煤层底板突水危险性预测的熵权-正态云模型

为克服煤层底板突水危险性分级时的不确定性和模糊性,建立一种用于煤层底板突水危险性分级预测的熵权-正态云模型。选取13个影响因素构建评价指标体系,通过熵权法(EWM)得到各评价指标权重,利用正态云模型计算综合不确定度,进而得到预测结果,以肥城矿区的14个地质块段作为检测样本,预测底板突水危险性等级。结果表明：该模型的预测结果基本与实际情况相符,且较层次分析法(AHP)在预测准确性和误差上更具优势,准确性提高7.14%,平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别降低0.21、0.35、0.069、0.27。     

煤层底板突水危险性GSPCA-LSSVM评价模型

为快速、准确地评价煤层底板突水危险性,选取水压等作为影响因素,以其灰色关联度作为灰色主成分分析(GSPCA)的协方差矩阵,提取信息不重叠的灰色主成分,并将该成分作为最小二乘支持向量机(LSSVM)的输入向量,底板突水危险性作为LSSVM输出向量,建立煤层底板突水危险性GSPCA-LSSVM评价模型;将20组实测数据作为训练样本训练模型,采用回代估计法进行回检;利用训练好的模型对5组检验样本进行评价。结果表明:利用GSPCA提取的主成分考虑原影响因素不完备性,包含其超过91.97%的信息,减少信息冗余;经GSPCA处理后LSSVM计算复杂度降低;用GSPCA-LSSVM模型评价煤层底板突水危险性,结果与实际情况基本吻合。     

基于未确知测度理论的煤层底板突水危险性评价

运用未确知测度理论,建立煤矿奥灰岩岩溶水类底板突水评价模型。选取煤层底板的地质构造(断裂构造密度、褶皱、断层导水性、岩体的裂隙发育情况)、水文地质条件(水压、含水性、岩溶含水层发育情况、强水源补给情况)、底板隔水层条件(隔水层厚度、岩石力学强度以及隔水岩层的完整性)、开采条件(采厚和采深)4个一级指标、13项二级指标作为未确知测度模型的判别指标;根据指标值的类型采用定量或定性的方法对其进行分级和赋值,建立评判集,进而构建单指标测度函数。将13个突水评价指标值代入单指标测度函数计算得到单指标测度评价矩阵。利用信息熵理论获得各判别指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得出煤层底板突水危险性评价结果。利用该方法对肥城矿区14个地质块段的煤层底板突水危险性进行评价,结果表明,该评价结果与矿山实际情况相符。     

煤层底板突水危险性的PNN预测模型研究及应用

为准确有效地预测煤层底板突水的危险性,在分析大量观测实例数据的基础上,选取底板含水层水压、煤层采高、隔水层厚度、断层落差、煤层倾角和断层距工作面距离等6项指标作为影响煤层底板突水的初始特征指标。针对指标之间具有相关性的问题,利用主成分分析(PCA)法提取6项特征指标的主成分,将其作为概率神经网络(PNN)的输入向量,建立基于PCA的煤层底板突水危险性的PNN预测模型。选取21组煤矿实测数据作为学习样本,用于训练模型。采用回代估计法对模型回检。利用学习好的模型,预测另外4组矿井突水数据样本。结果表明,该方法有效降低了指标数据相关性,实现了降维,使PNN模型工作复杂度减弱。将该模型应用于工程实例中,所得预测结果准确率为100%。     

基于层次分析法的矿井突水风险模糊综合评价

突水风险评价是矿井水害预控管理的重要内容,应用层次分析法与模糊数学理论,对矿井的突水风险进行科学与合理评价。在评价过程中,建立了矿井突水风险评价指标体系,通过比较矩阵的计算确定出突水风险各相关因素的影响权重,并进行权重总排序,找出矿井突水主要影响因素。基于该评价体系,建立二级模糊综合评价模型。应用表明:该评价方法能够对多个定性与定量指标影响的评价进行综合权衡,比较准确有效地反映出矿井突水风险等级。     

基于PCA_Fuzzy_RF模型的煤层底板突水预测

针对煤层底板突水问题,提出了基于主成分分析、模糊数学和随机森林的一种新预测模型。首先通过主成分分析将6个影响因素(水压、采高、隔水层厚度、断层落差、煤层倾角、断层距工作面距离)进行降维,提取4个主成分因子,其次对主成分因子进行模糊化,作为随机森林模型的输入变量,建立基于PCA_Fuzzy_RF的煤层底板突水预测模型。利用华北矿区实测资料的50组数据作为PCA_Fuzzy_RF模型的训练数据,10组数据作为测试数据,并将预测结果与BP神经网络及Fisher模型进行对比分析,结果表明,PCA_Fuzzy_RF模型的误判率为0,适用于解决煤层底板突水问题。     

煤层底板突水的突变理论预测方法及其应用

基于煤层底板突水的尖点突变特征 ,应用突变理论的方法 ,针对煤层底板突水预测指标监测信号 ,分析了单变量序列尖点突变模型及其稳定判据 ,提出了煤层底板突水的突变理论预测方法。实例表明 ,预测结果与现场工程实际情况相一致 ,证明了该方法可望成为预测煤层底板突水危险性的一条新的有效途径     

底板突水煤层的突变学特征

对建立在力学分析基础上的突水条件进行适当变换，得到煤层底板突水势函数，它符合尖点突变模型。进一步分析，发现煤层底板突水具有突变、缓慢两条路径，并在突水临界点附近具有发散性和４ 模态软化等性质。根据这些特性，可通过调控煤层底板突水条件使之不突水，从而达到煤层底板突水治理并防患于未然的目的。     

基于模糊神经网络的深井底板突水判别研究

通过分析深井底板突水因素的影响作用,建立各影响因素的层次分析结构模型,运用层次分析法计算各影响因素的权重并进行排序,进而选出深井底板突水的主控因素。在该基础上,建立隶属度和隶属函数实现各因素的归一,构建基于模糊神经网络的深井底板突水判别模型,选择合适的网络结构参数以改善神经网络的缺点,并选取样本训练网络,以现场实例为验证样本,以突水等级作为输出结果,该判别表明基本符合工程实践。     

高突危险水体上煤层开采下限及带压开采分区研究

确定开采下限,对高突危险水体上煤层的安全开采具有十分重要的意义。本文基于肥城矿区地质条件,用FLAC3D软件,对开采煤层下伏岩层移动变形规律进行了深入研究,对煤层底板三带范围进行了初步确定;同时,从不同方面对煤层底板开采破坏深度进行了理论计算。根据突水系数、导水带深度、导升带高度和经验数据,确定出正常条件下带压开采的下限(-720m)以及安全措施条件下(底板预注浆处理等)的带压开采下限(-850m)。依据开采下限,对带压开采条件进行了分析,初步形成了高突危险水体上煤层带压开采的分区分类,划分了"开采相对安全区(安全开采区、次安全开采区、条件安全开采区)、深部突水危险区、构造突水危险区",为确定安全开采技术与工艺奠定了理论基础。     

基于小波神经网络的煤层底板突水非线性预测方法研究

针对煤层底板突水系统为一非线性动力学系统的特性,并在考察目前煤层底板突水预测方法的基础上,给出利用小波神经网络对煤层底板突水进行预测的可行性和优越性;阐述了小波神经网络的基本原理;提出和分析了基于小波神经网络的煤层底板突水预测模型及算法;并通过实例证明,应用小波神经网络解决煤层底板突水预测的可行性和优越性。研究及实践表明:小波神经网络的预测精度更高、更准确。     

预抽煤层瓦斯消突效果评价FTA及综合指标优选

针对预抽煤层瓦斯这一区域性防治煤与瓦斯突出措施的消突效果评价,应用事故树分析法(FTA),可根据导致预抽煤层瓦斯后发生煤与瓦斯突出事故的各种可能途径,以及各个诱导因素对事故发生的影响程度,找到可用于消突效果评价的关键因子,进一步分析出评价指标和评价方案.本文构造出了预抽煤层瓦斯后发生煤与瓦斯突出的事故树模型,通过FTA定性分析,得出了预抽煤层瓦斯消突效果评价因子的客观排序,为区域防突措施消突效果评价提供了一种新的理论方法.     

基于改进AHP的地下矿突水风险评价

地下矿突水风险的有效评价是矿井水害防治与安全开采的基本前提与重要基础。为了科学有效地评价地下矿突水事故风险,在深入研究分析与归纳地下矿突水因素的基础上,构建了较为全面的矿井突水事故风险评价指标体系,体系包括7个一级指标,各一级指标有与之对应的二级指标。应用德尔菲法对各项指标进行统一打分并求平均值,对层次分析法进行改进并应用于确定各项指标的权重,然后根据风险评价模型计算出评价结果。最后,结合国内某典型矿山进行实际的应用,所得结果与实际情况一致性较好,说明该方法可以提高矿井突水风险评价的有效性与准确性,具有较好的可行性。     

资源整合矿区水害探测及防治技术可行性研究

为了研究资源整合后矿区水害探测及防治技术,从山西省矿区设置问题入手,借鉴国内外同类研究进展情况,提出了本文研究对象—一个具有相对独立补给、径流、排泄条件的水文地质单元内所有矿区,提出了六项需要解决的关键技术问题即:引进煤层底板突水预测预报的新方法 -"脆弱性指数法";建立底板突水评价的脆弱性指数模型;煤层顶板突水灾害预测预报的新方法—三图双预测法;采掘前方断层小构造预测预报技术方法;矿井涌(突)水水源快速判别及预测预报;整合后矿区采空区探测问题,并针对以上问题论证了其可行性,提出新的研究思路和新的技术方法。     

鄂尔多斯盆地煤田奥陶纪灰岩水害危险性分区研究

在对鄂尔多斯盆地煤田奥陶系石灰岩沉积演化规律、华北地区奥陶系灰岩沉积建造与后期改造特征的差异性及构造发育等奥陶纪灰岩水文地质特征进行综合研究的基础上,通过对奥陶纪灰岩水分布区煤层底板带压程度、底板隔水层发育特征、突水系数等因素进行综合研究,对煤炭资源开采受底板奥陶纪灰岩水威胁方式、威胁程度进行了分区定量评价,并划分为非带压区域、带压安全开采区域和带压危险开采区,为下一步制定鄂尔多斯盆地煤田奥陶纪灰岩水害分区防治关键技术提供科学的依据。     

综合物探技术在矿井工作面底板含水构造探测中的应用

为了查明汾源煤业文明矿5-101首采工作面底板岩层赋水情况和煤层地质异常体情况,并对其进行突水危险性区域划分及评价,采用瞬变电磁法、直流电法和无线电波透视法三种物探方法综合勘探,综合分析三种物探方法探查结果,并结合揭露情况和钻孔验证。结果表明:位于切眼往外(0~250)m范围内,工作面底板相对破碎、裂隙岩溶发育或富水性强,导高大,且煤层内部较不均匀,存在多条5m以上落差含水断裂破碎带,此区域突水危险性最大;切眼往外(300~380)m范围内存在局部富水区域,导高较小,但不存在构造破碎带,突水可能性较小;工作面其他区域都较安全。综合物探比单一物探更具有准确性和可靠性,更符合工程实际情况,为采取针对性的治理措施从而实现安全回采提供了参考依据。     

煤与瓦斯突出危险性的未知权重多属性综合评价模型

将集对分析理论和变异系数法相结合,构建煤层突出危险性综合评价模型。首先,模型选取煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标△P、煤的坚固性系数f、煤层瓦斯压力队综合指标D和综合指标K作为评价指标。其次,为避免权重赋值的主观性,采用变异系数法确定指标权重,以提高权重的客观性和适应性。然后,利用综合评价准则判断煤与瓦斯突出危险性等级。研究结果表明：采用该模型的评价结果与实际情况基本一致,从而验证了模型的合理性与可行性。     

承压水体上邻近断层开采底板岩层破裂与导水特征

大部分煤矿都不程度的受到承压水的影响,承压水的突出绝大多数与断层有直接的关系。以山西某矿承压水体上煤层开采为背景,分析了断层带突水的影响因素及突水机理;通过对矿区水文地质的综合评价,对矿区潜在威胁的断层建立离散元数值模型,进行流固耦合数值分析,以探究邻近构造带底板岩层的应力分布特点及破裂和渗流特征。通过计算表明,随着工作面逐步开采邻近断层,底板破裂深度增大,沿断层面两侧岩体发生滑移错动并伴随渗流发生。     

基于PSO-ELM-Boosting模型的底板破坏深度预测

为准确预测煤层底板采动破坏深度,在分析底板破坏深度主要影响因素的基础上确定评判指标;以经粒子群优化算法(PSO)优化输入权值和隐层阈值的极限学习机(ELM)为基预测器,以Boosting算法为集成学习框架,构建基于PSO-ELM-Boosting的底板破坏深度强预测模型;比较不同ELM隐层节点与基预测器个数组合对模型预测精度的影响,2次筛选确定二者的最优组合,并控制样本权值避免发生"权值扩充"现象;选取64组底板破坏深度实测数据为试验样本,对比分析PSO-ELM-Boosting模型与其他集成学习模型的预测准确率。结果表明:PSO-ELM-Boosting模型具有更好的平均绝对误差百分比(4.54%)、均方误差(0.429 2 m~2)和拟合优度(0.956 5),验证了PSOELM-Boosting模型的有效性。     

采动与承压水耦合作用下煤层底板的 力学效应及破坏机理分析

应用三维弹性中厚板理论,分析了采动与承压水耦合作用下煤层底板的力学效应及破坏机理。基于Hamilton原理推导了采空区底板在采动和水压耦合作用下的变形和应力表达式,分析了其变形和应力的分布特征。最后,推导了在采动与承压水耦合作用下煤层底板破坏极限载荷PS,讨论了影响煤层底板破坏极限载荷PS的因素。研究成果对揭示回采工作面开采时煤层底板隔水层变形破坏,预防煤层底板突水提供了理论依据。