基于PCA-AWOA-ELM模型的矿井突水水源识别

矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，为了保障煤矿安全生产，提高矿井突水水源识别精度，提出一种基于改进鲸鱼优化算法(AWOA)耦合极限学习机的水源识别模型。以岱庄煤矿为例，选取Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃^-作为判别指标，基于SPSS因子分析提取评价指标主成分，6种离子间相关性较大，Ca²⁺和Mg²⁺,Ca²⁺、Mg²⁺与SO₄^2-、Cl^-之间的相关性均达到了0.7以上，SO₄^2-和Cl^-之间的相关性也达0.68，通过主成分分析提取了3个主成分，从六维空间降低到三维空间，在减少了样本指标之间信息重复的同时，也减少了极限学习机输入层数量，提高了模型对各类型数据的泛化能...     

PCA与ELM模型相结合的矿井突水水源快速识别方法研究

为了快速准确判别矿井突水水源,降低矿井突水事故给煤矿生产及人类生命财产安全带来的危害,以赵各庄矿为例,提出了主成分分析法(PCA)与极限学习机(ELM)相结合矿井突水水源快速识别方法。结果表明：PCA确定了赵各庄矿中Na+、Ca2+、Mg2+对水样影响较大,为赵各庄矿水样的主控因子,排除了其它指标冗余信息的影响|在MATLAB中导入PCA确定的水样中三种主成分数据,通过ELM模型仿真训练可在10s内得出水样分类结果,分类学习时间迅速|对比ELM模型与BP神经网络对水样的分类结果,ELM仿真训练结果精确度高达100%,而BP神经网络仿真训练结果精确度仅为83.33%,远低于ELM模型精确度。     

基于随机权重法改进PSO-ELM的露天矿边坡稳定性分析

为提高极限学习机(ELM)模型在弓长岭露天矿边坡稳定性预测中的精度,有效解决ELM模型在训练过程中随机产生的连接权值和隐含层阈值而导致模型稳定性差的问题,引入基于随机权重法改进的粒子群算法(IPSO)进行优化,提出了改进粒子群算法优化极限学习(IPSO-ELM)模型,将该模型应用到弓长岭露天矿边坡监测的数据中,把预测结果与ELM模型和PSO-ELM模型的预测值进行对比分析,结果表明：IPSO-ELM模型预测值接近于实测值,预测精度高、预测速度快,模型构建合理,在露天矿边坡预测中具有较高的可行性,可作为露天矿边坡预测的一种参考方法。     

基于多因素的煤矿突水事故预测随机森林模型

高效、准确、快速地提高突水水源类型预测精度,是防治煤矿发生突水事故的重要手段。以真实矿井数据为例,提出一种简单快速预测煤矿突水水源类型的预测方法。以Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺+K⁺、Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-6类离子实测浓度作为突水水源类型输入参数,建立一种考虑多因素的有监督随机森林突水水源类型预测模型。研究结果表明,模型预测值准确,部分测试集和预测集相关性系数R2为0.99;MSE(均方误差)为0.0047,RSS(残差平方和)为0.0425,预测精度(PA)为95%,相较于Fisher判别法精度更高。整体预测相关性系数、均方误差和残差平方和分别为0.999,0.0005,0.0049,预测精度为90%以上,最大误差范围在10%以内,预测效果较好。     

基于ELM的矿井突水水源识别方法

针对矿井突水事故的预测问题,提出一种基于极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)的矿井突水水源识别新方法。该方法是一种单隐含层前馈神经网络学习算法,在训练过程中无需调整初始连接权值和阈值,只需要设置隐含层神经元个数即可获得最优解。以梧桐庄煤矿水质为例,通过MATLAB仿真证实,该方法不仅克服了常规BP神经网络受初始权值和阈值影响的缺陷,而且识别精度更高;在突水预测方面有很好的应用前景。     

基于客观组合权-改进集对分析模型的矿井突水水源识别

矿井水害事故的发生对煤矿的安全开采带来很大的影响,快速准确地识别突水事件中所涉及的水源,是预防和解决矿井水害的关键手段之一。基于客观组合权和集对分析理论,针对矿井突水水源识别问题,以东滩矿4个含水层中的40个水样为识别样本,选取Na⁺+K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-和HCO₃^-共6项水化学指标作为识别因子,构建了矿井突水的水源识别模型,并利用该模型对10个检验样本进行水源识别。结果表明：客观组合权既避免了主观赋权法的主观随意性的缺点,又弥补了单一客观赋权法带来的片面性较强的不足,能合理地对识别指标进行权重赋值。Ca²⁺和Mg²⁺的权重明显高于其他离子,分别为0.28和0.25,二者的权重之和占比达53%,说明这2个指标在突水水源识别中起主要作用。利用客观组合权-改进集对分析模型对10个检验样本进行识别,准确率达到90%,说明该模型在矿...     

基于粗糙集理论的矿井突水水源快速识别

为了准确而快速地判别矿井突水水源,以聚类分析、灰色关联分析、多元逐步判别分析3种方法建立了矿井突水水源判别模型,提出了通过适应性来选择具体矿井或矿区的判别方法,利用粗糙集理论的属性约简来筛选水化学特征指标,使得所选判别指标更具针对性和减少指标检测时间,真正实现准确而快速地判别矿井突水水源,进而为矿井水害防治服务。实例表明,属性约简前后,识别结果一致性将近90%,证实了粗糙集理论在矿井突水水源判别中的有效性和实用性。     

基于改进极限学习机的煤与瓦斯突出预测研究

为提高煤与瓦斯突出预测的准确率和效率,提出了一种基于数据预处理的多策略改进烟花算法(IFWA)优化极限学习机(ELM)的煤与瓦斯突出预测模型。首先,针对于非线性多维特征数据,使用灰色关联度分析(GRA)进行特征选取,利用主成分分析(PCA)进行特征约简,将数据预处理后的数据指标作为模型的输入;其次,引入引力搜索算子和混合变异策略改进烟花算法(FWA)易陷入局部最优的问题;最后,利用IFWA对ELM的输入层到隐含层的权重和偏差进行优化,构建最优的煤与瓦斯突出风险预测模型。结果表明,IFWA-ELM模型的RMSE和R²可达0.074, 0.968,与ELM、GA-ELM、PSO-ELM和FWA-ELM模型相比均有所提升,IFWA-ELM模型对煤与瓦斯突出危险等级预测的准确率可达100%,具有更好的收敛速度和预测精度。研究成果可为煤矿瓦斯突出多数据融合预测提供可靠的理论依据。     

基于IPSO-ELM的边坡稳定性分析

边坡稳定性受多种复杂因素影响,传统算法很难得到高精度预测结果,为了及时准确地对边坡稳定性做出可靠性分析,提出了改进粒子群优化极限学习机(IPSO-ELM)模型并应用于边坡稳定性预测实例中.首先在粒子群算法(PSO)的基础上,为克服在寻优过程中易出现局部最优的问题,引入自适应权重法,将改进粒子群算法(IPSO)对极限学习...     

可拓识别方法在矿井突水水源判别中的应用

为了快速判别矿井突水水源,进而为防治矿井水害服务,以水质指标为判别因子,应用可拓识别方法,建立了谢桥矿井突水水源判别模型,改进了该方法中经典域的形式,提出以各指标的统计值F来量化各指标的识别能力,并作为确定权重的依据.将结果与模糊综合法、灰色关联度法、Bayes逐步判别分析法分别进行比较,其正确率略高于前两者,与Bayes逐步分析法判别结果相同.     

极复杂水文地质条件下矿井堵源截流技术应用研究

平禹一矿水文地质类型为极复杂型,历史上多次发生灰岩承压水突水淹井和淹采区事故,矿井主采二₁煤层、二₃煤层,当前矿井总涌水量为2 000 m³/h。中央泵房排水能力3 300 m³/h,五采区中央泵房排水能力3 200 m³/h,中央泵房及五采区中央泵房均采用独立系统,井下水可分别直排地面。平禹一矿岩溶水补给量较大,疏水降压存在着排水量大、降压目标难以实现的困难,经研究论证,通过采取地面注浆和井下注浆的堵源截流技术,切断岩溶水进入矿井导水通道,可以完全或部分消除岩溶水对二₁煤层开采的威胁。经过Ⅰ期（2009—2010年）和Ⅱ期（2013—2014年）2次堵源截流工程施工,矿井涌水量显著减少,特别是Ⅱ期工程实施后,堵水效果明显。通过堵源截流技术在平禹一矿的应用,封堵了充水通道,减少了矿井排水量,降低了矿井生产成本,有效保护了地下水资源,同时保证了矿井带压开采的安全性,具有明显的经济和社会效益。     

杨柳煤矿主采10煤层充水条件分析及充水水源识别

在研究杨柳煤矿地质条件水文地质特征的基础上,对矿井的充水水源及充水通道进行了分析,并利用地下水化学法做出Piper三线图来识别突水水源。结果表明:杨柳煤矿充水水源主要是二叠系主采煤层间含水层和底板的灰岩裂隙水,为矿井水害防治提供一定的参考依据。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

模糊数学在煤矿突水水源判别中的应用

防治矿井突水,必先进行矿井突水水源的判定,但各含水层之间水质特征界限不甚明显。应用模糊综合评判法可以通过对矿井突水水质的分析,准确地进行矿井突水水源的判别。结合某矿矿井突水水源判别的实例,具体阐述了矿井突水混合水源的判别以及对奥灰水作为水源的可能性的排除,并用实际的探查孔和突水点所在区域不同含水层水位监测等资料对评判结果进行了验证,证明了该评判方法进行突水水源判别的可靠性。     

鹤煤九矿涌水水源分析及涌水量预测

鹤煤九矿目前已进入二₁煤层第3水平的开采。为减少突水事故对矿井建设和安全生产的威胁,根据鹤煤九矿2006—2016年矿井涌水量数据,结合矿井过往开采经验,对影响矿井建设与生产的涌水水源进行归类分析,同时对矿井涌水量时间和空间上的变化趋势进行动态评价。采用比拟法和解析法对矿井未来涌水量进行预测,通过可靠性分析确定以比拟法涌水量预测结果,以正常涌水量436.8 m³/h、最大涌水量573 m³/h作为鹤煤九矿防治水的参考依据。     

基于Fisher判别法的煤层底板突水预测模型及其应用

选取地质构造、水文地质特征、底板隔水层特征和开采活动4个大类13个因子作为底板突水的判识指标,以近年来发生的典型煤矿底板突水案例作为学习样本,依据Fisher判别分析法,建立了煤层底板突水预测的距离判别分析模型。结果表明,该模型预测结果与实际情况一致,采用回代估计法所得的误判率很小。因此,选取4个大类13个因子来反映煤矿底板突水状况和应用Fisher判别法预测煤矿底板突水具有良好的实用性和有效性。     

华蓥山矿区龙滩煤矿水害因素分析评价

以具有典型、复杂地质条件的华蓥山矿区龙滩煤矿为研究对象,系统地分析评价了各充水源对矿井生产的影响以及威胁程度,构建了威胁水源的评判模型,并利用矿井水害威胁系数将龙滩煤矿区划分为无突水威胁区域、弱突水威胁区域、中弱突水威胁区域、中强突水威胁区域和强突水威胁区域等5个突水威胁等级。     

赵各庄矿大倾角煤层综放开采突水条件的力学机理分析

为揭示突水发生的力学机理，以矿区典型地质剖面为基础，运用FLAC^3D软件建立二维有限差数值模拟模型，通过数值模拟方法，对不同开采阶段岩石巷道围岩应力进行模拟计算，并分析其突水发生的可能类型和方式.结果表明，处于地质体内不同部位的岩石巷道围岩应力的变化与主采煤层的开挖过程有条件地相关，以致其突水类型也有所不同;位于断层上盘的通风道处围岩应力易受开采条件和开采进度的影响，并易于产生由采动诱发所引起的突发性突水灾害事故，其突水水源为奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水；而位于断层下盘的电车道处围岩应力受开采影响较小，其突水水源为煤层顶板、底板薄层状裂隙承压水.