基于SSA-CG-Attention模型的多因素采煤工作面涌水量预测

矿井工作面涌水量预测对确保矿山安全、优化资源配置、提高工作效率等都具有重要作用。为提高预测结果的准确性和稳定性,基于钻孔水位和微震能量数据与涌水量的强关联性,选择其作为多因素特征变量,提出SSA-CG-Attention多因素矿井工作面涌水量预测模型。该模型在门控循环单元(GatedRecurrentUnit,GRU)提取时序特征的基础上,与卷积神经网络(ConvolutionalNeuralNet-work,CNN)融合形成新的网络结构提取数据的有效非线性局部特征,并且加入注意力机制(Atten-tion),在预测过程中将注意力集中在输入元素上,提高模型的准确性。最后通过麻雀搜索算法(Spar-row Search Algorithm,SSA)优化模型参数,避免局部最优解的问题。将提出的模型分别与传统的BP神经网络、LSTM、GRU单因素涌水量预测模型以及MLP、SLP、SVR、LSTM、GRU、SSA-LSTM、SSA-GRU多因素涌水量预测模型的预测结果进行对比分析,结果表明:SSA算法以最少迭代次数快速寻优,避免了局部最优解的缺陷;SSA-CG-Attention多因素涌水量预测模型整体预测指标绝对误差(E_(MA))、均方根误差(E_(RMS))以及平均绝对百分比误差(E_(MAP))分别为5.24 m^(3)/h、7.25 m^(3)/h、6%,指标方差和为8.90。相较于其他预测模型预测精度更高,相较于单因素涌水量预测模型,多因素涌水量预测模型预测结果更加稳定。研究结果为矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法,对矿井工作面涌水量预测及防控有着借鉴与指导作用,具有一定的理论价值和现实意义。

机器学习方法在矿井水防治理论体系研究中的应用思考

致灾机理、危险性评价、灾变预测共同构成矿井水防治理论体系基本内容,其在过去20多年里快速发展,目标是理解矿井水行为特征,预测演化趋势,服务矿区水害防治工作。机器学习是大数据时代进行数据分析和挖掘的有力工具。将机器学习应用于矿井水防治理论体系研究,已得到相对广泛的关注。针对理论体系的3项基本内容,重点讨论了机器学习在各内容建设中的具体应用,主要包括:根据不同水害类型分类简述致灾机理研究现状,指出机器学习应用暂为空白的原因为其不具备做出假设的能力。认为未来致灾机理研究方法依然以传统方法(理论分析、数值模拟、相似模拟等)为主,机器学习促进地质数据获取与处理,对机理研究作出贡献;分析方法优势,指出机器学习作用于危险性评价的主要方式为非结构化数据的处理及丰富评价方法;分析基于物理和基于数据的单一预测模式弊端,论述物理模型与数据驱动相结合的必要性,相应给出“模型-数据”双驱动预测模式的3种实现形式,并讨论了基于图像的灾变预测方法可行性。随着生产数据及地质数据的丰富,机器学习方法可推动理论体系研究快速发展,并为矿井水防治学科系统方法论研究作出贡献。

基于CEEMDAN和改进的混合时间序列模型工作面涌水量预测研究

为提高采煤工作面涌水量预测准确度,收集大量工作面涌水量观测数据进行整理、统计、分析,将涌水量稳定性、周期性和季节性特征考虑在内,提出1种基于数据驱动的完全自适应模态分解算法(CEEMDAN)和改进的混合时间序列模型工作面涌水量预测方法。该方法利用CEEMDAN处理涌水量数据,构建麻雀搜索算法(SSA)优化的长短期记忆网络(LSTM)和自回归移动平均模型(ARIMA)并行级联而成的混合时间序列模型对工作面涌水量进行预测。研究结果表明:该模型预测结果与真实数据相差更小,平均绝对误差为6.36 m 3/h,均方根误差为10.6 m 3/h,模型拟合系数为0.95,更适用于工作面涌水量预测。研究结果可为矿井工作面涌水量预测及防控提供参考。

深部煤层采动底板破坏带发育规律研究

煤矿深部煤层底板水害事故频发,严重影响工作面生产安全。以开滦某矿为例,利用理论计算、FLAC3D数值模拟和现场实测等多手段测试方法,研究深部煤层采动底板破坏带发育规律。采用理论计算方法分析了工作面底板破坏带的形成过程,并计算底板破坏带最大深度为35.47 m.数值模拟结果表明,工作面底板塑性区随工作面推进而扩大发育范围,最大深度35.26 m.采用井下俯斜钻孔注水实验实测了底板破坏带发育深度为33.45 m.三种方法得到的底板破坏带深度数据均可靠,为矿井深部煤层的安全开采提供技术支撑。

我国煤矿水害重特大事故相关因素特征分析及防治对策

为深入探究我国煤矿水害事故现状及其相关因素特征,统计了新中国成立以来我国煤矿重特大水害事故起数和死亡人数,采用数理统计方法对煤矿水害重特大事故与原煤产量、突水水源、发生时间、发生区域、法律法规变迁、市场监管体制机制、教育培训、煤矿企业性质等8个因素的相关程度进行了分析;同时,对矿井水害事故发生原因进行了总结分析,并提出了技术对策以及管理措施。研究结果表明:新中国成立以来我国煤矿水害重特大事故大体可分为低位频发期、异常高峰期、持续上升期、高位波动期、稳定下降期5个阶段;4—11月是水害事故高发期,8月份事故发生最多;河南、湖南、贵州、山西、黑龙江是煤矿透水事故多发地,老空水是水害事故的主要突水水源;乡镇煤矿是水害事故的重灾区,但总体呈下降趋势;法律法规变迁、市场监管体制机制、教育培训等因素也直接影响我国煤矿水害重特大事故发生频率。

亭南煤矿涌水量时间序列预测研究

矿井水害是影响煤矿安全高效开采的主要地质因素之一,而矿井涌水量的准确预测对煤矿防治水工作具有重要的意义。本文使用时间序列分析软件(SPSS)对亭南煤矿2007年1月-2019年12月月度涌水量数据分析,建立了ARIMA(1,1,1)预测模型,并利用该模型对2020年1月-2020年6月的涌水量数据进行预测,结果表明:与实际涌水量最大相对误差为2.306%,最小相对误差仅为0.464%,模型精度较高,能够很好地对亭南煤矿涌水量进行预测。

新阶段煤矿安全生产标准化管理体系建设与效果研究

为研究煤矿企业安全生产制度的发展历程,文章归纳了煤矿安全生产标准化建设的历史演变,并根据近几年来煤矿安全生产标准化检查现状,结合2020年国家煤矿安全监察局颁布的《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法》和标准化体系建设在煤矿企业的应用效果,总结分析其在建设过程中的缺点与不足。研究表明,新阶段我国煤矿安全生产标准化管理体系建设在不断完善,建设效果良好,未来也需要更加完善,煤矿企业应切实落实安全生产标准化管理体系建设。

基于DRN-BiLSTM模型的矿井涌水量预测

针对矿井涌水量预测中存在的深度学习模型预测精度不高和适用性不强的问题,提出了一种基于深度残差网络(Deep Residual Network,DRN)和双向长短记忆网络(Bidirectional short and long memory network,BiLSTM)的矿井涌水量预测方法。首先,将矿井涌水量数据进行小波分解和归一化处理,得到趋势项数据和细节项数据;其次,采用DRN网络方法对趋势项数据进行预测,采用BiLSTM网络方法对细节项数据进行预测;最后,将2部分预测结果进行重构得到矿井涌水量预测结果。研究结果表明:DRN-BiLSTM模型相比于单一模型预测精度更高,说明该模型具有更好的泛化性。

基于改进DK算法的煤矿水害逃生三维仿真平台研究

为研究某煤矿突发水害后井下人员受突水点和巷道淹没影响的逃生路径规划问题,建立了基于改进DK算法的煤矿水害逃生仿真平台。首先,基于WebGL建模煤矿巷道的三维环境;其次,通过突水量模型和巷道淹没范围模型解算巷道中水流量、水流半径和水流路径的实时变化;然后,基于改进DK算法计算巷道当量距离的影响系数;最后,通过有效逃生路径搜索算法得出逃生路径规划结果。结果表明:突水水源、突水通道、巷道结构、人员位置、人员数量为突水灾害影响逃生路径的5类因素,基于改进DK算法的煤矿水害逃生仿真平台能有效提高井下人员的逃生率。

综采条件下煤层顶板导水裂缝带高度计算研究

针对"三下"开采规程中有关导水裂缝带的经验公式已不能完全适应综采条件的现状,通过收集国内大量实测统计数据,在不同覆岩条件下,充分考虑开采厚度、开采深度、煤层倾角、工作面斜长的影响,利用功能强大的SAS数学软件对数据进行了分析。通过不同方法结果对比得出,综采开采条件下"三下"开采规程中导水裂缝带高度经验公式与实测相差较大,优选出综采条件下较为精确的计算经验公式,能满足现场工程实践新要求。

化学示踪连通试验在矿井充水条件探查中的应用

为获取地下水流速和渗透系数等水文地质参数、查清含水层水力联系、查明矿井充水条件,在内蒙古某矿设计实施了化学示踪试验。通过对国内外化学示踪试验资料整理、统计分析,总结出化学示踪剂用量与投放距离、含水层性质的经验关系式,并对本次示踪剂用量做出了评价。同时,对试验中监测点水中均未出现Cl-浓度增高现象进行了科学解释,提出类似含Cl-示踪剂中的某些离子可能被地下岩层特定矿物质吸附时,只要化学试剂中的一种离子能达到试验效果,且具有成本低、易获取等特点,即可选择其作为示踪剂的观点。

煤层气田水文地质参数与煤层气井产能相关性

为了解含水层水文地质参数对煤层气成藏和开采的控制作用,研究了河东煤田三交区块主采煤层的直接含水层组水文地质条件与该区煤层气产能的相关性.结果表明:水力边界、水动力场和水化学场和煤层气赋存特征存在相关性,水位标高、矿化度、影响半径三个水文地质参数的合理匹配可以可获取较好的煤层气富集区,并确定研究区中南部为有利于煤层气富集和成藏的区域;三交井组与碛口井组实际排采数据与该区相应三个水文地质参数也存在关联性,开采中的产气规律与水文地质控气规律相一致,且开采模式可以分为滞后型和同步型两类.该成果对煤层气富集靶区预测和开采具有一定的参考价值和指导意义.

开采过程中矿井涌水量动态预测研究

为解决矿井涌水量预计误差较大、矿山排水能力无法适应矿井突水的问题,以山东龙固矿井为对象,根据矿井涌水量多年动态变化规律分析影响矿井涌水量大小的主要因素,揭示采动过程中充水因素变化对涌水量大小的影响,并在此基础上,采用数值法实时预测采掘进程中矿井涌水量的动态变化。结果表明,与以往采区范围固定不变的模拟方法相比,考虑按工作面开采的时间先后顺序进行涌水量的预测,实时调整新采区内的虚拟开采井,此种预测方法使矿井涌水量预测结果更逼近真实,减小了计算误差。

含水层微观孔隙分形特征与渗透性关联研究

为了探索宏观渗透性能与微观孔隙结构之间的相关性,本文研究了宏观参数渗透率与微观孔隙分形特征之间的关系。在分析砂岩孔隙介质分形模型的基础上,以林南仓矿补勘孔含水层段的9个岩芯样本为研究实例,采用切片制样和SEM技术,扫描断面微观结构,辅以MATLAB计算SEM图像中微观孔隙结构参数、计算其分形特征参数D f,建立了渗透率与分形特征参数D f的理论关系,并利用该公式计算了渗透率的理论值。为验证理论关系的正确性,对样本渗透率参数进行了实测,对比实测值与理论值,误差小于10%,说明微观孔隙分形特征与宏观渗透性能之间确实存在相关性。结论:利用钻孔岩芯微观分形特征及文中理论公式获取宏观渗透性规律将是一条可以尝试的技术路线。

砂岩微观孔隙分形特征与宏观渗透性能的相关性

为探索砂岩孔隙微观特征与宏观渗透性能的相关性,针对酸刺沟煤矿3个钻孔不同深度9个砂岩样本的SEM图像(放大1 000倍)进行统计分析,SEM图像中孔隙"周长-面积"具有较好的分形特征,分形维数值取1~1.3.之后,借鉴宏观砂岩孔隙中水体渗流的不等径毛束管模型,建立了基于微观孔隙分形特征的渗流不等径毛束管理论模型,推导了微观尺度下渗透系数和渗透率的计算理论模型,计算了各样本的渗透率和渗透系数,取值范围分别在0.002~0.09 m D和1.2~24.4 m/s.为验证理论模型的计算结果,对相同岩芯样本的渗透率进行了中尺度下的实测,实测值取值范围0.34~0.59 m D.最后经相关分析,建立了微观尺度和中尺度下渗透率的相关关系式,相关系数为0.7.可以得出结论,所建立砂岩孔隙微观尺度下渗透率计算的理论公式有一定的合理性,其与中尺度的渗透率存在一定的相关性.

矿井涌水量预测方法及适用性评价

本文在广泛阅读国内外相关文献的基础上,从分布参数法和集中参数法的角度出发,深入地综述和剖析了现有矿井涌水量预测的方法。同时以新汶矿区为实例,运用数值法、解析法和比拟法对矿井涌水量进行预计。与实测数据对比,对预测方法的特点及适用性进行了评价。评价结果表明,对于研究区水文地质资料详实的情况下可利用数值法进行预测。对于研究区资料不够丰富时,可采用数值法进行模拟进行预测,同时利用解析法进行对比。对于新建的矿井,水文地质参数不足时,可使用水文地质比拟法进行预测。这种评价对于类似条件矿井涌水量预测方法选择具有一定的指导意义。

缓倾斜近距离煤层群开采流固耦合相似模拟覆岩运移规律研究

为研究缓倾斜近距离煤层群开采覆岩破坏及水动力演变规律,防止开采过程中发生突水灾害,采用理论分析、对比分析、相似模拟等研究手段对工作面是否留设隔水煤柱及含水层加压后突水通道形成进行研究。结果表明:(1)不留设隔水煤柱时,覆岩破坏范围会随L1614、L1615、L1616工作面开采而扩大,顶板重复破坏会形成连通工作面和K3、K4含水层间的导水裂隙;(2)L1814、L1815、L1816工作面分别留设32.9m、47.9m、59.2m宽的隔水煤柱后,导水裂隙只导通了K4含水层;(3)K3含水层加3倍初始水压时,下方离层水静水压力超过下位岩层的极限抗剪强度,击穿下位岩层并与导水裂缝带连通,形成突水通道。

SEM图像处理与微观信息提取技术研究

为了精确提取扫描电镜图像微观渗透信息,以开滦林南仓矿和内蒙古酸刺沟矿岩芯制作的SEM照片为研究对象,针对每个样品拍摄了放大1 000倍的SEM照片,重点研究利用图像处理软件实现对同一尺度SEM图像信息的提取。最后建立微观参数与渗透率之间的数学模型,得出孔隙大小的划分标准,并经过实验验证。

干旱区矿区水资源综合利用和优化配置研究

干旱区煤炭开采过程中,矿井排水和水资源匮乏构成一对矛盾。本文以神东矿区为例,以8个井田为子用水户,以自来水、工业复用水及绿化复用水为可利用的水源,以2005-2010年开采期间供、用水情况为基础,采用灰色序列GM(1,1)模型方法,对2015年、2020年各井田的用水需求和各水源可供水量进行了预测分析。在此基础上,构建了多目标、多水源、多用户、不同水质线性规划模型,以2010年为基准年,利用Matlab线性规划方法,在满足水资源供给保证率最大、用水费用最低的条件下,针对2015、2020规划水平年提出了最优技术方案。分水质、分用户、分级供水为经济、高效的供水方案,按照各井田的生产规划,未来即便能最大可能用好工业复用水源,仍将面临自来水短缺的问题。

赵各庄矿井高倾斜煤层深部开采矿井涌水量预测研究

赵各庄矿井13水平西翼第8号石门区域的3839工作面是一个典型的近百年开采的高倾斜煤层深部开采区。为预测3839工作面涌水量,首先分析了其上部9-13水平近30年的开采面积、降水量、奥灰水位、开采深度等因素与矿井涌水量的相关性;其次,筛选出了老空积水量、降水量、奥灰水位变幅和开采深度等影响因素;最后,通过建立多元线性回归分析预测模型(方程),并利用2012年涌水量数据对预测模型进行验证,发现该预测模型与2012年实测数据相关性很高。进而对2013年的3839工作面涌水量进行了预测,得到的结果与已有的比拟法、解析法预测结果均较接近。说明该模型涌水量预测可行,但未证明该模型具有普遍适用性。