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。     

基于灰色关联熵的煤与瓦斯突出概率神经网络预测模型*

煤与瓦斯突出是严重威胁矿井安全生产的重大自然灾害之一。为解决煤与瓦斯突出影响因素、突出危险性关联预测问题,在综合分析煤与瓦斯突出影响因素的基础上,利用灰色关联熵理论分析影响因素与突出危险性的关联度,得到各影响因素的权重及关联度排序,并结合概率神经网络（PNN）原理,构建基于灰色关联熵的煤与瓦斯突出PNN预测模型。用煤与瓦斯突出样本数据,对影响因素加权的PNN模型进行训练和测试。结果表明：用灰色关联熵分析可获得影响因素与突出危险性的关系,量化输入变量的重要性;瓦斯放散初速度、开采深度对于煤与瓦斯突出危险性的影响程度最大,可重点对瓦斯放散初速度、开采深度进行预处理以产生更为理想的预测效果;该预测模型能更好地考虑影响因素对突出危险性的综合影响,改善煤与瓦斯突出危险性预测的准确性。     

基于优化的量子门节点神经网络的煤与瓦斯突出预测

为了精准地预测煤与瓦斯突出风险等级,提出了一种基于子维进化的粒子群优化算法(sdPSO)和量子门节点神经网络(QGNN)的瓦斯突出风险等级预测模型sdPSO-QGNN.利用灰色关联分析(GRA)对突出影响因素进行降维处理,将筛选出的主控因素作为QGNN的输入,利用sdPSO对量子门节点神经网络参数进行优化,以提高量子门节点神经网络的全局与局部搜索能力,建立sdPSO-QGNN的瓦斯突出风险等级预测模型,实现对瓦斯突出风险的预测.实验结果表明,与BP(back propagation)神经网络、对称Alpha稳定分布的概率神经网络(SαS-PNN)、免疫粒子群算法优化的支持向量机(IPSO-SVM)、Memetic算法优化的极限学习机(Memetic-ELM)等预测模型相比,所提方法在提升模型泛化能力、提高预测精度方面效果显著.     

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。     

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PCA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,提出了一种基于主成分分析(PCA)和案例推理(CBR)的煤与瓦斯突出预测方法。考虑煤与瓦斯突出多种影响因素,利用案例推理技术对煤与瓦斯突出危险性进行预测。同时采用一种基于PCA的案例描述特征权值确定方法,以提高案例检索效率以及煤与瓦斯突出预测准确率。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和稳定性更高,预测平均误差和最大误差分别仅为0.154%和0.77%,远小于模糊神经网络方法和专家给定权值的案例推理方法。     

基于KPCA和CIPSO-PNN的煤与瓦斯突出强度辨识模型

为了实现对煤与瓦斯突出强度等级的准确辨识,提出将核主成分分析( KPCA)和改进概率神经网络相结合,建立煤与瓦斯突出的强度辨识模型。根据煤层条件和生产条件,确定影响煤矿瓦斯突出的相关基础参数并对其进行测定,采用KPCA对该参数集进行降维处理,提取出可以表征煤与瓦斯突出的敏感参数作为辨识模型的输入值。利用混沌免疫粒子群算法( CIPSO)优化概率神经网络(PNN)的σ参数,以克服PNN中平滑参数σ单一而导致的分类错误,避免了人为因素的影响,提高辨识模型的精度。实例分析结果表明,相比BP、PNN、PSO￣PNN等方法,该方法对煤与瓦斯突出强度进行辨识,结果更为准确。     

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KPCA和改进极限学习机的煤与瓦斯突出危险性判识

为实现煤与瓦斯突出危险性的准确、快速地动态预测,提出构建基于KPCA-BA-ELM的突出危险性耦合预测模型。根据煤与瓦斯突出综合作用机理,确定突出各影响因素参数;利用核主成分分析(KPCA)对样本数据进行预处理,提取出主成分序列;利用蝙蝠算法(BA)优化极限学习机(ELM)模型,并与BA-ELM、ELM、SVM和BP等模型共同进行突出危险性预测,验证模型的优越性。结果表明：基于KPCA-BA-ELM突出危险性预测模型平均绝对误差为4.560,平均相对误差为3.478%,运行时间为1.286s,较其他模型具有精准的判识度和较高的泛化能力;能充分挖掘突出时空演变的内部隐含规律,有效诠释突出危险性与其影响因素间的非线性关系。     

主成分—费歇尔判别模型在煤与瓦斯突出等级预测中的应用

针对现有煤与瓦斯突出预测方法存在计算过程较复杂、预测主观性强、预测精度较低等问题,构建了主成分-费歇尔判别模型,并将其应用于某煤矿的煤与瓦斯突出等级预测。从瓦斯因素、煤体结构及地质构造方面分析得出了影响该矿煤与瓦斯突出的因素包括瓦斯压力、瓦斯含量及瓦斯放散初速度等指标。以影响该矿煤与瓦斯突出的23组实测数据为基础,首先利用主成分分析模型对影响该矿的煤与瓦斯突出因素进行降维,提取与指标相关度较高的5个主成分,然后将5个主成分输入费歇尔判别模型,并根据判别函数对样本进行煤与瓦斯突出等级预测。应用结果表明:主成分-费歇尔判别模型具有较高的可信性,能对煤与瓦斯突出等级进行准确预测,训练样本的正确率为100%,待测样本的预测结果也与该矿煤与瓦斯突出的实际情况相符,误判率为0,为准确预测煤与瓦斯突出提供了一种新方法。     

一种改进的极限学习机煤与瓦斯突出预测模型

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.为了提高煤与瓦斯突出预测模型的预测精度,提出了一种改进的极限学习机煤与瓦斯突出预测模型.首先利用核主成分分析法对煤与瓦斯突出的影响指标进行降维简化处理,提取指标数据的主成分序列;把主成分序列分为训练样本和验证样本,然后在训练阶段,使用训练样本通过结合了全局搜索和局部搜索的文化基因算法对极限学习机的输入权值和隐含层偏差进行优化,得到最佳预测模型;最后,在最佳预测模型中,用验证样本对煤与瓦斯突出强度进行预测.通过实例验证,该模型能够有效预测煤与瓦斯突出强度.与BP、SVM、ELM、KPCA-ELM等预测模型相比,该模型具有更高的预测精度.     

基于IPSO-Powell优化SVM的煤与瓦斯突出预测算法

针对基于支持向量机(SVM)的煤与瓦斯突出预测算法存在预测精度和可靠性不高,选择核函数时未考虑非线性数据的分类,对非线性分布的煤与瓦斯突出影响因素提取效果较差的问题,提出了一种将改进的粒子群(IPSO)算法与Powell算法相结合(IPSO-Powell)优化SVM的煤与瓦斯突出预测算法.首先通过灰色关联分析提取出煤与瓦斯突出主控因素,即瓦斯放散初速度、瓦斯压力、开采深度、瓦斯含量和煤体破坏类型,作为算法的输入样本;然后运用IPSO算法改善粒子群算法(PSO)的早熟收敛性,结合Powell算法进行局部搜索得到最优解,对SVM算法的惩罚系数和高斯核函数参数进行寻优,得到SVM的最优参数组合;最后将煤与瓦斯突出的主控因素输入到SVM中进行分类,并将其与实际测试集分类结果进行对比,实现煤与瓦斯突出预测.仿真结果表明:与SVM算法、GA-SVM算法、PSO-SVM算法相比,利用IPSO-Powell优化SVM算法进行煤与瓦斯突出预测,具有更高的预测精度,同时提高了SVM求解过程的运算效率,能同时满足煤与瓦斯突出预测的精度和可靠性要求,准确率达到95.9%.     

基于小波KPCA与IQGA-ELM的煤与瓦斯突出预测研究

为有效预防煤与瓦斯突出灾害,针对煤与瓦斯突出预测精度和效率不高问题,提出基于小波核主成分分析(KPCA)和改进的极限学习机(IQGA-ELM)的煤与瓦斯突出预测方法.通过小波核主成分分析法对原始致突指标进行非线性降维处理,提取出致突指标主成分序列,将其作为极限学习机(ELM)网络神经的输入,利用改进量子遗传算法(IQGA)对ELM的输入层权值和隐含层阈值进行优化,建立小波KPCA-IQGA-ELM预测模型,模型的输出为煤与瓦斯突出强度的预测结果.研究结果表明,该模型泛化能力强,可以对煤与瓦斯突出强度进行有效预测.     

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。     

基于ICA-SVM的煤与瓦斯突出预测研究

影响煤与瓦斯突出的因素很多且错综复杂,而现有的煤与瓦斯突出预测方法所考虑的影响煤与瓦斯突出的因素较少,针对大量指标属性时无法进行有效的分析处理。针对该问题,文章提出了一种基于ICA-SVM的煤与瓦斯突出预测方法。该方法首先通过独立成分分析方法对所选指标属性进行特征提取,然后利用支持向量机模型对煤与瓦斯突出进行预测分析。预测结果表明,基于ICA-SVM的煤与瓦斯突出预测方法的预测准确率高,且运算速度快,识别分类能力强,效果较好。     

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。     

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。     

基于瓦斯浓度变化的煤与瓦斯突出预警技术

为实现掘进工作面煤与瓦斯突出的实时、准确和超前预测,提出了一种基于瓦斯浓度变化的煤与瓦斯突出预警方法,通过掘进工作面煤体瓦斯压力反演技术,确定了煤与瓦斯突出临界条件,构建了煤与瓦斯突出预警模型,在此基础上研制了基于瓦斯浓度变化的非接触式煤与瓦斯突出预警系统。应用结果表明,该系统能够实时监测掘进工作面瓦斯浓度变化和风量信息,并提前一个工作班次对煤与瓦斯突出区域进行非接触实时灾害预警。