基于SVM的冲击地压分级预测模型及R语言实现

采场冲击地压的分级预测对保障矿山安全具有重要的意义。在综合考虑采场冲击地压等级判别的各类影响因素之后,引入支持向量机理论,建立了采场冲击地压等级判别的SVM模型。通过借助R语言实现了分层随机抽样的技术,保证了训练集与测试集样本数据的随机性和差异性。研究表明:基于SVM理论的采场冲击地压分级预测模型,可靠性强、预测准确率高。同时,采场冲击地压分级预测模型程序化语言的实现,对保障工程后期的研究预测的可持续性具有重大的意义。     

冲击地压的滑块模型研究

冲击地压具有典型的粘滑特性,用(Ruina,1983年)双状态变量模型(Two State Variable Model, TSVM)可以很好地模拟冲击地压的这一特性。在分析冲击地压系统的运动特性的基础上,根据冲击地压发生的力学和地质条件,研究了用双状态变量本构模型来模拟冲击地压的动力学和演化行为。分析表明：模型中参数K,β对冲击地压系统动力学行为和状态变量演化行为贡献较大,而系统动力学和演化行为对 , f初值的敏感性相对较低。模型模拟了冲击地压系统的粘滑特性和冲击地压系统的动力失稳过程,较好地解释了冲击地压发生机理,为冲击地压失稳破坏的预测预报提供了理论依据。     

基于改进FOA-SVM的冲击地压危险性等级预测

对冲击地压危险性进行准确的预测预报对于防治冲击地压事故的发生至关重要。提出利用改进的果蝇优化算法(FOA)优化参数,建立模型实现对冲击地压危险性等级的预测。首先,利用文献提供的砚石台煤矿实测数据作为样本,选取影响冲击地压发生的十种主要因素如煤厚、埋深、倾角等,对数据进行归一化预处理和主成分分析。利用改进FOA的全局优化能力对SVM进行寻优,继而建立FOA-SVM模型;然后对23组训练样本进行训练,检验得模型误判率为0;最后将模型用于另外12组现场采集数据进行测试,并与标准FOA-SVM、PSO-SVM和GA-SVM预测结果进行比较。结果表明:改进的FOA-SVM模型适用于冲击地压危险性等级预测且预测精度较高。     

用滑块模型对冲击地压的研究（I）

根据冲击地压发生的力学条件和地质条件, 引入 (Ruina,1983年)单状态变量本构模型(Single state variable model, SSVM)对冲击地压的动力学行为和演化行为进行了描述。研究表明：模型中参数K, 对冲击地压系统动力学行为和状态变量演化行为贡献较大,而系统动力学行为和演化行为对 ,f初值的敏感性相对较低。模型模拟了冲击地压系统的粘滑特性和冲击地压系统的动力失稳过程,较好地解释了冲击地压的发生机理,为冲击地压失稳破坏的预测预报提供了理论依据。     

义马煤田特厚煤层区域冲击地压危险性分析

为了研究义马煤田特厚煤层和煤厚变化等地质因素与冲击地压之间的关系,以义马煤田的地质条件为基础,描述了煤田的冲击地压概况和煤层特征,分析了特厚煤层及其厚度变化区域的冲击地压危险性。研究指出,特厚煤层区域,采高大,采掘活动对煤层上覆坚硬顶板扰动大,易造成采后坚硬顶板弹性能的蓄积,从而导致冲击地压的发生;煤层厚度急剧变化区域,煤层受到水平附加应力的影响,易造成局部应力集中,加之煤层厚度变化区域构造发育,导致煤岩体性质发生变化,冲击地压发生的可能性也更大。最终指出特厚煤层及其厚度变化区域冲击地压危险性较强,并提出了冲击地压危险性的预测预报方法,为义马煤田受冲击地压威胁矿井的冲击地压防治工作提供了指导。     

遗传模拟退火的BP算法在冲击地压中的应用

冲击地压的预测、预报的研究,大多数仍停留在简单的统计研究和单因素的预测方面,因而,结果也不十分理想。笔者采用多层前向网络对该问题进行数学建模,网络的训练算法采用基于遗传模拟退火的BP优化算法。该算法是在遗传算法中引入模拟退火机制,将其同BP算法结合,形成一个混合的优化算法。新算法既有神经网络的学习能力和鲁棒性,又有遗传算法的强全局随机搜索能力。同时,利用华丰矿冲击地压的实际监测数据,通过遗传算法的主要性能指标对新算法的参数进行了比较研究,得到优化后的一组参数。利用该参数,对冲击地压的神经网络模型的结构、权值和阈值进行了优化,得到了非全连接的优化神经网络模型。最后,利用该模型对华丰矿冲击地压进行了短期最大震级的预报。预测结果的相对误差率平均为 7.84 %,预测效果比较理想。     

用滑块模型对冲击地压的研究(Ⅰ)

根据冲击地压发生的力学条件和地质条件，引入(Ruina,1983年1单状态变量本构模型(Single state variable model，SSVM)对冲击地压的动力学行为和演化行为进行了描述。研究表明：模型中参数K，β对冲击地压系统动力学行为和状态变量演化行为贡献较大，而系统动力学行为和演化行为对φ，f初值的敏感性相对较低。模型模拟了冲击地压系统的粘滑特性和冲击地压系统的动力失稳过程，较好地解释了冲击地压的发生机理，为冲击地压失稳破坏的预测预报提供了理论依据。     

冲击地压预测和防治

冲击地压严重威胁煤矿生产安全,发生时生产设施遭到破坏,甚至造成人员伤亡。我国是冲击地压最严重的国家之一。针对国内外冲击地压的现状,阐述了国内外冲击地压及其预测、防治的情况,对现有主要的预测技术进行了分析,指出使用电磁脉冲进行预测和水力钻孔割缝进行防治具有的特点。钻屑法是一种简便易行的预测方法,电磁辐射、电脉冲、声发射等也可用于冲击地压的预测。冲击地压防治技术主要有开采解放层、煤层注水、爆破卸压、钻孔卸压等,水力钻孔割缝是一种有待研究的新方法。     

弹脆性圆形煤巷应力跃升及冲击地压预测模型

为预测煤巷冲击地压灾害,将强冲击倾向煤视作理想弹脆性材料,建立圆形煤巷力学模型,分析煤巷围岩的应力和变形能密度分布特征,进而建立煤巷冲击地压预测模型,利用该模型预测冲击地压灾害风险。研究结果表明：弹脆性煤巷围岩的切向应力和变形能密度在弹性区与破坏区界面处发生跃升;煤体强度损伤度和地应力增大,煤巷破坏区半径增大,煤巷围岩切向应力和变形能密度跃升高度增大;切向应力跃升为煤巷失稳破坏提供了力源,变形能密度跃升为冲击地压发生提供了能量源;切向应力和变形能密度跃升高度越大,煤巷越容易失稳和冲击;基于切向应力和变形能密度跃升,建立了煤巷冲击地压解析预测模型,预测结果与现场冲击地压实际情况一致,从而为脆性煤巷冲击地压预测提供了一种新的方法。     

基于异步迭代算法的冲击地压预测

采用三层BP神经网络方法对冲击地压建立了数学模型。网络的训练算法采用具有松弛因子的动态异步迭代法,该算法在克服网络的麻痹现象及局部极小问题上都优于目前常用的训练方法,因而,采用此算法对网络进行了训练及震级的预报。基于新汶矿务局华丰煤矿1999～2000年的冲击地压现场监测数据,把冲击地压的能量、产生波的幅值、频次做为输入数据,相应期间的最大震级为输出数据,组成神经网络的训练样本及测试样本,对原始数据进行了数学预处理,网络结构采用了输入层3个结点,中间层7个结点,输出层1个结点的前向神经网络;网络最终的训练误差为0.06,预测结果的相对误差率平均为 9.2 %,预测效果比较理想。     

Combined early warning method for rockburst in a Deep Island,fully mechanized caving face

Rockbursts annually cause hundreds of casualties and huge economic losses in China. The possibility of rockbursts occurring in a deep island, fully mechanized caving coal face is much higher than in a normal face. To predict and prevent rockbursts in this type of coal face, a comprehensive approach based on multi-instrument monitoring, including microseismic (MS) monitoring, electromagnetic emission (EME) monitoring, and the drilling cutting method (DCM), has been proposed. The case of working face 1304 in the Yangcheng coal mine in Shandong Province, China, was analyzed to test the combined early warning method. In situ investigations showed many early warning precursors before a rockburst, such as a period of silence in MS activity, persistent rising of EME intensity values and pulse numbers, and a large jolt of EME. Based on the quantitative early warning indexes, the combined early warning method for rockbursts in coal face 1304 was established, which mainly includes three rockburst risk judgment conditions and one rockburst risk identification condition. This method has been applied to rockburst forecasting in the Yangcheng coal mine. The application showed that this comprehensive approach could accurately identify potential rockburst risks and trigger early warnings. The case study demonstrated that the likelihood of a rockburst occurring can be forecasted by the combined early warning method based on multi-instrument monitoring.     

深部煤层卸压爆破防治冲击地压效果的数值模拟研究

卸压爆破技术可降低煤岩体中应力集中程度,有效避免冲击地压灾害的发生。以跃进煤矿23 130工作面卸压爆破工程为例,运用FLAC3D软件进行数值模拟,分析了不同条件下卸压爆破前后围岩应力分布和转移规律,并结合电磁辐射监测技术,对采掘现场卸压效果进行了检验。结果表明,装药量越大,应力峰值降低和转移越明显;煤层厚度越大,应力峰值降低越明显,但推移距离基本不变;采深越大,应力峰值降低越大,但峰值区推移距离减小;爆破区域的电磁辐射检测值降低明显,表明卸压爆破效果理想。综合利用数值模拟方法和电磁辐射监测技术,可为采掘区域合理确定爆破参数和有效降低冲击地压危险提供依据。     

冲击地压煤层大直径卸压孔快速成孔关键技术

为了提高冲击地压矿井大直径卸压钻孔的成孔率和施工效率，通过对冲击地压矿井煤岩体应力特征、卸压孔孔壁扰动动力失稳特性及施工特点的分析，探讨了大直径卸压孔快速施工的关键点在于高效排渣、快速成孔提钻。采用具有1.25 m行程轨道、大通孔动力头的ZDY4000LR型钻机，优化了大直径卸压钻孔施工操作流程，形成了水介质螺旋宽翼片双动力排渣高效成孔工艺方法，并在河南义马矿区和陕西彬长矿区进行了现场试验。结果表明:该工艺技术能够安全、高效地施工大直径卸压钻孔，施工效率较大螺旋钻进技术提高了48.9%，成孔率可达到100%。研究成果对类似冲击地压矿区施工煤层卸压孔提供借鉴。      

基于人工神经网络的岩爆预测方法

在分析岩爆主要影响因素的基础上，建立了一种新的人工神经网络岩爆预测模型。采用已有岩爆发生数据作为训练样本对网络进行训练，利用收敛的网络进行岩爆烈度预测，预测结果与实际吻合，说明利用人工神经网络预测岩爆发生烈度是一种可行的方法。     

煤层定点水力压裂防冲的机制研究

为实现在掘进或回采前对冲击危险煤层的一次性卸压,达到区域防冲的目的,提出了煤层定点水力压裂技术。为了从理论上说明煤层定点水力压裂技术防治冲击地压的可行性和有效性,首先,通过建立煤层压裂力学模型,从定性和定量两方面分析煤层定点水力压裂防冲的机制,认为煤层压裂通过增阻和降能2方面实现冲击地压的防治;提出了基于压裂效能指数In的压裂防冲效果评价方法以及关键冲击块临界体积的估算公式,为煤层压裂施工参数的选择提供参考;最后,在华丰煤矿1412工作面成功应用该项技术,从现场观测、管路压力、微震事件和应力变化4方面验证了煤层定点水力压裂技术防治冲击地压的效果。     

煤矿冲击矿压机理、监测预警及防控技术研究

随开采深度不断增加, 煤矿冲击矿压灾害形势严峻, 冲击矿压机理、监测预警技术及防控技术的研究对于煤矿安全生产至关重要。论文系统总结了团队多年来研究成果及进展, 提出了动静载叠加诱冲机理, 基于动静载力源和能量主体划分了冲击矿压类型。提出了冲击危险"应力-震动-能量"三场耦合监测原理, 建立了冲击危险应力场-震动场-能量场三场多参量综合监测预警技术体系, 并构建了多参量带权重的时空预警模型, 基于大数据和云平台技术, 开发了冲击矿压风险智能判识与多参量监测预警云平台, 实现冲击危险监测数据与防治措施信息的融合, 提高了冲击危险监测预警效能, 提出了冲击危险强度弱化减冲原理和巷道围岩强弱强结构原理, 并给出了基于动静载的冲击矿压分类监测预警和防治方案。研究成果有力推动了冲击矿压研究进展, 可为深部冲击矿压防治提供重要指导。     

吉林省道清矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性数值模拟

通化矿业(集团)公司道清煤矿地质构造复杂,且已经进入深部开采阶段,煤体采动所形成的矿压对安全生产造成较大威胁。为预测该矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性的程度,对其煤层进行冲击地压危险性数值模拟,分析了煤层在自重应力场和构造应力场下水平应力、垂直应力、XY剪切应力大小及分布规律,得出应力集中区出现在F3号逆掩断层与煤层交汇处,即此处冲击地压危险性程度相对较大,开采时应注意防范,确保矿井安全开采。     

Application of an Expert System for the Assessment of Blast Vibration

The purpose of this article is to evaluate and predict the blast induced ground vibration using different conventional vibration predictors and artificial neural network (ANN) at a surface coal mine of India. Ground Vibration is a seismic wave that spread out from the blast hole when detonated in a confined manner. 128 blast vibrations were recorded and monitored in and around the surface coal mine at different strategic and vulnerable locations. Among these, 103 blast vibrations data sets were used for the training of the ANN network as well as to determine site constants of various conventional vibration predictors, whereas rest 25 blast vibration data sets were used for the validation and comparison by ANN and empirical formulas. Two types of ANN model based on two parameters (maximum charge per delay and distance between blast face to monitoring point) and multiple parameters (burden, spacing, charge length, maximum charge per delay and distance between blast face to monitoring point) were used in the present study to predict the peak particle velocity. Finally, it is found that the ANN model based on multiple input parameters have better prediction capability over two input parameters ANN model and conventional vibration predictors.     

巷道诱发型冲击地压的发生机制及危险性分析

为了治理巷道诱发型冲击地压发生的灾害,从力学机制方面阐述了巷道诱发型冲击地压发生的静-动应力主导关系,揭示了巷道诱发型冲击地压发生的机制;将煤层巷道的围岩二次静应力和震源产生的动应力叠加,得到了巷道围岩二次应力与不同应力波叠加后的最大主应力和最小主应力表达式。从高应力差和巷道围岩冲击倾向性两方面考虑,提出了巷道诱发型冲击地压发生的判断方法;直接判断出巷道在特定深度、震源在某个位置、产生一定的应力波时,巷道发生冲击地压及冲击范围,并解释了巷道群附近产生大范围冲击的机制,成功分析了山东某煤矿掘进工作面发生冲击的原因。研究结果为分析诱发型冲击地压的危险性提供了理论基础,为治理诱发型冲击地压提供了技术途径。