矿井突水水源判别的多组逐步Bayes判别方法研究

矿井突水是采矿过程中最具威胁的自然灾害之一。能否准确快速地判别矿井突水水源,不仅是矿井水文地质工作的主要内容,而且是煤矿防治水工作的重要基础。为了有效判别矿井突水水源,综合考虑水化学指标对水源判别的重要性,基于多组逐步Bayes判别分析理论,选取Na+ K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-共6项指标作为判别因子,利用国内某矿区各主要含水层的35个水样的水质资料作为训练样本,建立了矿井突水水源预测的多组逐步Bayes判别分析模型。实例分析表明,该模型结果与实际情况相符合,说明该模型在矿井突水水源判别中具有良好的实用性和有效性,为判别矿区新的突水水源提供了一种新思路。     

基于主成分分析的矿井突水水源Bayes判别模型

矿井突水严重威胁矿区安全生产,快速准确地判别突水水源,对有效防治矿井突水灾害有重大意义。根据鹤壁矿区6个主要含水层水化学成分的差异性,选取了Ca2+、Mg2+、Na++K+、CO2-3、HCO-3、Cl-、SO2-47个指标作为突水水源判别的评价因子,并选用鹤壁矿区294个水样作为学习样本,以Matlab为平台,先采用主成分分析法提炼出三个主成分Z1、Z2和Z3。然后把这3种主成分的值作为贝叶斯判别指标,建立了鹤壁矿区突水水源判别模型。利用该模型对鹤壁矿区随机选取22个突水水样进行水源判别,判别正确19个,错误3个,精度达到86%。判别错误的原因,主要是因为有的含水层水化学类型相似或者几个含水层之间存在一定的水力联系。研究结果表明,基于主成分分析的矿井突水水源Bayes判别模型能够满足矿井生产要求,可为防治水工作提供决策依据。     

马氏距离判别模型在矿井突水水源判别中应用

根据某矿井水质资料,建立了该矿判别突水水源的数学模型,利用VB程序开发了马氏距离判别软件。选择了K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、HCO3-、SO42-、总硬度、碱度、pH、矿化度11项指标作为评价因子,选取20个典型水样作为距离判别方法的训练样本,获得了判别模型,并用样本数据的回判处理进行验证。应用该模型对6个待测水样进行判别,并与Fisher判别结果进行比较,结果表明：其结果与实际情况吻合较好。     

距离判别法在矿山防治水中应用

以淮南潘二矿区、山西河池矿区和河南焦作矿区水样作为突水水源数据,采用距离判别分析理论,对突水水源进行判别分析。选用六大常规离子作为判别因子,分别建立矿井突水水源的距离判别分析模型。经回判检验表明,潘二水样和焦作水样的距离判别模型回判准确率超过90％,而河池矿区水样距离判别模型的回判准确率仅50％。为此,增加总硬度、碱度、PH值和矿化度作为判别因子,重新建立河池矿区水样的距离判别分析模型,回判准确率提高至90％,证明适当增加特征判别因子对改善距离判别分析模型的判别准确率有利。最后对三个矿区的未知样本进行了距离判别分析,并与Bayes逐步判别法和模糊综合评判法判别结果对比,结果表明距离判别法稳定性较好,判别准确率与Bayes逐步判别基本相同,比模糊综合评判要好。因此,在判别因子选择合适的情况下,距离判别法是目前矿井突水水源判别的有效方法。     

Bayes方法在矿井突水水源判别中的应用

快速有效地判别突水水源是矿井安全生产的重要保障。选取各含水层多项水质指标,应用Bayes方法建立适用于不同水质类型的矿井突水水源快速判别模型。结合SPSS软件,以淮南顾桥矿为例,并与模糊综合评判模型、神经网络模型进行分析比较。结果表明:贝叶斯多类线性判别模型能够有效地判别突水水源,比模糊综合评判有更高的准确性,与神经网络模型的判别准确率相同。Bayes多类线性判别模型又以其计算过程简单、模型结构稳定而优于神经网络模型。既提高判别准确率又提高判别速度,实现对突水水源快速有效判别。      

矿井突水水源的Bayes逐步判别分析研究

对Bayes逐步判别法在矿井突水水源判别中的应用进行研究分析。选用六大常规离子（ Ca2＋、Mg2＋、K＋＋Na＋、SO42-、Cl-、HCO3-）作为判别因子,建立Bayes逐步判别分析模型,以内蒙唐家汇矿区突水水源判别为例,在建立的判别模型回判检验准确率仅60%,分析原因可能与选定的特征判别因子对该矿区水样分类影响能力较弱有关。增加总硬度、碱度、PH值和矿化度作为判别因子,重新建立Bayes判别分析模型,使回判准确率提高至90%,证明适当增加特征判别因子对改善Bayes逐步判别模型的可靠性和稳定性有利。经对唐家会矿区的3个未知样本进行了判别分析,并与距离判别法和模糊综合评判法判别结果对比,结果表明Bayes逐步判别模型准确性较好,判别准确率与距离判别结果完全相同,而优于模糊综合评判方法。在合理选取特征判别因子的情况下,Bayes逐步判别法是目前矿井突水水源判别的有效方法。     

灰色关联分析方法在突水水源判别中的应用

本文以淮南潘北矿区突不同含水层组分作为对象,采用灰色关联度分析法对矿井突水水源进行判别分析,重点研究样本评判因子的选择对判别准确率的影响,结果发现判别因子的选取对判别结果影响较为显著,即在原有Na＋＋K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl-、SO42-、HCO3-等六个评判因子基础上,增加总硬度、碱度、矿化度和PH值作为新的评判因子,其水源判别准确率由62．5％增至100％。因此,选择适合评判因子对提高灰色关联判别可靠性具有重要意义。     

临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型

利用示踪不同含水层水文地球化学特征的标型微量元素捕捉突水预兆期内的水文地球化学信息,建立判别模型分析煤矿重大突水水源,具有重要的理论与实践意义。本课题利用任楼井田及所在临涣矿区其他生产矿井的长观孔、矿井出水点从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试了24种微量元素含量。通过分析4类主要突水含水层微量元素含量与聚类规律,得到了Be、Zn、Ga、Sr、U、Zr、Cs、Ba8种主要突水含水层的标型微量元素,建立了以标型微量元素作为解释变量的突水水源Bayes线性判别模型。以24个水样为训练样本,得到模型判别正确率达到了80%,并分析了区域水循环与水文地球化学演化对判别模型效果具有一定程度的控制作用。     

基于GIS和水质水温的矿井突水水源快速判别

针对淮南潘谢矿区新生界下含松散孔隙水与石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙水水质接近的特殊情况,提出了基于GIS和水质水温的矿井突水水源快速判别方法。该法是利用测温钻孔的温度-深度拟合结果,构建基于GIS的利用水温识别突水水源的模型,并将其判别结果与基于水质的模糊综合评判计算的结果相结合,综合判别矿井突水水源。本法应用于潘一煤矿86-1号突水判别,实例结果显示,该法可以较好地适用于水质判别效果不佳,而含水层之间存在较大的地温差(埋深差)情况下的突水水源识别。      

采动影响下矿井突水水源Fisher判别与地下水补给关系反演

为了揭示采动影响下矿井突水水源误判原因,进而推测地下水补给关系,收集了朱仙庄煤矿历年水化学资料,建立了突水水源的Fisher判别模型,并根据水样误判结果以及矿井地质与水文地质条件,反演分析了地下水补给关系.研究结果表明朱仙庄煤矿煤系砂岩裂隙含水层全部水样回判正确,含水层较为封闭,与其他含水层无水力联系;新生界第四含水层、侏罗系砾岩含水层与石炭系或奥陶系灰岩含水层部分水样误判,矿井采动影响下不同时期含水层间的地下水存在不同程度的水力联系,矿井新生界第四含水层水源对侏罗系砾岩含水层存在补给,石炭系或奥陶系灰岩水则通过矿井南部露水补给新生界第四含水层.地下水动力条件的变化验证了地下水补给关系.建立突水水源判别模型,分析回代误判原因,反演地下水补给关系,为正确认识矿井采动影响下地下水循环条件提出了新的研究手段.     

主成分分析与Bayes判别法在突水水源判别中的应用

准确有效地判别突水水源是解决矿井水害的前提条件。基于淮北袁店二矿各含水层共59个水样水质化验资料,利用主成分分析法,计算各水样的因子得分,并进行系统聚类,剔除错误样本。利用剩余水样作为学习样本,检验Bayes判别函数的判定准确性,得出准确率为92.5%,并进行交叉验证。利用该判别函数对某工作面底板下一富水区水样进行判别,结果与实际情况吻合。结果指示基于主成分分析与Bayes判别法较单一Bayes判别法更加准确,能够消除样本变量之间的相互影响,实现对突水水源的快速有效判别。      

系统聚类逐步判别法对皖北矿区突水水源的分析

以Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-、SO₄2-、CO₃2-、HCO₃-、pH值与TDS的测试结果为指标,对皖北矿区四含、煤系、太灰、奥灰4个主要突水含水层系统分别进行聚类分析。在此基础上,筛选出能代表各含水层水化学特征的水样进行逐步判别分析,并从中选出了SO₄2-与TDS两种标型组分,建立了皖北矿区突水水源的判别模型,该模型具有较好的判别效果。      

神经网络在判别煤矿突水水源中的应用

矿井突水水源的识别是矿井防治水工作的基础，快速准确地判别突水的来源对整个矿井的安全生产起着十分重要的作用。以峰峰矿区梧桐庄矿为例，应用神经网络的方法，对矿井突水水源进行了系统研究。结果表明，运用该方法取得了较好的效果，并可以用此模型来解决类似的评价和判别问题。     

基于GIS的矿井突水水源判别系统研究

应用模糊聚类分析得到的含水层背景值,建立模糊综合评判模型,进行矿井突水水源快速判别。基于GIS强大的数据处理功能,利用GIS可视化技术将判别结果直观地显示出来。该系统不但实现了突水水源的点查询,还实现了突水空间分区。通过实际应用,证明该系统简便易行,结果可靠。它可高效准确地完成未知突水水样的水源判别,为煤矿安全生产提供决策依据。      

矿井突水水源类型判别模型及其系统实现

系统介绍了矿井突水水源快速识别系统的组成,阐述了煤矿突水水源判别的3种数学模型及其适用条件,从应用的角度介绍了该软件的使用步骤。采用该系统软件可高效准确地完成未知样品的水源类型判别,为煤矿安全生产提供决策依据。      

基于Fisher判别分析和质心距评价法的矿井水源判别

矿井突水是影响煤矿安全生产的灾害之一,快速准确地判别突水水源对于水害治理至关重要。Fisher判别分析法在判别混合水时,只能将此确定为最相像的某一分组,从而发生误判,因此在Fisher判别分析理论的基础上引入了质心距评价法,剔除可能为混合水样的样本数据,可以提高判别结果的准确率。为此选取13种水化学离子作判别因子,30个有代表性的水样作为训练样本建立判别函数模型,应用判别函数模型及质心距辅助评价指标对6个取自特定含水层的单一水样和4个取自水仓的混合水样验证分析,引入质心距评价分析后判别准确率从60%提高到83.3%。研究结果表明,在Fisher判别分析后进行质心距评价分析可提高判别结果的准确度。      

基于主成分分析的多项Logistic回归模型的突水水源判别研究

矿井水害是矿井生产过程中较常见的地质灾害之一。快速有效地判别突水水源是预防矿井水害的关键所在。选取袁店二矿59个水样资料(常量离子含量),利用主成分分析进行处理,得出主成分得分;以主成分得分为自变量,水源类别为因变量建立多项Logistic回归模型;运用该回归模型对59个水样资料进行类型判别,得出综合判别准确率达到86.4%;并通过实例对判别模型进行了验证。研究结果表明:主成分分析法与多项Logistic回归模型相结合的方法在水源判别上具有可行性,不仅消除了常量离子之间的内在影响,而且使判别结果具有一定的准确率,在突水水源判别问题上提供了一种新方法,为矿井防治水提供有效依据。     

矿井涌水水源判别的GRA-SDA耦合模型

选取矿井涌水水源判别中常用的灰色关联分析和逐步判别分析作为基础模型,分析了两者的优缺点及单独使用中存在的问题,提出耦合判别思路,设计了GRA-SDA耦合式水源判别模型。利用某矿区实际样本数据,选取Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-共6组离子以及矿化度作为判别因子,对该模型进行实例验证。分析表明,该模型判别结果与实际情况吻合较好,与单独使用一种分析方法相比较,有效地提高了水源判别正确率。     

基于离差加权的煤矿突水水源判别模型及应用

矿井突(涌)水水源的快速识别是矿井水害有效防治的前提条件。针对应用模糊综合评判方法解决水源判别常用的"超标加权法"和"偏标加权法"确定判别因子的权重系数方面存在的不足,结合方差分析中的离差分解法,提出了矿井突水水源判别权重系数确定的离差加权法;利用SPSS软件,并以淮南潘三矿为例,对上述3种模型进行对比分析研究。结果表明:基于离差加权的模糊综合评判能够有效的判别突水水源,比"超标加权法"和"偏标加权法"有更高的判别率;基于离差加权的模糊综合评判具有原理清晰、结构简单、运算量小、更为合理等优点,适合快速识别水源,为矿井水害防治提供了一种辅助决策手段。      

突水水源的独立性权-模糊可变理论识别模型

在煤矿开采过程中,矿井水害事故频繁发生。为快速准确地找出矿井突水水源,降低矿井突水给煤矿生产带来的危害,以赵各庄矿为例,运用独立性权系数与模糊可变理论相结合的方法,选取了Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO₄2-和HCO₃-6种水化学指标,对赵各庄矿的20组水样数据进行分析计算。结果表明:独立性权系数-模糊可变理论模型排除了水样中各指标间冗余信息的影响,克服了水样各变量间权重难以确定以及变量对水质影响不均匀的问题,可在一定程度上保证突水水源识别模型的准确度;Cl-权重值远大于其他各项化学指标的权重值,即Cl-对突水水源的识别结果影响较大;采用本文所建模型判别赵各庄矿的8组测试水样,判别准确率达87.5%,表明该模型在矿井突水水源识别中具有重要参考价值。