合驱动的冲击地压时序预测方法

煤矿智能化建设的大背景下，如何高效的从冲击地压海量监测数据提取有效信息与提高预测预警准确率是未来的研究重点与难点。为解决目前基于物理指标冲击地压预测方法泛化能力较差、对海量数据特征挖掘不充分的困境，结合深度学习技术，初步尝试建立了物理指标与数据特征融合驱动的冲击地压时序预测方法。以陕西彬长矿区某强冲击危险工作面为背景，分析了多次大能量事件发生前物理指标的变化特征，并统计剖析了仅使用物理指标驱动的冲击地压危险预测指标的短板与不足；提出采用物理指标与数据特征融合驱动的冲击地压时序预测方法，预测模型包括数据预处理、特征提取以及预警模型构建3个模块，数据预处理将原有微震监测数据处理为具有特定时间窗的前兆模式序列，特征提取主要包括基于物理指标的显式特征以及基于卷积神经网络的数据隐式特征提取，提出基于注意力机制的显式特征和隐式特征的深度融合方法，并通过全连接网络实现预测模型分类，实现对不同冲击危险等级的大能量事件进行预测。模型测试结果表明：预测时长为未来1 d、未来2 d以及未来3 d时预测F1分别可达0.956、0.950以及0.854，现场可根据需求选用预测时长；工程应用时模型可对大能量事件准...     

基于粗糙集的冲击地压预测指标选用方法研究

分析了目前国内冲击地压预测的各种指标,将电磁辐射预测指标与常规指标进行了比较.基于粗糙集理论,选取了常用的预测指标和电磁辐射指标进行了分析比较,得出了各个指标对于冲击地压的敏感性,并根据义马跃进煤矿的现场情况进行了验证,结果表明,电磁辐射预测指标在冲击地压的预测中具有较高的敏感性,要比常规指标更为敏感.     

唐山矿五八煤层冲击地压预测预报

根据唐山矿冲击地压具有周期性的特点,介绍了该矿应用开采强度作指标来预测冲击地压的具体做法及取得的成效。同时,还介绍了利用钻屑法鉴别冲击地压危险程度和用地音监测仪预测预报冲击地压的经验。     

煤层巷道蝶型冲击地压发生机理猜想

根据巷道围岩蝶形塑性区理论,分析了巷道围岩蝶形塑性区蝶叶瞬时急剧扩展的突变特征,提出了煤层巷道蝶型冲击地压发生机理猜想,认为煤巷冲击地压是由于巷道围岩蝶形塑性区的蝶叶瞬时爆炸式扩展引起的,阐明了该类型冲击地压形成、演化及发生的力学本质和物理过程。提出了蝶叶突变型冲击地压发生的必要与充分条件,建立了煤层巷道冲击地压判定准则,合理解释了巷道顶板冲击、底板冲击、煤帮冲击等不同类型的冲击地压发生机理。该猜想能够预见巷道冲击地压发生时必然产生至少1个、最多4个巨大的蝶叶塑性区的未知现象,可以获得煤巷冲击地压危险性评价和预测的关键指标和可测参量。     

电磁辐射仪在预测预报断层构造型冲击地压中的应用

阐述了构造型冲击地压的特点、危害及预测预报的难点;从KBD5电磁辐射仪的特点及原理出发分析了预测预报构造型冲击地压的可行性;利用KBD5电磁辐射仪在跃进矿23130工作面进行了构造型冲击地压的预测预报.结果证明,电磁辐射仪预测预报冲击地压具有非接触、非扰动,简单、实用、安全、准确的特点,是预测预报断层构造型冲击地压的合理选择.     

根据地表下沉预测冲击地压的研究

针对目前我国煤矿冲击地压频繁发生的实际情况 ,本文以山东华丰矿为例 ,通过对地表下沉与冲击地压的关系进行了理论研究和数值计算 ,总结了两者之间的内在规律性 ,指出地表下沉速度与冲击地压的发生有基本的对应关系 ,其具有反弹效应、波段效应和滞后性 ,并提出了以地表下沉速度为监测指标的新的冲击地压预测与防治手段 ,对现场冲击地压的预测具有一定的指导作用     

一种冲击地压危险性等级多参量辨识模型及应用

为了实现对冲击地压危险性等级快速、高效和准确预测,需要考虑冲击地压危险性多种影响因素,但影响因素间或多或少存在一定的相关性,从而导致参量信息重叠。提出一种主成分分析法(PCA)对冲击地压危险性相关指标数据进行降维处理,提取3个新指标对冲击地压危险性等级进行总体评价。在PCA的基础上,借鉴距离判别分析法(DDA),建立冲击地压危险性等级评价的PCA-DDA模型,将PCA-DDA模型应用于重庆砚石台煤矿冲击地压危险性等级评价。预测结果表明:在6种不同的训练和测试样本数下PCA-DDA模型仍具有良好的预测效果,其误判率分别为5.71%,5.71%,5.71%,5.71%,5.71%和8.57%;同时验证了PCA对冲击地压危险性评价结果。该模型可为矿山开采中冲击地压危险性等级评价提供借鉴,可在实际工程中推广应用。     

冲击地压“双驱动”智能预警架构与工程应用

冲击地压预测预警有助于全面掌握灾害风险程度,提前采取针对性防冲措施,可以有效降低灾害影响。冲击危险性等级、冲击危险性区域与潜在冲击时间的实时量化预测是冲击地压预测预警的核心。为此,提出“双驱动”冲击地压智能预警架构,结合物理驱动与数据驱动,动态实时确定工作面冲击地压的等级、时间及区域。在物理驱动的框架下,通过贝叶斯概率的综合模型,使用工作面实时微震数据、巷道实时应力、地震CT-微震等相关参数,对工作面冲击地压危险性等级进行动静态协同综合实时评价;在数据驱动的框架下,以微震大事件定量预测为切入点,构建一个结合普通卷积模块、循环神经网络模块与AR自回归模型的深度学习模型MSNet,利用工作面历史微震事件作为模型输入,定量动态预测未来几次微震事件发生的时间、位置与能量,继而确定冲击时间与危险性区域,并基于Unity3D软件开发了相应的冲击地压三维智能预警平台。创新性提出了基于物理及数据“双驱动”的冲击地压灾害预警技术,实现了冲击地压风险特征信息的动态智能预警预测和危险区域的三维可视化显示。平台的现场应用表明,具有冲击危险性的等级预测精度可达0.88。和现场微震记录相比,工作面微震事件位置坐标...     

根据地表下沉预测冲击地压的研究

针对目前我国煤矿冲击地压频繁发生的实际情况，本文以山东华丰矿为例，通过对地表下沉与冲击地压的关系进行了理论研究和数值计算，总结了两者之间的内在规律性，指出地表下沉速度与冲击地压的发生有基本的对应关系，其具有反弹效应、波段效应和滞后性，并提出了以地表下沉速度为监测指标的新的冲击地压预测与防治手段，对现场冲击地压的预测具有一定的指导作用。     

基于地球物理响应的冲击地压危险源辨识研究

 为了探索煤矿井下冲击地压的合理监测预测方法,使得我国煤矿冲击地压事故提前预警效率得到提高,简要对比分析了岩石力学方法与地球物理方法;建立了冲击地压发生模型,理论分析得出了冲击地压危险源的层次化分布特征,并确定了冲击地压危险源层次化辨识思路与地球物理辨识方法;在千秋煤矿开展了井田范围微震方法监测、工作面范围地音方法监测以及局部危险点电磁辐射方法监测试验研究。研究结果表明,地球物理监测方法表现出共同特点,即冲击事件前均能监测到前兆,表现为异常的微震事件、地音事件、电磁辐射事件,这些信息为辨识到的冲击地压危险源;与岩石力学监测方法相比,在时间上,地球物理方法能更为超前冲击地压显现,而辨识到冲击地压危险源;在空间上,地球物理方法能够实现远程的、大范围的、立体的冲击地压危险源辨识。如果进一步研究不同监测尺度的地球物理监测方法联合预警指标,将会使得冲击地压预报上一个新台阶。     

基于MIV特征选择与PSO-BP神经网络的煤炭发热量预测

为克服传统线性回归模型对煤的发热量预测精度低、适用范围窄的缺陷，综合考察了工业分析和元素分析指标与煤的发热量的线性相关性，采用平均影响值方法对影响发热量的煤质指标进行特征变量筛选，并结合粒子群优化算法对传统BP神经网络进行优化，提出了一种基于MIV-PSO-BP神经网络方法的煤炭发热量非线性预测方法。结果表明：煤的工业分析和元素分析指标中，仅灰分、碳含量与发热量之间存在一定的线性相关性，其余指标与发热量的线性相关性较弱|煤的工业分析中灰分、挥发分、固定碳3个指标对发热量的影响均较大，而元素分析中仅碳含量对发热量影响较为显著，其余指标对发热量的影响可忽略不计|与其他研究者提出的发热量预测模型相比，本文提出的MIV特征变量选择与PSO-BP神经网络相结合方法预测的平均相对误差和均方根误差更低，总体预测效果更好，相关系数最高可达98.48%。     

基于集对理论的煤与瓦斯突出预测研究

 摘要：本文以集对理论为基础,结合相似数确定权重的方法,建立了煤与瓦斯突出预测模型。选取了钻屑量、瓦斯涌出初速度、解吸强度、电磁辐射强度和电磁辐射脉冲5种预测指标,运用相似权法确定了各预测指标的权重。利用该模型对掘进工作面突出危险性进行了预测,评价结果符合现场实际情况,表明该方法具有较强的可靠性和实用性,为煤与瓦斯突出预测提供一种新的方法,对煤矿的安全生产具有重要的指导意义。     

我国煤与瓦斯突出预测指标及技术研究现状浅析

为推进我国煤与瓦斯突出预测预警技术发展,对预测指标和预警方法的研究现状进行了分析。在预测指标方面,目前我国采用较多的是煤的破坏类型、瓦斯放散指数Δp、煤体坚固性系数f、瓦斯压力p、钻屑综合指标、钻孔瓦斯涌出初速度q、R值等静态指标;近年来,电磁辐射、声发射、微震监测等可被连续检测的动态预测指标均得到了较好应用,采用的综合指标瓦斯膨胀能也有较高的可靠性。在预测预警方法方面,灰色理论和神经网络等理论和方法在煤与瓦斯突出的预测预警中取得了一定的成果。分析发现,目前的预测指标与方法都存在一定的缺陷,而物理模拟试验和室内试验相结合的研究方法必然是以后的发展趋势。     

新集二矿突出预测敏感性指标及其临界值确定

针对新集二矿历次煤与瓦斯突出特征的考察研究,分析得出新集二矿煤与瓦斯突出对反映地应力和瓦斯压力的指标较为敏感。同时采用现场实测与实验室模拟相结合的分析方法对新集二矿防突预测指标的敏感性进行了系统的分析,并确定了各预测指标的临界值。结果表明,对于区域预测,瓦斯压力指标比瓦斯含量指标要敏感;对于局部预测,6#煤层和13-1#煤层的突出敏感性为S>K1>△h2,8#煤层的突出敏感性为K1>S>△h2。     

谢桥矿突出预测敏感指标及临界值确定

为了确定谢桥矿煤与瓦斯突出敏感指标及其临界值,采用"三率"、模糊聚类分析法对其进行分析,确定其临界值。通过对其掘进工作面突出危险性预测指标的测定,得出了其敏感性的排序:S>q>K1;突出预测敏感指标:钻屑量指标S临界值为6.0 kg/m,q值临界值为4.0 L/min。     

煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展

煤与瓦斯突出预测是突出煤层2个"四位一体"综合防突措施的关键环节,对确定突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义。以往突出预测敏感指标及临界值的确定,包括地应力指标和瓦斯指标,是通过现场反复测试、试验确定的;而现今的突出防治管理模式不支持这种方法,故只能采取实验室试验研究,主要是针对瓦斯相关指标的研究,结合部分现场验证来确定。选取大隆矿12煤、芦岭矿8煤、祁南矿3煤、朱仙庄矿10煤、童亭矿7煤和新景3煤等6个煤样,煤种涉及中等变质程度的气肥煤到高等变质程度的无烟煤,试验研究了各煤样瓦斯压力P与瓦斯含量W,瓦斯压力P与钻屑瓦斯解吸指标K_1和Δh_2,以及钻屑瓦斯解吸指标K_1与Δh_2之间的关系规律。结果表明:突出预测的瓦斯指标之间具有单值对应关系,但各煤样的这种对应关系是变化的,国家相关标准给出的突出预测指标建议临界值之间并不对应,也不能完全反映煤层的实际突出危险性与突出严重程度,不同变质程度煤层很难存在统一的临界值;应用煤层瓦斯相关指标之间的对应关系,结合突出煤层的实际,如始突深度、突出动力现象、钻孔动力现象等,可间接确定突出预测敏感指标的临界值。同时,未来精细化的突出防治对突出预测敏感指标有更高的要求,进一步研究的方向应包含反映地应力状况、小构造影响下煤层赋存、预测煤层潜在突出强度的指标,以及适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验方法。     

顾桥矿突出预测敏感指标敏感性分析

煤与瓦斯突出是一种极为复杂的动力现象,不同类型的突出具有不同的预测敏感指标及临界值,不同的煤层或者同一突出煤层的不同水平,也完全可能具有不同的预测敏感指标及临界值。分析了顾桥矿现用各项敏感指标钻屑量S、瓦斯解吸指标K1值和瓦斯涌出初速度q的本质、反应机理及影响因素,通过收集、整理、分析顾桥煤矿现用预测预报敏感指标,得出各项预测指标与矿井埋藏深度、煤层赋存、地质构造等的关系,分析各项预测指标超标原因,得到适合该矿的突出预测敏感指标,从而提高煤与瓦斯突出预测的可靠性,进而提高煤巷掘进速度。     

基于多属性决策的煤层顶板含水层富水性预测

针对田陈煤矿3;煤层顶板含水层富水性开展研究,选取了砂岩岩性系数、岩性结构指数、岩芯采取率、断层分维值、褶皱分维值等5个参数作为砂岩含水层富水性预测的评价指标,并利用AHP-PCA法对主控因素对富水性的影响进行了综合赋权,得到权重,在此基础上基于TOPSIS多属性建立了富水性指数预测模型,实现了煤层顶板含水层富水性预测分区,为煤层安全高效开采提供了依据。     

深部煤层区域预测指标临界值的研究

《防治煤与瓦斯突出细则》推荐的区域预测临界值指标分别为瓦斯压力0.74 MPa（相对）、瓦斯含量8 m³/t，然而实际生产过程中，深部煤层经区域预测瓦斯压力小于0.74 MPa或者瓦斯含量小于8 m³/t的煤层也曾多次发生突出。鉴于此，在考虑温度和地应力对煤层瓦斯赋存影响的基础上，对区域预测瓦斯压力和含量临界值进行了修正，修正系数为0.75。研究表明，考虑地温和地应力的影响修正得到的区域预测指标临界值对深部煤层的防突工作具有一定指导意义。     

对以地应力为主的突出预测指标S的分析

从以反应地应力为主的煤与瓦斯突出的要求出发,考虑工作面突出危险性预测指标的安全性和经济性,分析了钻屑量构成部分,探讨了其临界值的确定情况,并在铁生沟矿进行了应用实践。