基于Stacking集成算法的岩爆等级预测研究

岩爆是地下工程面临的一个巨大灾害，岩爆预测可以降低岩爆带来的危害。机器学习是岩爆预测方法的研究热点和发展方向，但现阶段各机器学习算法表现不同，并且相互独立工作，没有融合，不能优势互补，导致各机器学习算法的准确率、泛化性和稳定性较低。本文采用Stacking集成算法，融合现阶段使用较多的8个机器学习算法(4个集成算法和4个基本算法)，充分发挥各算法的优势，实现优势互补；为保证新特征信息具有多样性，结合各种机器学习算法的原理和岩爆样本库的特点，提出3组考虑多个岩爆预测指标的Stacking集成算法，每组算法拥有不同基模型和多个元模型，解决了传统Stacking集成算法接受特征信息受限和元模型选择困难的难题。对比分析各组Stacking集成算法与独立算法的准确率、精确率、召回率和F1值，结果表明构建的Stacking集成算法可以有效融合各机器学习算法，预测性能显著提升。在3组Stacking集成算法中，Stacking集成算法二的基模型由Random Forest Classifier,Extra Trees Classifier,Gradient Boosting Classifier和L...     

矿井TEM与地震联合反演导水陷落柱的试验研究

陷落柱对煤矿安全生产威胁极大,矿井TEM和地震勘探是2种主要的导水陷落柱探查方法,矿井TEM对富水性敏感,地震勘探空间分辨率高,为了充分利用2种方法各自优势,提出了基于矿井TEM和地震联合反演的导水陷落柱精细探测方法。首先,提出了基于镜像2D电阻率模型和全空间1D TEM正演算法的矿井拟二维(Pseudo-2D) TEM反演算法。矿井Pseudo-2D TEM反演算法既满足交叉梯度联合反演算法对2D模型的需要,又具有较快的反演计算速度。然后,通过去掉常规联合反演目标函数中的地震正演项,只在交叉梯度项中保留地震波阻抗模型参数,建立了单向交叉梯度联合反演算法。在单向交叉梯度联合反演算法中,地震波阻抗模型只对TEM反演进行约束,电阻率模型不对地震反演进行约束,地震波阻抗反演可以通过商业软件完成,TEM反演采用矿井Pseudo-2D TEM反演算法。通过对地震波阻抗模型进行双三次插值处理,实现地震波阻抗模型和电阻率模型之间的模型网格匹配。通过基于K-means算法的地震波阻抗模型聚类分割处理方法消除地震波阻抗模型中的次要结构变化,增加联合反演稳定性。最后,建立了含导水陷落柱地质-地球物理模型,采用有限差分方法分别进行了3D矿井TEM和3D地震勘探正演计算,对正演模拟数据进行了单独反演和联合反演计算。结果表明:联合反演能够同时重建理论模型的形状和电性特征,联合反演结果不仅具有较高的空间分辨率,而且能够反映陷落柱的富水性,优于单独TEM和单独地震方法反演结果。相比传统联合反演方法主要应用于大尺度目标体探测或浅地表成像,基于矿井TEM和地震的单向交叉梯度联合反演方法可以实现大深度小尺度目标体的精细探测。     

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。     

液氮致裂烟煤渗透率及其应力敏感性研究

为了研究液氮致裂条件下烟煤渗透率及其应力敏感性演变规律,取许疃煤矿自然含水率烟煤进行了多次液氮致裂实验,分析了液氮致裂前后不同应力条件下渗透率变化特征,探究了液氮致裂作用对煤应力敏感性影响规律。结果表明:恒定围压下渗透率随着有效应力减小,呈现出先减小后增大的趋势,符合二次函数分布;多次液氮致裂能有效提高煤体渗透率,渗透率随致裂次数的增加而增加,但增长速率逐渐变缓;定义了渗透率离散度来表征改变气体压力所引起渗透率值改变的波动范围,渗透率离散度经过第一次液氮致裂后有明显增加,而其余几次液氮致裂波动范围很小;在同一气体压力下,围压敏感性系数随着围压增大而减小,渗透率损害率随着致裂次数和气体压力增大而增大;第一次液氮处理对煤体渗透率和应力敏感性影响最为显著,后几次液氮处理影响较小。     

我国煤矿安全高效开采地质保障系统研究现状及展望

从近40年来我国煤炭工业的发展进程,分析和总结了我国煤矿安全高效开采地质保障系统建设随着煤炭工业从炮采和普采向机械化开采的转变,经历了从煤田地质学发展到采矿工程地质学和矿井工程物探的发展过程,并逐步构建了煤矿安全高效矿井地质保障系统的基本框架。20世纪90年代中后期,随着煤矿采区高分辨三维地震勘探技术体系研究成果的建立和完善,使煤矿精细地质构造、煤与瓦斯突出、矿井突水通道等灾害隐患的探测精度和预测准确度大大提高,促进了我国煤矿安全高效矿井的迅速发展,煤矿安全高效矿井地质保障系统也走向成熟并在全国煤炭系统推广应用。虽然煤矿地质保障系统在保障开采安全、提高开采效率等方面取得了显著的成效,但随着信息技术的深度融合和煤矿机械化水平的进一步提高,煤炭绿色开采、智能精准开采等对煤矿安全高效开采地质保障系统提出了更高的要求,矿井地质透明化是当前煤矿安全高效矿井地质保障系统发展的努力方向。其重点任务是:①在统一的数据融合基础上,进一步提高地球物理勘探精度,提高矿井地质的透明化水平,构建煤矿智能开采地质保障平台;②研发与惯导技术一体的高分辨煤岩辨识仪器装备,实现对工作面前方5 m范围煤岩结构的自动化数据采集与精准识别;③以岩层结构为基础,以岩石力学和流体因子为重点,开发和建立智能矿山建设决策与灾害隐患预警系统。     

矿井煤层冲击危险性多层次综合评价研究

为了更合理评价矿井煤层冲击危险性,减少不同指标之间的相互影响,避免造成评价结果的不准确,应用模糊综合评价模型对矿井煤层进行冲击危险性综合评价,提出了基于层次分析法的矿井煤层冲击危险性模糊综合评价模型;得到了基于层次分析法的矿井煤层冲击危险性影响因素,即:开采深度、冲击倾向性、煤层顶底板性质、地质构造、开采技术;确定了评价因素集,建立了模糊综合评价关系矩阵,进行了模糊综合评价,创建了矿井煤层冲击危险性模糊综合评价模型;最后对矿井煤层冲击危险性做出无冲击危险性、弱冲击危险性、中等冲击危险性和强冲击危险性的定量评价,提高了评价结果的精确度。以内蒙古某矿评价应用为例,选取2-1煤层进行模糊综合评价,通过应用基于层次分析法的矿井煤层冲击危险性模糊综合评价模型,得出2-1煤层最大隶属度指数x=0.43,评价结果为中等冲击危险性,与采用综合指数法评价得到的结果一致,表明了该模型可以用于评价矿井煤层冲击危险性。应用该模型在对矿井煤层进行模糊综合评价时,更注重各影响因素之间的相互关系对结果的影响,因而得到的评价结果更合理。研究为矿井煤层冲击危险性模糊综合评价研究提出一种新的评价角度。     

地质统计学反演在薄煤层预测中的应用

曙光煤矿煤层多为薄煤层,利用地震数据常规反演技术预测开采区域煤层厚度的分辨能力有限,远低于煤层开采的需要。引入基于MCMC算法的地质统计学反演技术对曙光煤矿采区内薄煤层进行厚度预测。预测结果与常规解释结果进行对比,并利用已有钻孔资料进行验证,发现该方法的分辨率可达到1 m,对煤层厚度、煤中夹矸厚度的预测误差分别控制在0.5、0.1 m以内。有效解决了曙光煤矿薄煤层预测问题。