在线极限学习机在岩爆预测中的应用

为有效预测地下工程岩爆的发生及烈度,结合地下工程岩爆的特点,分析岩爆影响因素及相关判别依据,选取围岩最大切向应力σ与岩石抗压强度σc之比σ/σc、岩石抗压强度σc与岩石抗拉强度σt之比σc/σt以及弹性能量指数Wet为判别因子,引入在线极限学习机理论,建立了岩爆预测的OS-ELM判别模型。以搜集到的国内外15组工程岩爆数据进行训练建模,训练完成后将样本数据做输出预测,得到模型的预测精度达97.98%,并与SVM、BP模型进行对比分析,结果表明,OS-ELM模型精度优于SVM和BP模型。利用该模型对国内两处隧道岩爆情况进行预测,结果与实际情况基本相符。研究表明,OSELM判别模型在岩爆烈度分级上具有良好的适用性和有效性。     

深井硬岩矿山岩爆灾害预测研究

岩爆是深井硬岩矿山常见的地质灾害之一.岩爆倾向性指标主要有弹性能量指数、线弹性能、冲击能量指标、脆性系数、Russenses判据等.根据国内外矿山和地下工程岩爆实例的统计分析,Russenses判据是明显有规律性的岩爆倾向性指标.冬瓜山铜矿是典型的深井硬岩矿山,依据其地质特点,采用Russenses判据预测了该矿发生岩爆的可能性.     

基于改进组合赋权的岩爆多维云模型预测研究

岩爆是地下开挖工程主要的地质灾害之一,其烈度分级预测是一个急需解决的世界性难题。针对其预测过程中的不确定性,选取切向应力与岩石单轴抗压强度比σ_θ/σ_c、岩石单轴抗压强度与抗拉强度比σ_c/σ_t、弹性变形能指数Wet建立评价指标体系,以改进熵权-基于指标相关性的指标权重确定方法(CRITIC)综合计算预测指标权重,结合不确定性人工智能理论,将逆向云发生器算法用于确立多维云模型的3个数字特征,生成所有预测指标的多维云模型。用国内外48组典型岩爆实例数据检验本文模型的准确性与有效性,并与基于权重融合的云模型、一维正态云模型的预测结果进行对比。结果表明:该模型应用于岩爆预测有更高的准确性。     

地下工程岩体岩爆倾向性微观机制研究

为提高地下岩爆灾害预测的准确性,考虑岩石的岩性,选取大理岩、花岗岩、角岩和矽卡岩进行力学和微观试验,研究具有岩爆倾向性岩石的微观机制,建立基于莫氏硬度的岩爆倾向性串并联模型。计算4种岩石的加权模式硬度。结果显示,串联加权莫氏硬度大于6.0、并联加权莫氏硬度大于0.5的岩石表现出强烈的岩爆倾向性,串联加权莫氏硬度小于4.0、并联加权莫氏硬度小于0.3的岩石表现出较弱的岩爆倾向性。试验结果表明,岩石的岩爆倾向性主要与岩石的微观结构、矿物组成和解理条件等有关,含坚硬、储能能力强的矿物的岩石有强烈岩爆倾向性。     

基于组合赋权的混合粒子群优化支持向量机的岩爆倾向性预测

为有效预测岩爆灾害发生烈度,提出一种基于组合赋权的混合粒子群优化支持向量机(H-PSO-SVM)岩爆倾向性预测模型。根据岩爆发生机制,在分析岩爆发生的主要影响因素的基础上确定出评判指标;综合考虑模糊层次分析法(FAHP)所得主观权重和熵权法所得客观权重,应用调和平均数概念,构建组合赋权准则;引入遗传算法交叉、变异操作改进传统粒子群(PSO)极值跟踪和粒子更新方法,建立H-PSO-SVM岩爆倾向性预测模型。利用国内外已有工程实例数据进行50次随机抽样试验,对比分析H-PSO-SVM模型和PSO-SVM模型等预测结果。结果表明:H-PSO-SVM模型应用于岩爆工程实例预测具有可行性和适应性,模型预测的准确率高于其他模型,且预测结果更稳定。     

基于反赋权与MBCT-SR多维云模型算法岩爆预测研究

基于岩爆事故的模糊性与随机性特征,为解决在当前岩爆烈度等级预测研究中,通过正向云发生器经验式计算多维云模型特征值进而导致预测结果主观性较强的问题.本文选取应力比Ts=σθ/σt、岩石脆性指数B=σc/σt以及弹性应变储能指数Wet作为评价指标,结合机器学习理论,采用多维逆向MBCT-SR云发生器算法对岩爆等级进行预测,...     

基于不同指标无量纲化方法的岩爆预测模型优选

为研究不同指标无量纲化方法对岩爆等级预测模型精度的影响，提高岩爆预测准确率，选取应力系数、脆性系数和弹性能量指数作为预测指标。基于104组岩爆实例大样本数据，采用统一极差处理法、差异化极差处理法、平均化处理法和归一化处理法4种指标无量钢化方法，对预测指标的原始数据进行处理，建立不同的岩爆预测距离判别模型并进行工程实例应用。研究结果表明:基于平均化处理法的岩爆预测模型的回判准确率高达97.1%；对不同矿山、隧道和水电站的6个工程实例的预测结果符合实际情况，说明其是一种准确率高、方便实用的岩爆预测模型。     

熵权TOPSIS模型在地下工程岩体质量评价中的应用

选取岩石单轴抗压强度、岩体质量指标、岩体变形模量、岩石泊松比、岩石抗剪强度、结构面摩擦因数、地下涌水量和结构面产状作为评价指标,通过计算指标原始数据的信息熵确定各指标权重,在此基础上,建立基于熵权TOPSIS法的地下工程岩体质量模型,并应用于工程实例,研究表明:采用熵权计算权重,能够依靠原始数据本身而不依赖人的主观判断,且计算过程简单;基于熵权TOPSIS法的地下工程岩体质量评价结果与实际情况均完全一致,能够应用于地下工程岩体质量评价中。     

RF-AHP-云模型下岩爆烈度分级预测模型

为准确可靠地预测岩爆灾害,将随机森林(RF)与层次分析法(AHP)结合,在RF分析指标重要性的基础上优化AHP法,构建RF-AHP指标权重计算方法;结合云模型理论,建立基于RFAHP-云模型的岩爆烈度分级预测模型;通过文献调研法,建立包含301组岩爆工程实例的数据库作为岩爆烈度分级预测的样本数据,并分析25组预测样本的岩爆预测结果。结果表明:所提模型预测准确率达88%以上,可判定预测样本的岩爆烈度等级;经验证,作为预测模型核心的RF-AHP指标权重计算方法具备一定的合理性。     

基于粗糙集和加权灰色关联分析的岩爆预测

本文选取影响岩爆发生的五项指标作为岩爆预测的关键影响因素:最大主应力、单轴抗压强度、岩石点荷载强度、岩体完整性系数和弹性变形指数。通过采用粗糙集理论确定岩爆预测影响因素的权重,利用加权灰色关联分析对某工程的岩爆发生情况进行了预测。预测的结果与现场实际状况相吻合,说明运用该方法预测岩爆是合理的。     

基于改进组合赋权-TOPSIS法的岩爆倾向性评判模型

针对岩爆倾向性评价模型中指标权重难以确定导致预测精度不高的问题，提出1种基于改进组合赋权-TOPSIS法的岩爆倾向预测模型。综合考虑岩爆发生条件，选取岩性条件、应力条件和围岩条件3项准则对应的15个岩爆倾向性判别指标。采用3标度法的改进层次分析法（IAHP）与熵权法（EWM）结合，消除主、客观因素影响获得最优权重，运用逼近理想解法(TOPSIS)分析评判对象与虚拟理想解的贴近程度，从而判断岩爆倾向性等级。研究结果表明:弹性能量指数Wet、动态DT参数、能量储耗指数k、T准侧和应力指数S对岩爆倾向性影响较大；该模型对岩爆倾向性预测准确率高于85%，可为类似地下岩土工程岩爆倾向性预测提供理论支撑。     

基于GA-ELM的冲击地压危险性预测研究

为提高冲击地压预测的效率和准确率,在分析冲击地压影响因素的基础上,提出了一种将遗传算法(GA)与极限学习机(ELM)相结合的冲击地压预测的新方法。为了避免ELM受输入权值矩阵和隐含层偏差随机性的影响,算法采用GA对ELM的输入权值矩阵和隐含层偏差进行优化,建立GA-ELM冲击地压预测模型。利用某矿冲击地压统计数据对该模型进行了实例分析,将ELM、SVM和BP算法预测结果与该模型进行了对比分析。结果表明:GA-ELM模型具有较高的预测精度,可以相对准确、有效地对冲击地压发生的可能性进行预测。     

基于距离判别分析法的冲击地压预测研究

考虑影响冲击地压的矿山地质因素和开采技术因素,提出预测预报冲击地压危险性的距离判别分析方法。选用煤层开采深度、顶板岩性、地质构造复杂程度、煤层倾角、煤层厚度、开采方法、有无煤柱、炮采或综采8项指标作为距离判别分析模型的输入变量,并以工程实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行预测。研究结果表明,距离判别分析模型学习性能良好,预测精度高,回判估计的误判率为零,是冲击地压预测预报的一种有效而实用的方法。     

煤体电荷感应信号评价冲击危险性试验研究

为完善冲击地压矿井的冲击危险性评价方法,提高冲击危险性预测的准确率,应用自主研制的煤岩电荷监测系统,选择典型冲击地压矿井的煤样,开展了煤体单轴压缩冲击危险性测试与电荷感应监测试验研究。基于冲击地压扰动响应失稳理论,将应变软化阶段产生的电荷信号变化作为预测冲击地压发生的前兆信息,得到了煤体冲击危险性指标的临界软化系数Kρ、临界应力系数Kp及其冲击危险的等级分类标准,分析了煤体电荷感应信号的电荷事件数CSJ和电荷事件的平均幅值CFZ参量与冲击危险性指标Kρ和Kp之间的量化关系。结果表明:煤样破裂应力峰后,冲击倾向性K与电荷事件数CSJ呈指数递减关系,与CFZ呈指数递增关系;随着Kρ或Kp的增大,煤样应力峰后CSJ呈幂函数关系递增,应力峰后电荷平均幅值CFZ呈一次函数关系递减,以此可预测煤体的冲击危险程度,最后得到了河南某矿煤层冲击危险性的应力峰后冲击危险等级的CSJ和CFZ判据与划分标准。煤体冲击危险性电荷感应信号评价方法为冲击地压矿井冲击危险性评价提供了一种新的方向,对现场煤层冲击危险性评价具有指导作用,但也还需要开展大量现场试验对其进行不断修正和完善。     

基于钻杆推力法结合钻杆位移预测围岩应力的研究

为准确预测矿井冲击地压的发生规律,基于钻杆推力法结合钻杆位移理论,建立钻杆力学模型,利用新型钻削设备,结合钻削采集测试试验。根据试验数据绘出在不同围压轴压下推力、位移随时间的变化曲线,对应力变化进行预测。根据建立动力学模型及公式推导进而得出预测冲击地压的规律,通过测试钻杆推力估算煤体应力的大小,进而预测冲击地压的危险性。研究结果为煤矿动力灾害预测预报提供一定的理论与实验基础。     

基于模糊综合评判的冲击地压危险性分区预评价技术研究

为解决采煤工作面冲击地压危险性难以准确分区预评价的难题,运用模糊综合评判法建立冲击地压危险性评价模型,模拟工作面开采过程,对工作面开采过程中不同区域煤体应力影响因素进行综合分析,评判冲击危险性,实现了采煤工作面冲击危险性分区预评价。根据专家现场经验和试验研究结果,确定了影响冲击地压危险性等级的7个主要影响因素,采用层次分析法,确定各个因素的权重。评价模型在山东某煤矿3105工作面进行了应用,得到7个高度危险区,4个中度危险区,评价结果与现场实际基本吻合,表明该模型是合理可行的。     

特厚煤层巷道冲击特征及冲击危险性评价方法研究

通过研究特厚煤层巷道能量储存、应力分布及围岩强度特征,揭示了特厚煤层巷道与薄及中厚煤层相比具有储存能量多、应力影响范围广及围岩强度低的主要冲击特征。基于特厚煤层巷道冲击特征和冲击地压启动理论,提出了综合弹性能指数、应力比指数和冲击能量速度指数的冲击危险性评价多元指数法,建立了特厚煤层巷道冲击危险性的综合评价指标体系。将该评价指标体系应用于陕西某矿特厚煤层掘进期间巷道冲击危险性评价,根据评价结果对冲击地压危险区域采取了合理的卸压措施,保证了工作面的安全开采。     

考虑岩石抗拉强度受围压影响的地层破裂压模型

预测地层破裂压力是地下流体注入工程中的关键问题，关系到工程的稳定性和安全性。根据地测资料，岩石的抗拉强度会随着围压产生变化，然而目前常见的地层破裂压预测模型均未考虑该因素。基于厚壁圆筒法，针对2种砂岩开展不同围压条件下的砂岩致裂试验，根据试验数据，计算各组试验中试样的抗拉强度，并拟合围压与岩石抗拉强度的关系函数。研究岩石抗拉强度随围压变化的规律，提出能在实际地层中表征该规律的参数，基于该参数对现有的地层破裂压模型进行修正，并结合实测数据验证修正模型的可靠性。研究结果表明:岩石的抗拉强度随着围压的增加呈现明显的线性正相关关系，低围压下，新模型的预测结果与实测数据较为接近。随着围压增加，二者的差异逐渐增大，说明选取的特征参数在低围压下能较好地描述抗拉强度受围压的影响效应，而高围压下参数的取值需进一步研究。