矿井涌水量时间序列ARIMA预测模型研究

基于云南某矿山矿井涌水量时序数据,运用时间序列分析软件EViews 8.0经过差分运算、模型定阶、模型识别、模型检验等步骤建立了合适的ARIMA模型ARIMA(0,1,2).利用该模型对该矿井2017年7-11月的涌水量进行预测,得出了预测结果,并与实际数据进行了对比分析.研究结果表明:预测结果与实际数据最大相对误差为...     

矿井涌水量混沌时间序列分析与预测

矿井地下水系统是个非线性系统,由于地下水系统的复杂性,很难完全确定影响矿井涌水量的因素,因此传统的矿井涌水预测表现出较大的局限性。而混沌时间序列分析能够利用单变量处理方法,分析矿井地下水系统中,由于多因素耦合作用所产生的矿井涌水量时间序列。通过对某矿区1985年9月至2005年2月矿井涌水量时间序列资料的分析,显示矿井涌水量时间序列具有混沌特征;通过对比预测值和实测值,表明预测精度高。因此,混沌时间序列分析方法用于矿井涌水量预测是可行的。     

用多变量时间序列相关模型预测矿井涌水量

运用多变量时间序列分析方法，建立了南桐煤矿二井的涌水量与降雨量之间的相关模型，并将其用于矿井涌水量的预测，结果表明，南桐二井涌水量与降雨量呈滞后一个月、三个月和三年的关系，预测结果与实测值对比分析表明，本模型的预测结果精度较高。     

矿井涌水量时间序列混沌特性的Kolmogorov熵判别

根据相空间重构理论和技术以及G-P算法,在嵌入维按等间隔m不断增加的情况下,在无标度区间内,作等斜率线性回归,利用最小二乘法得到6个典型矿区矿井涌水量时间序列的Kolmogorov熵。结果表明其具有混沌特性,从而可为确定矿区地下水系统特征、性质和矿井涌水量预测模式提供理论依据。     

基于GA-SVM的矿井涌水量预测

矿井涌水量的准确预测对预防矿山透水事故的发生至关重要,提出利用GA优化的SVM模型（GA-SVM）来实现矿井涌水量的短期准确预测。该方法利用GA的自动寻优功能寻找SVM的最佳参数,提高了预测的准确率。首先,利用微熵率法求矿井涌水量时间序列的最佳嵌入维数和延迟时间,进行相空间重构。其次,采集义煤集团千秋煤矿2011—2015年实际涌水量的时间序列,利用GA-SVM模型对最后12组数据进行预测,其预测平均绝对百分比误差仅为0.92%,最大相对误差为2.62%。最后,与PSO-SVM和BP神经网络预测进行对比,结果表明GA-SVM优化模型适用于矿井涌水量的预测并且预测精度较高。     

基于小波分析的矿井工作面涌水量评价

矿井涌水量预测预报是矿井开采过程中防治水害的重要环节。应用小波多尺度理论对工作面涌水量、自然电位及直接充水含水层水位进行研究,揭示其规律性,以解决涌水量估计问题。通过对三类数据进行小波分解与重构发现,第二层低频重构信号与三者之间具有规律性：水位下降引起自然电位升高,导致涌水量增大;水位回升、自然电位减低时,对应工作面涌水量减小。分析结果表明,第二层高频重构细节信息表现为高水位(小降深)、低电位(电性差异小)对应小涌水量和低水位(大降深)、高电位(电性差异大)对应大涌水量。     

四川南桐矿区降雨量和矿井涌水量的频谱分析

四川省南桐煤矿为典型的南方型煤田,开采上古生界乐干统龙潭(?)组。矿井涌水量的变化主要受大气降雨的控制。辩识降雨量变化的规律性对矿井涌水量预测和防治水工作具有重要的意义,本文对南桐煤矿几十年的降雨量和矿井涌水量资料进行了频谱分析研究,以揭示其周期特征和降雨量与涌水量之间的补给关系。     

不同时间序列模型在岩溶山区矿井涌水量预测中的应用

矿井涌水量预测的精度对于煤矿开采安全有着至关重要的作用。文章以老鹰山煤矿为例,分析降雨与矿井涌水量的相关关系,结果表明：同期月及前第1个月降雨量与涌水量相关性具有逐渐减弱的趋势,而与前第2个月至第5个月的相关性有逐渐升高的趋势;基于矿井涌水量及降雨量,建立了单因素季节性时间序列SARIMA模型及多元季节性时间序列SARIMAX模型对矿井涌水量进行预测,预测结果表明：两种模型91.7%的预测值达到B级探明的矿井涌水量,预测精度均较高,SARIMAX模型预测结果的MAPE为18.57%,小于SARIMA模型的25.27%,预测精度更优。     

集贤煤矿预测涌水量与实际涌水量的差异及存在问题分析

集贤矿区地质勘探报告中预测的矿井涌水量是250m^3／h，但目前矿井实际涌水量达1700～2000m^3／h，通过对开采前后水文地质资料的分析对比与研究认为，对矿井开采后地下水动力条件的变化缺乏足够认识，采用的矿井涌水量预测模型与实际情况不符是导致预测的矿井涌水带与实际涌水量相筹很大的主要原因。     

万福矿井充水水源分析及矿井涌水量预计

通过对井田水文地质特征及矿井充水因素的分析,认为矿井的主要充水水源为3煤层顶底板砂岩裂隙含水层及三灰岩溶裂隙含水层。采用“大井法”对矿井涌水量进行了预算,确定矿井的正常涌水量为279 m3/h,预算结果为矿井的设计提供了科学依据。     

基于关联维数的地质灾害空间分布特征分析

通过分形理论中关联维数及其动态变化来揭示黑水河流域地质灾害的时空分布特征,并探讨了影响区内地质灾害空间分布的相关因素。研究表明:区内不同规模地质灾害点系统空间分布具有分形特征,崩塌灾害点的分布最为集中,滑坡次之,泥石流则最为分散;近十年来区内每年所发生灾害的空间分布集中程度变化剧烈,呈现强集中、弱分散的特点;近五年来每年所发生的灾害呈逐渐分散趋势,但灾害的累积却有逐渐集中的趋势;影响区内地质灾害空间分布异同的主要因素为地形坡度、地层岩性、河流、降雨、人类工程活动、高程、断裂。     

时间序列模型在工作面涌水量预测中的应用

在矿山实际生产过程中,涌水量预测对于矿山防治水具有重要意义。以山东郓城煤矿1301工作面为研究对象,先不考虑季节性因素影响的条件下,采用时间序列分析模型ARIMA建立涌水量与时间的函数关系,迭代拟合结果精度低,表明郓城煤矿1301工作面涌水量时间序列受季节性因素影响;在此基础上,基于时间序列加法分解原理,分离提取涌水量时间序列中的长期趋势、季节指数、循环因子和随机变动参数,并应用熵权法确定各参数权重,建立工作面涌水量预测的非线性回归修正模型,并将模拟预测结果与忽略季节效应的ARIMA模型预测的涌水量进行对比,结果表明,建立的非线性时间序列模型计算的涌水量更为接近实测涌水量,验证了方法的准确性。研究成果将为矿井涌水量预测提供新思路。     

自然水系的计算机处理与分维计算

自然水系的分维值能够反映某一地区一定的地质构造和地壳运动性质,但目前的分维算法大都采用人工完成。本文通过VB编程实现了自然水系的计算机处理与分维计算,并以中国三大水系为例,求得黄河、长江、珠江水系的分维值以及各水系主河道的分维值。该方法快速精确,并能适用于各种线性构造。     

基于时间序列分形的济南岩溶大泉动态研究

为研究岩溶大泉动态变化的影响机制,以济南泉域为例,根据2003年关闭地下水供水水源地以来趵突泉及黑虎泉的泉水位、泉域内降水量、地下水开采及人工补源资料,采用分形理论中时间序列分形维数法,计算各要素数据序列分维值及稳定性指数,结果表明:旬尺度下泉水位分维值大于月尺度下泉水位分维值;奥陶系灰岩分布区雨量站降水量分维值较小,但奥陶系灰岩降水入渗补给条件好,因此与泉群的水位波动关系更为密切。各泉水位影响因素中,人工补源因素的稳定性最差,极易受外界因素干扰发生改变。利用灰色关联度验证分析表明降水量、人工开采量、人工补源量与趵突泉泉水位的关联度分别为0. 858、0. 647、0. 667,与黑虎泉泉水位的关联度分别为0. 859、0. 646、0. 668;关联度总体排序为:降水量>人工补源量>人工开采量,说明2003年以来影响泉水位动态的首要因素是大气降水并非人工开采,即泉水动态主控因素发生转变。在分析了泉域资源量的演化基础上,对各影响因素的分维值与泉水位动态分维值进行回归分析认为,为保持泉水持续喷涌奥陶系灰岩分布区更适宜作为泉水人工补源地带。研究结果为济南岩溶大泉的保护提供科学依据。     

中国花岗岩类化学元素组成的分维数特征

将各种化学元素的丰度集合视为一组丰度序列,首次将分维数(盒维数)应用于研究中国花岗岩类的化学元素组成及演化特征。原理上,分形的遍在性源于随机性的遍在性,分维数的取值可表征丰度序列的内部结构性及演化的方向性,为矿产资源勘查提供重要信息;实践上,以观测元素相容性序列为基础分析其地球化学行为,采用盒维数以不失观测变量的整体性。详细探讨了分维数与成岩序列上的演化趋势或分异程度与研究对象地球化学特征间的相互关系及作用机制,据以解释为何在组分、时间与空间上同属花岗岩类却呈现出截然相异的成矿专属性与含矿性;确立了从频数特征角度探讨化学元素组成研究的新思路。研究结果表明：中国花岗岩类化学元素在丰度序列演化中均存有某种形式的结构性演化,即在组成、时间及空间上的有序结构,传统的(对数)正态分布模型难以描述其频数规律。然而,累加(差)的频数却是服从分形分布的,分维数与聚类分析的结果十分接近,且其递减序列可作为研究体系演化程度的判据,具有相当重要的地球化学意义。     

基于岩体结构面统计与分维数的岩体质量评价及其在矿山工程中的应用

以三山岛金矿-510中段和-555中段为例,基于结构面实测数据,利用Matlab对结构面特征进行统计模型,进而实现了岩体裂隙网络Monte-Carlo模拟。然后结合分形理论确定了岩体质量的分维值。研究表明,-510中段和-555中段F3以北的岩体稳定性要好于F3以南的岩体稳定性,从定性和定量的角度对岩体质量进行了分析,为矿山的安全生产提供了一定的依据。     

基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析

煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明：（1）综采状态下,矿井涌水量增加0.70×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.20×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21~17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.04×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01~0.44 m。（2）煤矿按综采方式开采,导水裂隙带高度大,将大面积导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较大;若按条带充填方式开采,导水裂隙带高度大幅变小,不会导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较小。煤矿企业在煤层上覆岩层厚度较薄的地段采煤时,宜采取条带充填开采的方式。研究结果可为研究区或类似煤田开采方案制定、科学处理好煤炭资源开采与生态环境保护关系等提供依据或参考。