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...     

基于灰色关联度分析的矿井突水水源识别研究

利用地下水化学资料,引入灰色关联度分析法对保德煤矿地下水水样数据进行了关联度计算并得到关联序,定量研究了待定水样与标准水样的关联度,从而确定了待定水样所属含水层,为矿井生产快速判定矿井地下水水源提供了科学的依据.     

灰色关联度在矿井突水水源判别中的应用

以灰色理论为基础,利用灰色关联度方法对矿井潜在突水水源的水质情况与突水水样进行多变量关联分析与计算,并通过工程实例进行取样验证,计算结果表明,该矿大青灰岩含水层的3个取样点关联度最高,说明大青灰岩水与矿井突水水样的关系密切,由此可以判定突水水源是大青灰岩含水层,通过进一步的分析与验证,突水水样为大青水的判断是可靠的。     

基于熵权-模糊可变集理论的煤矿井突水水源识别

在阐述熵权法和模糊可变集理论的基础上,针对平顶山煤田首山一矿和十三矿4个充水水源中所提取的23个水样,构建了识别矿井突水水源的数学模型,并利用该模型对8个水样进行了来源识别。结果表明:各类充水水源中Ka~++Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-等6项化学指标值在区间特定值附近出现的概率比较高,可用模糊可变集理论识别突水水源;熵权法计算的Ka~++Na~+和Ca~(2+)权重值分别为0.270 8和0.371 3,远高于其他指标的权重值,且其权重值之和占64.21%,说明两项指标在矿井突水水源识别中起主要作用;8组水样识别时,除水样8识别结果不符合实际外,其余均与实际类型相符,其准确率为87.5%;对于平顶山煤田来说,识别模型中的优化准则参数a选取2时,熵权-模糊可变集模型识别突水水源的准确性更高;应依据丰富的时空水质检测数据来建立模型并及时应用新的资料予以修正,以保证所建识别模型符合实际并与时俱进。     

模糊概率法在识别矿井突水水源中的应用

鹤壁矿区主要充水层地下水水化学特征存在明显的差异,基于突水后水质分析资料,采用模糊概率法和特征指标法对矿井突水水源进行识别,识别正确率达到91．7％。这一方法为矿井突水后及时确定突水来源开辟了新的途径。     

动态权-集对分析模型在矿井突水水源识别中的应用

矿井突水是煤矿生产的主要威胁之一,准确判定矿井突水水源是突水灾害防控的重要环节。为进行矿井突水水源识别,基于动态权和集对分析理论,针对葫芦素井田5种不同含水层中所提取的53组水样,选取K~++Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO■及HCO■六项水化学指标作为识别因子,确立了其水源识别区间,构建了矿井突水水源识别的数学模型。然后利用10组已知矿井水样验证水源识别模型,最后使用该模型对2015-04-26葫芦素井田21102工作面突水进行水源识别。结果表明:动态权重综合考虑主客观权重,既削弱了人为因素的影响,又考虑了识别指标的实际情况,权重赋值合理。利用动态权计算的6项识别因子中,SO■,Cl~-,K~++Na~+的权重值分别为0.38,0.25及0.20,远大于其他3项指标且其权重之和占总权重的83%,在突水水源识别中起决定性作用。利用10组已知矿井水样验证动态权-集对分析水源识别模型,9组识别结果与实际情况完全吻合,仅有1组第四系水样识别结果与实际不符,为建模时第四系样本数据少,待测水样超出识别区间所致。使用已建模型识别葫芦素井田21102工作面突水水源,判别结果与实际完全一致,因21102工作面突水几乎均来自直罗组与白垩系,而直罗组与白垩系建模样本量大,所建识别区间合适。大量的水质数据及准确的识别区间是动态权-集对分析模型进行准确突水水源识别的基础与保障。     

八景煤矿区应用灰色关联度法判别涌突水水源

应用灰色关联度法对八景煤矿区的11次涌突水水源进行判别,取得较好的效果,指出灰色关联度法的优点及应用中应注意的事项。     

基于PCA-Bayes综合判别的矿井突水水源判别研究

根据矿井各含水层水化学成分的差异性,选取多种水化学成分指标作为突水水源识别的样本变量,综合利用多元统计分析技术、Bayes逐步判别法和PCA-Bayes综合判别法作比较,采用SPSS软件建立Bayes逐步判别模型、PCA-Bayes综合判别模型,以煤矿不同含水层的水化学资料中的多组样本为依据,利用该模型进行工程应用。结果表明：PCA-Bayes综合判别模型提高了突水水源判别的准确率和判别速度,实现了对矿井突水水源快速有效判别,为防治突水事故提供了有力的依据和判别方法。     

基于模糊概率法的矿井突水水源识别模型探讨

小浪底水库蓄水,使得淹没区范围内的新安煤矿矿井水文地质条件发生显著变化,矿井突水的危险性增大。及时准确地判断突水水源是矿井防治水工作中的关键环节。采用水质指标判断结合模糊概率模型识别矿井突水水源的方法,建立基于模糊概率法的矿井突水水源识别模型,通过监测校验,试验水样识别准确率达到90%以上。研究成果对于矿井突水水源的现场识别及后续针对性防治工作具有一定指导意义。     

矿井突水水源的PCA-GRA判别模型研究

为了快速准确地识别突水水源,选取Ca2+、Na++K+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-共6个判别指标,结合主成分分析理论和灰色关联理论,建立了PCA-GRA突水水源判别模型。先采用主成分分析法对38个水样的水质指标进行降维处理,然后利用灰色关联分析法根据关联度对未知水样进行判别。将该模型应用于11组待判水样的判别,判别结果正确率为100%。而PCA-Bayes判别模型识别精度是81.8%。因此,PCA-GRA突水水源判别模型能够有效地提高识别精度,迅速准确地判断突水水源,为矿井安全生产提供保障。     

基于Piper-PCA-Fisher模型的矿井突水水源识别

矿井水害的发生时刻威胁着煤炭的安全生产,同时也造成了严重的经济损失。为了迅速和准确地识别突水水源,选用Piper三线图对采自矿区突水含水层的41个水样进行筛选,得到32个典型水样作为训练样本,采用主成分分析法提炼出3个主成分作为判别指标,建立了水源判别模型;采用留一交叉验证法对模型的预判分类稳定性进行评价,模型对样本总体分类的准确率达到81.3%。并对焦作矿区11个未知水样进行水源判别,错误1个。并将预测结果与Fisher模型进行对比。结果表明,基于Piper-PCA-Fisher的判别模型能有效提高判别精度,为矿井安全生产提供保障,为矿井开展防治水工作及地下水资源合理开发利用提供理论依据。     

有机-无机联合矿井突水水源判别方法

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)在随地下水运移过程中,不同含水层水中DOM含量、类别、荧光强度等均存在较明显差异,因此结合无机水化学,开展了有机-无机联合的矿井突水水源判别方法研究,结果表明:地下水中无机组分浓度分布具有垂向分带性,利用pH、矿化度(TDS),HCO3,SO4等无机指标,可以判别浅部含水层和深部含水层水化学特征差异; DOM进入含水层后发生氧化还原反应强烈,其浓度(TOC含量和UV254)变化快、差异大,可以识别地表水与第四系水的水化学特征;第四系与白垩系含水层,以及覆岩破坏范围内的细分含水层,水中无机组分和有机组分含量非常接近,而荧光指纹技术灵敏度高,可以根据3DEEM光谱图分析DOM类型和荧光峰强度等差异,区分相邻含水层的水化学特征差异。陷落柱等地质异常体作为特殊的地质环境体,其内部水体中DOM相对丰富,其DOM含量和荧光指纹特征与奥灰水差异显著。将有机-无机联合开展不同含水层水化学特征分析,能够很好地区分不同水源,为矿井突水事故发生时快速判别水源提供科学依据。     

基于WOA-ELM算法的矿井突水水源快速判别模型

我国是世界上煤炭生产量和消耗量最大的国家,但由于水文地质条件复杂,在煤矿生产过程中煤层顶底板突水事故频发,常常造成严重的经济损失和人员伤亡,快速精准地判别水害来源是矿井突水水害防治的关键步骤。基于河北开滦赵各庄矿的67个水样实测数据,将Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO24-,HCO3-六种离子的物质的量浓度作为输入项,突水水源类型为其输出项,应用鲸鱼优化算法(WOA)改进极限学习机(ELM)形成WOA-ELM判别模型实现突水水源判别。研究结果表明:以往的单一极限学习机具有稳定性差的缺点,采用鲸鱼算法对其权值和阈值进行迭代寻优,通过环形包围、气幕袭击、随机搜索3种方式的鲸鱼优化算法对最优参数进行搜索,收敛速度快、全局搜索能力强。根据座头鲸捕食行为建立的数学模型,由于猎物(突水)位置不确定,WOA算法首先假设当前的最佳候选解是目标猎物位置或最靠近猎物的位置,然后通过随机产生向量A和概率p来决定鲸鱼更新位置的方式。当|A|>1时随机搜索猎物;当|A|<1时,以0.5为分界点,p<0.5选择环形包围模式,p>0.5则通过螺旋运动来更新位置。依据最低适应度值得到最...     

矿井涌水来源综合分析及其防治对策

尝试将灰色关联分析法与水化学分析法有机结合，为矿井涌水来源分析与防治水提供便捷的分析方法，努力使之成为矿井涌（突）水来源分析的有效手段，为矿山防治水工作提供新的分析思路与工作方向，同时为地面注浆减沉与井下防治水安全生产等工程活动提供可靠的依据。     

基于矿山物联网的矿井突水感知关键技术研究

从感知矿山理念与物联网三层架构出发,以网络化测量、智能传感器、地球信息科学、数据挖掘等新兴学科与水文地质、采矿、地球物理等传统矿山学科相互交叉为手段,分析了矿井突水信息采集、传输、处理与预警技术现状,论述了矿山物联网条件下实现矿井突水感知的关键技术。在感知层,以网络化测量与智能传感器为关键技术,构建多物理场网络化分布式监测系统;在网络层,利用空间数据仓库、三维地学模拟系统和云计算搭建突水云服务平台,实现矿井突水多源异构信息的高效存取与三维复合分析,为构建突水专家云提供基础;在应用层,以多源信息融合为关键技术,提出了一种多模型组合的矿井突水预警方法,将静态预测与实时预警相结合,充分利用历史与实时数据,增大突水预警判据的信息量。最后指出了建设整个系统需要分3个阶段逐步实施。     

基于水力学与水化学耦合的矿井涌(突)水水源识别方法研究

解决当前水源识别仅考虑矿井水化学特性及水位观测等少量因素,缺乏矿井突水力学支撑相关问题,以林西煤矿1021中回采工作面为例,提出了一种基于水力学与水化学耦合的矿井涌(突)水水源识别方法。该方法首先根据封闭不良钻孔、断层、老空区、底板等矿井突水力学模型,求解涌(突)水点不同水源或通道突水的临界防隔水煤岩柱厚度Lv|其次对比Lv和实际隔水煤岩柱厚度Le之间定量关系,判定不同水源突水的先验概率|然后以先验概率为纽带,利用贝叶斯判别分析,建立基于水力学与水化学耦合的矿井突水水源识别模型|最后利用该模型对1021中回采工作面涌水点水源进行验证识别。研究结果表明：由于第Ⅲ含水层、第Ⅳ含水层水化学特征相似,建立单一的水化学识别模型,会将涌(突)水点水源误判为第Ⅲ含水层水。而基于水力学与水化学耦合的水源识别模型可精确识别出该涌(突)水点水源属于第Ⅳ含水层水,判识结果与工程实际情况一致,有效提高了矿井涌(突)水水源识别精度。     

基于应力-渗流-损伤耦合作用下煤矿突水模拟

突水是影响煤矿安全生产的重大灾害问题之一。本文以山西阳泉煤矿顶板突水为例,考虑突水破坏过程中岩体损伤的判别依据,及其对煤岩体力学性质的影响,建立应力-渗流-损伤耦合模型,阐述了煤岩体破坏的损伤演化过程与渗流突水机理。结果表明,顶板岩体损伤区域贯通、两侧裂隙网络交汇是造成阳泉煤矿顶板突水的根本原因。在此过程中,煤岩体中的裂隙延展、渗流状态与应力演化之间的相互作用,导致岩体损伤破裂形成贯通性的导水通道,诱发突水灾害的产生。研究结果为矿山隔水煤柱的留设提供了依据,也为煤矿顶板突水问题提供了研究思路。