多源信息融合约束下的工作面电磁波CT探测智能反演方法

为满足煤矿工作面智能精准开采对地质异常分布精准感知的需求,进一步提高工作面电磁波CT反演的精准性,提出了多源先验信息约束下的电磁波CT智能反演模型。在对工作面电磁波CT反演稀疏矩阵方程进行泛函优化转换的基础上,分析了基本遗传算法(Single Genetic Algorithm,SGA)的寻优进化机理,探讨了不同遗传参数对SGA智能算法搜索优化性能的影响,设计了基于多种群自适应遗传算法(Multi-population Adaptive Genetic Algorithm,MAGA)的工作面地质异常电磁波CT反演目标函数求解机制。除此之外,提出了范围约束、就近约束和平均值约束3种约束模型,将生产过程中揭露的巷探、钻探及回采等多源先验地质信息作为约束条件,不断调整地质异常反演目标函数搜索的进化方向,最终形成了基于MAGA智能算法和多源先验信息约束的电磁波CT反演模型,并通过数值模拟和工程实例进行了测试和验证。试验结果表明:MAGA智能算法能够充分结合多种群协同进化和遗传参数自适应调节策略,相比于单一的遗传算法具有更高的全局及局部搜索准确性和稳定性;随着外部约束数据的增加,基于平均值约束的MAGA智能算法能够获得更优的电磁波CT反演目标函数收敛结果。以山西大同矿区8208工作面内电磁波CT地质异常反演和解释为例对所建模型进行检验,预测结果与实际揭露结果基本一致,进一步验证了多源信息约束下的智能反演方法在工程实践应用中的可靠性,为工作面内地质异常的精准反演和预测提供了一种新的思路和方法。

透明矿山建设与推进的思考

透明矿山建设可分为矿山外部生产环境透明化建设和矿山内部生产环境透明化建设,前者通过建设矿山多源数据协同共享平台消除困扰矿山的“信息孤岛”和“子系统孤岛”现象,实现对矿井生产过程中人设备环境所产生基础多源大数据的透明化管理;后者通过智能算法对反演模型的优化以及通过构建约束模型耦合基于平台实时获取的巷道、钻探以及回采动态揭露的多源先验数据,提高矿山地质勘探的精准性。透明矿山建设涉及范围广、实施难度大,通过对矿山生产各专业信息的逐步积累和充分挖掘利用,逐步提高矿井安全隐患、水、瓦斯等更大范围和更高维度的透明化建设,为矿山的智能无人开采提供精准数据支持。

基于Morlet小波的时频分析方法在地震槽波精准反演煤厚中的应用

根据地震槽波在煤层中的传播规律以及Morlet小波的高分辨性,在通过地震槽波对煤矿工作面内的煤厚进行层析反演预测过程中,采用基于Morlet小波的时频分析方法,将地震槽波在煤层中的传播过程以能量流动的形式求取地震波信号的时间能量谱,并拾取地震槽波的走时。基于拾取的地震槽波走时,运用瞬时迭代重构算法(SIRT)对工作面内的煤厚及地质构造情况进行层析反演计算和解释。该方法在郭二庄煤矿22204工作面应用过程中得到了良好的验证,基于Morlet小波的时频分析方法能够更加精准地拾取地震槽波的透射走时,提高了工作面煤厚预测的精度。

由数据驱动的智慧矿山建设研究

矿业行业是一个对数据高度依赖的行业,而目前矿山企业存在的信息孤岛和数据资源浪费问题不仅影响着企业的工作管理效率、带来潜在安全隐患,同时也是影响智慧矿山建设和发展的关键因素。以人、设备、环境等多源异构数据的全面感知、融合协同共享为基础,以大数据、云计算和人工智能等智能算法激活矿业工程数据价值为核心,提出了由数据驱动的智慧矿山建设的目标和框架,并分析了智慧矿山在业务应用层面的建设方案,为今后智慧矿山的发展和规划提供了参考。

矿井全空间瞬变电磁法应用及其消噪研究

结合矿井全空间瞬变电磁法在山西郭家山矿巷道超前探水中的实际应用,在相同空间环境下采用多方向对比优化探测方案,并建立相应的全空间消噪数学模型,利用消噪函数对探测数据进行消噪归一化处理。研究结果表明:全空间电磁消噪归一化后,更能突出探测区域存在的异常差异,进一步提高了探测结果解释的准确性和可靠度,对井下超前预测及安全生产具有重要的指导意义。

基于电磁波CT三维技术探测工作面异常构造

为了在工作面回采之前探明异常构造的类型以及影响范围,消除异常构造给工作面回采造成的影响,利用电磁波CT三维成像技术,并通过数值模型以及平顶山天安煤业有限公司11140回采工作面的应用,证明该方法直观、安全、有效,可以用来指导煤矿工作面的安全回采。

张双楼煤矿上覆采空积水探测及突水危险性分析

基于目前国有资源整合矿井水文地质条件复杂、老空积水危害大的问题,为研究上覆采空区积水对其下综采工作面安全回采工作的影响,以张双楼煤矿93604工作面为例,通过对其水文地质情况及上方7~#煤层的采掘情况分析,采用井下全空间瞬变电磁法综合设计探测方案,对工作面上覆岩层及7~#煤采空区赋水情况进行探测。通过三维处理及分析,得出工作面内及上方区域赋水情况,分析导致其呈现低阻的原因,据此针对性的制定放水设计及安全回采方案。结果表明,本方法能准确、有效的探测工作面覆岩水害分布情况,可为资源整合矿井采空区下工作面的安全回采提供理论及技术指导。

煤矿工作面先验约束加奇点模型CT重构方法研究

在利用CT层析成像方法重构回采工作面内地质构造等异常区分布时,受回采工作面客观条件影响,投影角度有限,只能采用一边发射信号对边接收的方法,导致投影数据不完备,系数矩阵高度稀疏,从而无法精确重构出工作面内部的地质构造及其分布.针对该问题,本文提出一种新的基于总变分正则化的先验约束加奇点模型重构算法,通过加入回采工作面两巷揭露的地质信息作为先验约束条件,同时对特定区域引入奇点模型以提高反演精度,锐化断层影响区域的边界.经过数值计算和回采工作面现场试验,证明该算法能显著提高重构图像的精度,锐化断层影响区域的范围,显著改善异常区的识别效果.