基于数量化理论Ⅱ的地下矿山矿柱稳定性判别

矿柱是地下矿山支撑顶板围岩、维持采场稳定的关键结构要素。为迅速准确地判别矿柱稳定性,采用数量化理论II(QTII)建立了地下矿山矿柱稳定性判别模型。选取矿柱宽度、矿柱高度、矿柱宽高比、矿岩单轴抗压强度和矿柱承受载荷作为评价指标,以40组样本数据进行训练,得到了相应的判别系数矩阵,确定了各类样本在5维空间中的中心点和各样本点。利用该模型对训练样本进行回判,判别结果完全正确。用10组样本数据对该判别模型进行检验,结果表明,该模型能较好地判别预测矿柱的稳定性,可以作为一种矿柱稳定性判别工具在工程实践中应用。     

基于Multi-class SVM的车辆换道行为识别模型研究

自动安全换道是车辆实现无人驾驶的关键,为精确识别行驶车辆换道状态,保证行车安全,设计了一种基于多分类支持向量机(Multi-class Support Vector Machine,Multiclass SVM)的车辆换道识别模型。从NGSIM数据集中选取美国101公路车辆轨迹数据进行分类处理,并将车辆换道过程划分为车辆跟驰阶段、车辆换道准备阶段和车辆换道执行阶段。采用网格搜索结合粒子群优化算法(Grid Search-PSO)对SVM模型中惩罚参数C和核参数g进行寻优标定,利用多分类支持向量机换道识别模型对样本数据进行训练和测试,模型测试精度达97.68%。研究表明,模型能够很好地识别车辆在换道过程中的行为状态,为车辆换道阶段的研究提供支持。     

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。     

因子分析与多层神经网络组合的酒驾辨识模型研究

为准确辨识驾驶员酒驾行为以及酒驾状态水平,提高酒驾治理效率,通过人因工程试验和驾驶模拟试验,采集并预处理驾驶员在正常、饮酒、醉酒3种驾驶状态下的驾驶行为数据(包括驾驶员的人、车、环境数据);对原始参数进行因子分析,提取特征参数并将其作为多层神经网络的输入向量,训练多层神经网络,建立基于因子分析和多层神经网络的酒驾行为辨识模型;选取75组测试样本数据输入模型,将模型的输出结果与实际情况比较,验证模型的有效性。研究表明:该模型的训练时间为0.905 s,最优验证均方误差(MSE)为0.034,识别准确率达92.41%,用该模型能较为快速、准确地识别酒后驾驶行为。     

基于车路协同的行人车辆碰撞风险识别与决策方法

为提高行人与车辆碰撞风险识别和预警效果,研究车路协同(CVIS)环境中,多行驶状态下行人与车辆碰撞风险识别与决策过程。基于CVIS平台获取车辆直道行驶和换道行驶状态信息,考虑驾驶人反应状态、车辆运动状态对碰撞风险的影响。引入风险区域预判风险,将当前相对运动状态与决策阈值进行比较,分级识别碰撞风险。采用提醒避碰判别法实时提醒驾驶人当前驾驶状态,使其采取相应的阶梯式双重避碰措施实现避碰决策。仿真结果表明,随着车辆行车速度的增加,进行预警的起始距离和起始时间均呈增加趋势,符合实际情形,该方法考虑了影响人车碰撞的多种因素,能够对碰撞风险进行分级识别和预警。     

基于改进的未确知聚类模型的岩爆倾向性预测

在采用未确知聚类评价模型进行多指标分级评价时,常采用置信度识别准则作为待测对象的属性识别,该准则中置信度的取值由人为取定,当置信度取值不同时,得到的分级判定结果往往出现差异,甚至产生完全不同的判定结果。通过距离判别的思想将未确知聚类理论中的置信度识别准则进行改进,并运用到岩爆烈度的分级预测中。根据岩爆发生的主要影响因素,选取岩石单轴抗压强度σ_c、单轴抗拉强度σ_t、最大切应力σ_θ及岩石的弹性变形能指标W_(et)为岩爆主要影响因子。并以σ_c/σ_1、σ_θ/σ_c、W_(ey)为岩爆烈度等级评价因子,建立未确知测度模型,以距离判别改进后的属性识别方法进行分级预测,并与原置信度识别准则得到的判别结果进行分析和比较。为验证改进模型的实用性,以贵州开磷集团马路坪矿区为例,采用改进的未确知聚类模型对其岩爆烈度等级进行预测分析。结果表明,预测结果与实际情况基本吻合,证明采用改进后的未确知测度模型的判别结果不仅消除了由于置信度取值不同造成的判别结果误差,降低了人为主观因素的影响,而且具有较高的判别准确性和可行性。     

基于机器学习的CNG加气站风险预警模型研究

加气站一旦发生事故,不仅会造成人员伤亡和财产损失,而且也会给周边居民乃至社会带来一定的负面影响。借助机器学习技术,构建CNG加气站风险预警模型,对加气站的风险状态进行预警,实现对事故的事前控制。首先建立了加气站风险预警指标体系,以12座加气站为研究对象,采集指标样本数据,通过大数据分析技术构建训练数据集,并采用SMOTE算法解决了样本不均衡问题;然后分别采用决策树、朴素贝叶斯、SVM、KNN等4种机器学习分类算法构建预警模型。研究证明,采用决策树算法和SVM构建的预警模型准确度均达到97.8%,可以对加气站的风险状态进行有效识别和预警。     

基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法

为有效地预防矿井突水事故,及早识别突水水源是关键工作之一。根据矿井各含水层水化学成分的差异性,选取7种水化学成分指标作为突水水源识别的样本变量。在此基础上,采用主成分分析(PCA)与Fisher判别分析相结合的方法建立突水水源判别模型。以新庄孜煤矿不同水层的水化学特征资料中的33个为学习样本,12个为预测样本,对该模型进行检验和应用,并与传统Fisher判别分析模型的结果进行比较。研究结果表明:利用PCA与Fisher突水水源判别模型能够有效地消除样本变量指标间的相互影响,使突水水源判别结果更加准确。     

矿井突水水源识别的RS-LSSVM模型

为了对矿井突水水源进行准确、高效的判别,综合考虑水化学特征,选取Ca~(2+),Mg~(2+),K~++Na~+,HCO-3,SO2-4,Cl~-和总硬度7个指标的质量浓度(mg/L)作为矿井突水水源的最初判别指标。利用粗糙集(RS)理论的属性约简来筛选水化学特征指标,用以作为水源识别的核心判别指标,建立基于RS的矿井突水水源识别的最小二乘支持向量机(LSSVM)模型。选用约简处理后的13组煤矿数据对模型进行训练,再用训练好的模型对另外12组突水数据进行水源判别,并与未进行属性约简的LSSVM模型及Fisher判别分析法、随机森林方法进行对比。结果表明,利用属性约简方法可以很好地排除原始数据中的冗余信息干扰,因而能有效判别矿井突水水源,使矿井突水水源模型的误判率降低至0;而且指标约简过程可以降低LSSVM运算的复杂度,也能够提高判别效率。     

语义分割的传送带跑偏视频检测算法

为避免在选煤厂进行作业分类时,因矿道传送带跑偏而造成严重的生产事故问题,提出一种融合高斯边缘投影的语义分割视频检测算法,来作为实时监测传送带跑偏的解决方案。首先,通过高斯滤波预处理算法,减少视频图像噪点对神经网络的影响;然后,构建融合高斯投影的径向基神经网络结构,增强图像的边缘信息,并将高斯投影融合至网络中以实现语义分割;最后,在保证识别检测效果的同时尽可能降低网络的计算消耗。结果表明：通过验证分析选煤厂矿道工作视频的试验场景,该算法能够准确识别检测传送带位置,进而实现传送带跑偏警告;同时算法在实现有效功能的同时,较典型的语义分割深度学习模型计算资源消耗更少,计算效率更高。     

急倾斜矿体空场法开采的矿柱回收与卸压开采效果数值分析

矿柱回采方法不恰当,将致使大量矿柱残留采场而无法经济、安全地回收。为了解决上述问题,避免或消除深部开采产生的地压灾害,提出了间隔矿柱抽采法回采间柱,"V"型松动爆破并上盘底板松动爆破隔断开采,采用FLAC3D数值模拟了矿柱回采及深部卸压开采的应力变化过程,将数值模拟结果与实际开挖进行了对比,并在此基础上评价了矿柱回收及卸压开采的效果。结果表明:间隔抽采矿柱后,1 010 m中段第一分层顶柱及其以下保留的矿柱不会发生冒落,但上盘局部千枚岩会因长期拉伸疲劳破坏而垮塌,为了避免采空区顶板长期暴露、垮落而造成出矿贫化,必须加快出矿;"V"型松动爆破并上盘底板松动爆破隔断开采,降低了910 m中段开采的应力集中程度,基本消除了910 m中段开采时发生岩爆的应力条件;回收过矿柱的相邻采空区的分隔间柱,其回采宽度不应超过1/2;相邻两采空区都间隔抽采间柱并卸压开采后,960 m中段基本实现了垮塌的千枚岩或残留矿柱充填采空区,从而消除了采空区隐患。     

分区协同开采下矿柱力学响应与稳定性分析*

为解决某钒铁矿经多年开采后,由于钒铁矿矿区赋存条件变化导致开采相互制约、资源利用率低、矿柱积压矿量大以及井下采空区隐患大等问题,制定“保钒采铁、分区协同”的开采方案。通过矿柱强度理论对矿柱的强度和承受载荷进行计算,进而通过矿柱安全系数来判断矿柱的稳定性。通过FLAC3D软件对东、西区铁矿体进行数值模拟研究,通过对开挖后的位移云图、应力云图以及塑性区分布图来分析矿柱的稳定性。研究结果表明:针对某钒铁矿东、西区提出的嗣后膏体微胶结充填法及中区提出的分段空场法转分段崩落采矿法可提高矿柱的稳定性。     

基于支持向量机的采空区稳定性分级

针对采空区稳定性分级的影响因素众多且关系复杂的特点,提出采用支持向量机理论对采空区稳定性进行分级。根据分级评价指标选取原则,选取岩体结构、地质构造、岩石的质量指标、地下可见水、地下水体、周边开采的影响、相邻空区的情况、工程布置、跨度、面积、高度、矿柱的尺寸及布置、埋藏深度和采空区的规格14个影响因子,建立了采空区稳定性评价指标体系,引入支持向量机理论,选择有向无环图方式构造多类分类器,得到采空区稳定性分级的支持向量机模型。将该模型用于山东黄金矿业西山矿区的25个采空区进行分级,并与未确知测度方法的分级情况     

考虑采空区压实效应的沿空掘巷煤柱设计方法研究*

为建立1种相对科学的沿空掘巷煤柱尺寸设计方法,采用理论与数值试验研究、现场试验等手段,基于采空区压实效应,分析各尺寸煤柱沿空掘巷掘采全过程围岩应力分布与变形。研究结果表明:采空区压实效应模拟研究方法能够模拟采空区应力恢复;掘巷过程中,煤柱内应力由小到大依次为:工作面倾向水平应力、工作面推进方向水平应力、垂直应力,在小尺寸煤柱内呈偏向采空区一侧的单峰分布,小尺寸煤柱逐渐向大尺寸煤柱过渡期间,内部应力量值开始比原岩应力小,随后逐渐增加至出现一定的应力集中,而实体煤帮中峰值应力不断降低,位置逐步向巷帮转移;受超前采动作用后,更大面积的煤柱会受高应力作用,大尺寸煤柱内垂直及水平应力集中系数逐步提高,工作面倾向的高应力区范围更广,当煤柱宽度不超过一定数值时,内部应力大小均低于掘巷过程中相应数值,大煤柱则具有相反的规律,实体煤帮中应力集中系数与掘巷时相比更大,峰值点向围岩深处进一步转移;研究结果通过工程实践检验,可为合理煤柱尺寸设计提供1种新的方法。     

Prediction of the confidence interval for stability analysis of chain pillars in coal mines

The conventional deterministic approach based (DAB) methods are simple and widely used to determine an adequate chain pillar size in coal mines where geological settings, coal characterizations and mining methods have been explored. It is evident that such deterministic methods have some intrinsic limitations in handling uncertainties in material properties, non-regular geometries and different mining operations. In the deterministic stability analysis of a chain pillar, the safety factors as well as all input parameters are deterministic. Although, these parameters generally exhibit uncertainty and should lead to a probabilistic expression for the safety factor. The probabilistic analysis provides a confidence interval to express the reliability of chain pillars stability.In this paper, safety factor is defined as a probabilistic function and the failure probability of designed chain pillar of Tabas coal mine is then evaluated using the First Order Second Moment (FOSM) and the Advanced Second Moment (ASM) methods. The results of the probabilistic stability analysis show that the confidence interval for designed pillars with both mentioned methods applied are similar and their values vary from 84% to 88%. The results of such analyses can be used as a basis for decision-making about the size of chain pillars and reduce the risk of pillars stability as well as the uncertainties. However, a trade-off between cost is essential for making the final decision.     

基于重整化群理论的采空区煤柱群临界失稳概率研究

为对房柱式采空区煤柱群安全稳定性进行客观评价,以概率分析为手段结合重整化群理论,深入研究了煤柱个体与相邻煤柱之间的荷载传递规律及煤柱群-顶板系统临界稳定性。得出结论:重整化群理论可适用于采空区煤柱群稳定性分析,确定煤柱群临界概率范围为0.147≤p*≤0.333;煤柱失稳荷载传递过程中的损失程度可用荷载传递系数α衡量,临界破坏概率p*随着荷载传递系数α的增加而递减;针对不同工况,需通过试验或现场实测获得传递系数α,才能准确的确定煤柱临界概率p*。     

地下采空诱发顺层岩质斜坡变形破坏特征研究

为揭示地下采空诱发顺层岩质斜坡变形失稳的机制,采用底摩擦模型模拟试验方法,以重庆市鸡尾山地质条件为试验对象,研究不同开采顺序(顺坡开采、逆坡开采)、煤柱留设(上下边界矿柱、区段或水平矿柱)情况下,地下采空区不同空间分布诱发其上覆岩层的变形破裂响应特征。结果表明:1)地下采空区分布不同,其上覆岩层变形破裂响应特征也不同;2)软弱夹层是顺层斜坡的潜在滑动面,同一矿山地质条件、不同采空区影响下的软弱夹层可分为凹形、凸形、S形、反S形4种类型;3)地下采矿形成采空区后,岩体破坏规模及程度主要受地质环境和开采方式的控制,地下采空影响下类似含软弱夹层缓倾斜顺层斜坡的变形机制为弯曲-断裂、滑移-拉裂。     

A new coal pillars design method in order to enhance safety of the retreat mining in room and pillar mines

Most of the proposed methods for coal pillar design determine pillar dimensions using pillar load estimation only through the tributary area theory. Designing pillar based on these methods is not appropriate in room and pillar mines with pillar recovery because retreat mining and gob creation generate abutment loads. Neglecting abutment loads in design stage may lead to pillar failure and destructive effects during retreat mining. Thus proper pillar design has a remarkable effect on mining safety. In this paper, a step-by-step method is presented to design pillars with square shape in room and pillar mines with regard to existing pillars in the active mining zone (AMZ) and estimating abutment loads according to experimental equations. A decrease in pillar failure risk during retreat mining is the most significant benefit of this method. This method has been applied to determine optimum pillar dimensions in the main panel of Tabas Central Mine (TCM), located in the mid-eastern part of Iran. Obtained results show the abutment loads account for 27% of the total loads applied on pillars in AMZ in this panel. Pillar width, based on this method, is also obtained 11.6 m.     

爆破动载影响矿柱稳定性的研究

针对铜坑锡矿细脉带17~#采场16~#矿柱,用模拟试验方法研究和分析了爆破动载对该矿柱稳定性的影响,并用现场验证结果修正了动载安全系数。指出爆破动载作用是影响矿柱稳定性的主要方面,从爆破动载的角度提出了设计安全、可靠矿柱的具体要求,建议在设计地下采场矿柱时,不但要考虑静载的作用,而且要考虑撂破动载的作用,相应地提出了与所研究的现场矿柱岩性相适应的具体矿柱设计经验公式,为同类矿体设计提供了科学依据。     

小煤柱巷道围岩变形的力学机理及演化过程研究

为研究小煤柱巷道围岩变形力学机理与演化过程,以石槽村矿某回风巷为研究对象,采用理论分析、FLAC3D数值模拟以及现场实测等方法,分析小煤柱条件下巷道围岩变形的主要影响因素以及表征特点。研究结果表明:侧压系数为巷道围岩变形的主控因素;侧压系数与巷道顶底板位移量呈正比关系,与两帮位移量呈反比关系;回风巷每次受采动影响时,变形可分为巷道稳定阶段、位移分化阶段以及位移加速变化阶段;围岩变形主要发生在一次采动影响时,此时巷道变形呈现明显的不对称,左右两帮的位移量差异明显,巷道的中心位置明显偏移。研究结果可为小煤柱巷道围岩支护提供技术参考。