基于PCA-SaDE-ELM优化算法的煤层底板破坏深度预测及工程应用

基于煤层底板破坏深度实测结果统计分析,通过优化数据样本空间,引入自适应差分进化改进的极限学习机算法,构建了煤层底板破坏深度预测模型,与实测结果对比分析验证,并应用于云驾岭煤矿9^(#)煤层底板破坏深度预测。结果表明:模型预测的最大绝对误差不超过0.7 m,相比现有其他预测模型,该模型预测精度提高约70%;云驾岭煤矿19101、19103和19105这3个典型工作面的破坏深度分别为10.80、10.94、11.34 m,介于规范方法和滑移场理论预测结果之间,进一步反映了模型的可靠性;建议对9#煤层底板加固改造后再进行回采。相关研究成果可为我国煤层底板破坏风险管理和煤炭资源的优化回采布置提供一定的理论支撑。

断层影响下深井工作面底板破坏深度预测

底板破坏深度的预测是底板突水防治研究中的重要一环。为研究断层影响下深井工作面底板采动破坏深度,基于现场实测数据,运用多元线性回归分析方法,构建了断层影响下深井工作面底板破坏深度预测模型,并检验了模型的准确性。通过现场监测方法,验证了预测模型的合理性。结果表明,与传统的统计公式相比,提出的预测模型相对误差平均值至少降低了25.49%,采用新预测模型预测含断层的工作面底板破坏深度为44.96 m,现场监测底板破坏深度为45.7 m,新预测模型预测值与现场监测基本一致。该预测模型对预测断层影响下深井底板破坏深度和防治底板突水具有一定的实用价值。

平煤矿区十二矿下保护层开采底板破坏深度数值模拟研究

为了深入系统地研究复杂条件下工作面开采底板岩层破坏机理和突水条件,根据平煤矿区十二矿31040下保护层工作面的工程地质、水文地质条件及岩石物理力学测试报告,采用FLAC 3D有限差分程序,分别对不同条件下的底板扰动破坏深度及其演化规律进行了数值计算分析,得出了底板岩体扰动破坏深度计算公式,并针对十二矿31040下保护层工作面开采对底板扰动破坏深度发育形态影响进行分析研究,验证拟合公式的科学实用性,可为今后平煤矿区带压安全开采提供技术支持和指导。

缓倾斜煤层开采底板破坏深度数值分析研究

研究煤层开采过程中底板破坏深度对防治矿井底板水害具有重要意义,数值模拟避免了因现场条件复杂而无法进行实测的情况,可以在煤层开采前模拟和预测破坏深度,为开采工作提供参考。以梁北煤矿32021工作面为例,基于统计规律的经验公式进行了理论计算,得到的底板破坏深度分别为27.05 m、25.63 m、23.56 m,其中,考虑采深和煤层倾角的27.05 m更接近实际情况。使用FLAC^(3D)进行数值模拟,模拟并分析了工作面推进过程中的应力变化规律和底板破坏深度。在数值模拟的过程中,煤层底板的垂直应力变化结果表明,随着工作面不断推进,顶底板应力增大,采空区两端出现应力集中现象,影响范围不断增大,同时底板破坏深度也会随之增加;煤层底板的塑性破坏结果表明,底板破坏深度随工作面的推进而不断增大,当工作面推进至100 m时,底板破坏深度达到最大,之后破坏深度保持不变,破坏范围会一直随之增加;工作面推进100 m时,煤层底板下不同深度的塑性破坏结果表明,随着深度增加,破坏范围不断减小,可判断出煤层底板最大破坏深度约为25.9 m。

基于粒子群优化极限学习机的煤层底板破坏深度预测

矿井底板破坏产生的裂隙可能导通煤系基部的承压水,导致矿井突水事故发生。利用粒子群优化算法对极限学习机模型进行优化,建立了底板破坏深度粒子群优化极限学习机预测模型,主控因素包括埋深、倾角、采高、斜长、底板抗破坏能力,使用模型对竹林山煤矿3号煤层底板破坏深度预测。预测结果表明:竹林山煤矿3号煤底板破坏深度最大值为60.35 m,最小值为37.35 m,平均值50.63 m,预测结果为矿井安全生产提供了理论依据。

基于PCA-T-S模糊神经网络底板破坏深度预测

针对底板破坏深度影响因素较多、数据之间相关性较强的特点,选用了主成分分析法对原始数据进行降维处理,提取出主要指标信息;基于T-S模糊神经网络具有拟合性能强、预测准确度高的优点,建立PCA-T-S模糊神经网络模型。通过阅读大量文献资料,选取了煤层埋藏深度、煤层倾角、煤层开采厚度、工作面斜长、底板抗破坏能力以及断层的存在性作为底板破坏深度的主要影响因素,选取24组数据进行模型训练,建立预测模型,并对8组数据进行预测,通过与传统T-S模糊神经网络模型及“三下”开采规范收录公式进行对比,分析PCA-T-S模糊神经网络预测模型优于其它两种方法,预测的最大相对误差仅为15.25%.为底板破坏深度预测提供了一种新的预测方法。

采场底板破坏深度计算公式的改进

针对煤矿开采底板破坏的问题,在总结全国典型煤矿底板破坏深度实测资料的基础上,通过Matlab软件及Excel中的函数分析功能,综合分析了煤层采深、煤层倾角、煤层采厚、工作面斜长、底板抗破坏能力及有无切穿行断层或破碎带等6个影响因子与底板破坏深度的关系,利用多元线性回归分析对规程计算公式进行了改进,将改进的线性公式进行非线性曲线的拟合及预测分析,得到了预测准确度更高的非线性回归修正公式,经过比较分析规程经验公式、线性回归改进公式及非线性回归修正公式对底板破坏深度的预测值与实测数据的误差,发现线性回归改进公式和非线性回归修正公式具有更高的预测能力,而且非线性回归修正公式预测准确度最高,误差范围相对较小,在底板破坏深度预测中具有相对较高的应用价值。

基于BP神经网络的底板破坏深度预测

在总结采场底板破坏深度预测方法和理论的基础上,结合大量实际资料分析,归纳出开采深度、煤层倾角、开采厚度、工作面长度、底板抗破坏能力和有无切穿型断层或破碎带6个方面是影响底板破坏深度的主要因素.根据全国典型突水案例,构建基于BP神经网络的底板破坏深度的预测模型,确定建立BP神经网络所需的输入样本和检验样本,运用Matlab软件对网络进行训练,得出了优化的网络模型,并根据建立的网络模型预测肥城煤田曹庄井田8812和9604工作面的底板破坏深度.通过与实测结果对比,证明该网络模型的计算结果比相关规程提供的底板破坏深度经验公式计算的结果更接近实际.

矿山压力对底板破坏深度监测研究

目前肥城煤田 6 1%的煤炭储量受底板奥陶系灰岩岩溶水威胁 ,采场底板破坏深度的监测是该煤田底板水害防治的重要内容 ,选择肥城煤田曹庄井田 8煤层和 9煤层开采作为监测对象 ,利用向底板岩层注水方法监测岩层破坏情况。利用专利产品“钻孔双端封堵测漏监测仪” ,监测煤层采前的底板原始裂隙发育程度和采后矿山压力底板的破坏深度。监测结果表明 ,8煤层开采造成的底板破坏深度可达 36 .5m ;9煤层开采底板破坏深度可达 14 .2m。

杨村煤矿综采条件下薄煤层底板破坏深度的实测与模拟研究

通过2个监测钻孔8个应变传感器探头组成的现场应变实测系统实测应变增量的变化曲线,研究了兖州煤田杨村煤矿下组煤16上薄煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。结果表明:16上煤底板破坏深度介于8.4～10.1 m;而运用FLAC3D进行底板变形破坏数值模拟得出的底板下塑性区破坏深度为9.1 m,与实测结果差别不大。

带压开采煤层底板破坏深度理论分析及数值模拟——以陕西澄合矿区董家河煤矿5号煤层为例

随着煤矿开采深度的不断增加,带压开采已经成为深部矿井普遍应用的一种采煤方法,而带压水上采煤的关键问题之一是确定采动引起的底板破坏深度。针对董家河煤矿5号煤层开采引起的底板采动破坏深度开展相关研究,以该矿的507综采工作面开采为工程背景,采用理论分析和数值模拟相结合的办法,动态再现了整个底板岩层渐进破坏过程,并得出底板岩层的最大破坏深度为10-11 m,该结果与现场实测结果一致;同时给出了该矿底板岩层破坏深度与工作面斜长和埋深关系的经验公式。该结论为董家河煤矿带压开采工作面煤层底板突水预测与防治提供了科学依据。

基于正交试验的底板破坏深度主控因素敏感性分析

为了研究底板破坏深度的影响因素,考虑工作面倾斜长度、采厚、采深、不同底板岩层力学参数和承压水水压,采用FLAC3D软件模拟底板破坏深度,运用正交试验法对模拟结果分析,研究影响底板破坏深度主控因素敏感性。研究结果表明,工作面斜长、采深、采厚对底板破坏深度的敏感性主次顺序为工作面斜长>采深>采厚;抗拉强度对底板拉破坏深度的影响为高度显著;底板岩层黏聚力、内摩擦角对底板破坏深度及拉破坏深度的敏感性不显著;抗拉强度、内摩擦角对剪破坏深度的敏感性较弱,黏聚力对底板剪破坏深度具有显著性影响;随着承压水压力的增加,底板中水平最小主应力与承压水压力越来越接近,且水平应力值接近水压的岩层范围增大,导致突水的危险性增加。

承压水上开采煤层底板破坏深度数值模拟及实测研究

根据某矿综采工作面煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点,建立了反映完整底板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D软件数值模拟分析了煤层开采过程中底板应力及破坏特征,结果表明:煤层底板下0～4 m内岩体破坏较为严重,不具有阻水能力;煤层底板下4～10 m内岩体虽然发生了局部破坏,但其破坏程度相对较弱,具备一定的阻水能力。结合现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面推进的变化情况,确定出煤层底板破坏深度为8～10 m。综合对比分析得出煤层底板破坏深度为10 m。

倾斜煤层底板破坏深度计算方法及主控因素敏感性分析

为研究倾斜煤层底板破坏主控因素对底板破坏深度的敏感性,根据弹性力学中的半无限体理论建立了沿煤层倾斜方向底板破坏深度求解力学模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以阳城煤矿的采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,按照正交试验设计方案对3306工作面底板破坏特征进行数值模拟。运用矩阵分析法以及方差分析法对模拟结果进行分析计算,确定各主控因素对底板破坏深度的敏感性。研究表明:(1)随着工作面推进距离的增大,底板最小主应力值与承压水压值越来越接近,且最小水平主应力与底板承压水压相等的区域不断扩大,底板突水危险性增加。(2)各主控因素对底板破坏深度影响的主次顺序为:工作面斜长>采深>黏聚力>采厚>煤层倾角>水压>内摩擦角,方差分析结果显示,各主控因素中工作面斜长对底板破坏深度的敏感度为高度显著;采深较为显著;黏聚力显著;采厚、煤层倾角、水压以及内摩擦角不显著。(3)运用矩阵分析法确定了正交模拟试验的最优方案,即按照此方案实施后底板破坏深度最小,可有效降低矿井底板突水的危险性。

基于灰色关联度分析理论的底板破坏深度预测

在对影响底板破坏因素力学分析的基础上,利用灰色关联度分析理论对各主要影响因素进行求解,得出各因素与底板破坏深度关联度排序,各因素对底板破坏的影响程度排序为:工作面斜长>倾角>底板抗破坏能力>埋深>采厚。基于各因素与底板破坏的关系选定线性与非线性2种基函数类型,利用Matlab软件进行拟合得出新型底板破坏深度公式;分析构造因素、工作面推进速度、特殊顶板管理方式对底板破坏的影响,考虑到预测结果的离散性以及特殊顶板管理方式对底板破坏的影响机制较为明确,选取特殊顶板管理方式因素对底板破坏深度公式进行修正,得出修正公式。研究成果补充与完善了现行的经验公式体系,工程实例验算表明公式预测精度较高。

大埋深煤层底板破坏深度统计公式及适用性分析

针对当前工作面底板破坏深度的统计公式未能充分反映大埋深、不同采高影响下煤层开采后的底板破坏深度的情况,为了准确计算底板破坏深度,保证工作面安全生产以及制定防治水措施,须建立相应的底板破坏深度统计公式。通过现场实测和文献资料收集,分析了21个埋深大于400 m的底板破坏深度的实测结果,采用统计方法进行回归分析获得了大埋深条件底板破坏深度的统计公式,进而对公式进行了适用性分析。依据实测结果,分别对断层、一次大采高和特厚煤层分层开采的影响进行了分析,并对公式分别进行了相应修正。研究结果对于大埋深底板承压水体上采煤工作面的安全生产以及制定防治水措施具有实用价值。

含隐伏断层的煤层底板破坏深度的数值模拟

针对含隐伏断层煤层底板采动破坏过程及导水通道的形成过程,根据岩-水关系法理论并利用COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟,分析了不同水压力下底板破坏深度,研究了在高承压水影响下,随着工作面的推进,底板破坏区域沟通断层导致突水的过程,研究得出随着含水层水压的逐渐增大,底板下方岩层裂隙中水压也呈现逐渐增加的趋势,而岩层中水压的增大会导致工作面与采空区涌水量增加以及底板破坏深度的增加,同时会影响到突水原因的变化,使得突水更具有隐蔽性,更不容易被探测和规避。

深埋薄基岩顶板来压与底板破坏深度关系

为解决现场顶板频繁剧烈来压造成的底板突水问题,根据实测深埋薄基岩采场矿压显现特征及关键层垮断失稳判别方法,分析了顶板来压时冲击载荷的作用机理,应用弹性理论及摩尔-库仑准则推导了顶板冲击载荷和支承压力叠加作用下的采场底板破坏深度计算公式,研究得出了顶板来压与底板破坏深度的关系,提出了相应的底板破坏深度控制技术,现场应用生产效率提高约91.7%。结果表明:顶板来压步距越大,冲击载荷越大;顶板冲击载荷及支承压力的叠加作用导致底板破坏深度增加;随来压步距增大,底板破坏深度先增加后又趋于稳定;顶板剧烈来压的周期性造成了底板破坏和底板出水的周期性。

基于人工蜂群算法优化支持向量机的采场底板破坏深度预测

为确定合理的底板防水煤岩柱尺寸,减少底板突水安全事故的发生,利用支持向量机(SVM)与人工蜂群算法(ABCA)综合研究底板破坏深度问题。由于SVM训练参数惩罚因子C和核函数宽度g的选择对预测精度的影响显著,采用ABCA优化该训练参数的选择过程,建立基于SVM的底板破坏深度预测模型。选取采深、煤层倾角、采厚、工作面斜长、底板抗破坏能力和是否有切穿断层或破碎带作为影响底板破坏深度的主要影响指标,利用现场实测的30组数据作为样本对该模型进行训练和预测。结果表明:该预测模型的平均相对误差为12.5%,平均绝对误差为0.986m,均方误差为0.005,平方相关系数为0.980,较其他预测模型具有更强的泛化能力和更高的预测精度。

上分层煤层开采底板破坏深度研究

针对焦作煤田大采深、高承压、底板相对隔水层较薄的特点,利用规程、经验公式、理论公式计算底板破坏深度,并同时开展现场实测以研究二煤上分层开采过程中的底板突水问题。通过对二煤上分层底板设置观测孔,利用双端封堵测漏装置对采前、采后的底板破坏深度进行探测,依据封堵段漏水量与裂隙发育成正比的关系,观测采动底板的裂隙发育程度、裂隙连通性。