R/S Analysis and its Application in the Forecast of Mine Inflows

In this paper, the status quo and modeling principles of R/S analysis of non-linear theory are introduced and reviewed. Given the hydro-geological conditions of the Wutongzhuang coal mine, Hurst exponents of mine inflow for the main shaft, venti- lating shaft and auxiliary shaft were obtained using R/S analysis, which are 0.772 0, 0.824 7 and 0.905 1 respectively. Since all of the three Hurst exponents are larger than 0.5, it can be concluded that the trend of mine inflow are a long-term as well as persistent problem. Based on the level of duration, the shafts can be listed in decreasing order as the auxiliary shaft, the ventilation shaft and the main shaft, which appears identical with the actual situation of the mine inflow. With R/S analysis, a new method for long-term forecasting of mine inflows is provided.

彬长大佛寺矿井涌水量时序预测

为提高矿井涌水量预测精度,解决矿井涌水量预测无法及时响应动态变化的问题,构建一种基于模态分解和深度学习的矿井涌水量多因素时间序列组合预测模型。使用变分模态分解和灰色关联分析筛选主控因素,通过双向长短期记忆网络和卷积长短期记忆网络对高、低频模态分量进行预测。结果表明:对比不同时序预测模型,变分模态分解可以有效捕捉时序数据中的长期依赖关系,提供了更加准确的长期时序数据预测能力;经过鲸鱼优化、贝叶斯优化算法对不同频率模态分量的处理,有效降低了高频部分的无序性、复杂性并优化了较为线性、缓慢的低频部分;验证了矿井涌水量时序预测中的变分模态深度学习组合模型的有效性和适用性,预测精度满足生产需求。该理论丰富了矿井涌水量时序预测方法,对煤矿水害预防具有一定的理论意义。

内蒙古母杜柴登煤矿3^(-1)煤充水条件及矿井涌水量预测

母杜柴登煤矿矿井涌水量大,且属于高矿化度水,面临着大量疏排矿井涌水和矿井水地面处理的压力。在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,认为开采3^(-1)煤层时,矿井水来源于3^(-1)煤顶板─直罗组底界砂岩含水层,包括直罗组底部中、粗粒砂岩含水层和3^(-1)煤顶板延安组三段砂岩含水层。运用大井法和达西定律计算的30209工作面涌水量分别为931m^(3)/h、919m^(3)/h,与实际接近。研究可为工作面侧向注浆封堵(含水层改造)、帷幕截流减量的可行性和减量程度提供依据。

鄂尔多斯盆地北部直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式

近十几年来,鄂尔多斯盆地北部煤矿开采频频受到了直罗组地下水的威胁,甚至出现了突水事故。区内以直罗组地下水为充水水源的大水矿井连片分布,且与直罗组古河道砂体关系密切。为阐释神府南区直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式,在直罗组古河道砂体空间分布及其对地下水赋存控制作用研究的基础上,从研究区尺度、井田尺度和工作面尺度,分析了直罗组古河道砂体与矿井涌水的关系,提出了直罗组古河道砂体下矿井涌水模式。结果表明:神府南区直罗组古河道冲刷带沿红碱淖—尔林兔—锦界一线发育,冲刷带内延安组第5段几乎被冲刷剥蚀殆尽,在局部地区延安组第4段也遭受了冲刷。根据砂分散体系分析和隔水岩组发育特征,将冲刷带内充填沉积的古河道砂体分为3级。直罗组古河道砂体富水性的强弱主要受控于砂体规模、物性特征和风化作用,一级砂体(主河道)区域富水性强于二级砂体(分支河道)及三级砂体(三角洲间湾、分流间湾)区域,当砂体遭受风化后,其富水性将进一步增强。基于不同尺度下砂体分级、风化砂体厚度与矿井涌水关系的分析,提出了研究区东部现阶段古河道砂体下生产矿井的3种涌水模式。强涌水模式,主要位于一级砂体分布区,风化砂体厚度一般≥30 m。中等涌水模式,主要位于一级砂体的边缘或二级砂体区域,风化砂体厚度一般10~30 m。弱涌水模式,主要位于三级砂体区域,风化砂体厚度一般<10 m。

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。

煤矿充水因素评价及涌水量预测

含水层、老窖水以及采空区积水等水源对煤矿安全生产带来威胁。以山西省某煤矿为例,分析充水因素,并对采用富水系数比拟法对涌水量进行预测,有利于煤矿防治水工作开展,对井下安全生产具有重要意义。

相空间重构后矿井涌水量序列地质学含义及其应用研究

目的为了确定相空间重构矿井涌水量序列的地质学含义并提高涌水量预测精度,方法以王行庄矿为例,在涌水量序列相空间重构后,对重构后相空间列向量与涌水量主控因素进行相关性分析,并在此基础上建立混沌理论与人工神经网络耦合(Chaos-ENN)的涌水量预测模型。结果结果表明:相空间的嵌入维数等于矿井涌水量主控因素个数;相空间的第1,2,4,5,6列向量分别与C_(2)tL_(7-8)含水层水位埋深、O_(2)m+Є_(3)ch含水层水位埋深、采空区面积、C_(2)tL_(1-4)含水层水位埋深、开拓长度具有较高的相关性,第3列与不易量化的其他综合因素有关;构建的Chaos-ENN涌水量预测模型在王兴庄矿的预测精度达到97.91%。结论涌水量序列重构后相空间的列向量具有明确的地质学含义。利用混沌理论可以量化涌水量预测模型中ENN输入层的个数及取值,所以仅需涌水量序列值就可以建立矿井涌水量预测的Chaos-ENN模型,该模型解决了涌水量预测中存在的主控因素难以确定和不易量化的难题,且预测精度高,具有较高的推广价值。

蒙陕深埋煤层首采工作面顶板富水性和涌水量差异研究

针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:四个矿井首采工作面涌水量,均随着工作面回采呈逐渐增加趋势,其中葫芦素和巴彦高勒矿井首采工作面最大涌水量分别为645.0 m^(3)/h和494.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层不同区域存在富水性差异,导致涌水量的增加呈台阶式,波动性较大,与该区域七里镇砂岩含水层厚度较薄、富水性较弱的特征一致;门克庆和母杜柴登矿井首采工作面最大涌水量分别为1372.0 m^(3)/h和938.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层整体富水性较强、富水性较均一,涌水量的增加呈平稳增加态势,波动性较小,与该区域顶板七里镇砂岩含水层厚度较大、富水性较强的特征一致。

基于PCA的Fisher多元统计方法识别矿井充水水源

采煤工作面回采过程中充水水源的多源不确定性是矿井水害防治的研究重点,采用水化学信息识别充水水源时,常难以明确界定各充水水源的特征型水质阈值,且现有大多数分析判别方法判别精度不高。基于现场采集的马脊梁煤矿8210工作面矿井涌水可能充水水源样本建立样本数据库,采用Piper三线图法和多因子法分析各充水水源的水质类型及训练样本数据库,建立了基于主成分分析的Fisher判别模型,并根据欧氏距离判别原则分析识别采空区涌水的充水水源。结果表明,充水水源主要为侏罗系采空积水,其次为底板灰岩水和顶板砂岩水;该判别模型判别精度可以达到99.9%,对于采煤工作面矿井涌水充水水源的现场识别具有重要指导意义。

基于ARIMA-GM模型的矿井涌水量预测

在煤矿开采过程中,矿井涌水量预测对矿井安全生产具有重要意义。以新疆苇子沟煤矿为例,前期采用比拟法、水平廊道法等传统方法预测矿井涌水量误差较大,基于灰色系统理论与时间序列分析,采用GM(1,1)灰色模型和时间序列ARIMA模型分别对首采区涌水量进行预测,通过平均相对误差确定权重进而建立ARIMA-GM组合模型,对比分析涌水量预测结果与实测矿井涌水量。研究结果表明:采用ARIMA-GM组合模型预测首采区涌水量时,涌水量预测值为28.45 m^(3)/h,历年实测值与模型预测值的平均相对误差仅为5.91%,模型拟合优度较好,预测精度较高。ARIMA-GM模型可以满足矿井涌水量短期预测的需要,并为苇子沟煤矿防治水工作提供参考依据。

基于生产因素相关性分析的矿井涌水量预测

基于典型工作面生产数据,开展矿井涌水量与生产因素相关性分析,最终确定采用与矿井涌水量具有显著相关性的开采面积、原煤产量、采掘长度等生产因素作为预测变量。利用逐月矿井涌水量与开采面积、原煤产量、采掘长度等数据进行多元相关计算,求得多元线性相关回归方程,计算矿井涌水量预测值。采用相对差值法评价了预测结果,并进行了预测准确性分析,得出经济型等级占比62.5%,经济型+安全型等级占比95.2%,71%的预测值均落在实测值左右各一个剩余标准差范围内。分析认为,相关(回归)分析法在综合考虑了开采面积、原煤产量、采掘长度等生产因素基础上求得的多元线性相关回归方程的预测精度较高,对煤矿具有较高的参考价值。

安徽省凤阳县江山-大王府金铅锌矿矿坑涌水量预测

本文以安徽省凤阳县江山-大王府金铅锌矿为例详细介绍了矿区概况、矿体特征、水文地质条件、并运用大井法、廊道法两种方法对矿坑涌水量进行预测计算,明确了方法的选择、适用条件等。通过两种方法预测计算对比,分析了误差原因。对以后实际工作中计算矿坑涌水量起到一定的参考作用。

矿井初采工作面水文地质条件分析及涌水量预测

为提高煤炭开采安全系数,降低井下涌水影响,结合已有地质条件及探测钻孔资料,对山西某煤矿3901综采工作面水文地质条件进行分析,并通过理论计算分析9号煤层开采后导水裂隙发育高度,与顶板含水层连通强开,预测回采期间正常涌水量及最大涌水量。将预测结果与采面回采期间实际涌水量进行比对分析发现,实际涌水量与预测最大涌水量较接近,以预测最大涌水量为依据配备排水设备、构建排水系统较为合理。

BP神经网络在煤矿井下涌水量预测中的应用

矿井涌水量受到多种因素的共同影响,具有非线性和高度复杂性的特点。根据黄陵一号煤矿井下涌水量影响因素及2014—2018年的涌水量数据,采用2种不同的输入神经元的方法创建神经网络预测模型,用已知数据对创建好的模型进行训练,得到拟合精度较好的模型,并用得到的神经网络模型对涌水量进行预测,最后与实际值进行比较。结果表明,2种神经网络模型的预测结果精度都较好,但预测精度有差异,用涌水量影响因素为输入神经元的模型在短期预测精度上低于涌水量组合作为输入神经元的模型;而在长期预测方面,涌水量影响因素为输入神经元的模型预测精度高于涌水量组合作为输入神经元的模型。

基于多种解析法和数值法求解巨厚砂岩水文地质参数

在煤矿开采过程中,矿井涌(突)水等事故不仅会造成巨大的经济损失,还严重威胁工作人员的生命安全。水文地质参数在计算矿井涌水量过程中扮演着重要角色,因此,准确测定含水层的水文地质参数对于煤矿防治水等工作具有重要意义。为了获取更加贴近实际的矿区顶板巨厚洛河组砂岩含水层的水文地质参数,以新庄煤矿洛河组巨厚砂岩含水层上、下段的抽水试验资料为依托,采用传统的非稳定流的Theis公式法、Jacob直线图解法和水位恢复法等解析法,结合实际场地特征,计算出洛河组砂岩含水层上、下段的渗透系数分别为0.22~0.59和0.03~0.35 m/d;上段导水系数为128.74~373.67 m^(2)/d,下段为5.52~47.07 m^(2)/d;上段的贮水系数为2.22×10^(-4)~6.69×10^(-3),下段为6.53×10^(-5)~3.29×10^(-3)。并通过FEFLOW软件建立新庄矿区的地下水流数值模型,求解洛河组含水层的水文地质参数,得到洛河组上、下段渗透系数分别为0.55和0.45 m/d。通过多种方法对比分析表明,通过数值模拟法得到的水文地质参数结果与多种解析法计算的结果相近。在此基础上,根据各方法得出的水文地质参数计算矿井涌水量,并与实际涌水量进行对比,结果表明:在含水层上段,采用数值模拟法得到的水文地质参数计算的涌水量更加接近实际涌水量;而在洛河组下段,采用Jac-ob直线图解法得到的水文地质参数计算的涌水量更加接近实际涌水量。进一步提高了水文地质参数计算的准确度,为后期的含水层富水性研究、矿井涌水量预测以及类似矿区顶板巨厚洛河组砂岩含水层的矿井水防治工作提供依据。

煤矿防治水工作常见问题分析

在煤矿生产过程中,防治水工作是关键任务之一。介绍了防治水的概念、定义及其在煤矿生产中的作用和主要工作内容,讨论了防治水工作主要存在的问题,包括地质环境复杂、水源涌出量大和矿井涌水等,提出了加强煤矿防治水工作的措施,包括加强地质环境调查和监测、建立完善的水文地质模型、制定全面有效的防治水方案、加强矿井涌水管理以及加强技术培训和提升人员素质等,希望进一步提高煤矿地质防治水工作的效果和效率。

矿区水文地质条件分析及矿坑涌水量预测研究

在矿山建设和矿产开采的过程中,为确保建设开采的顺利,需要了解矿区的水文地质条件以及矿坑涌水量,从而有效降低安全事故的出现,并且能够作为供水水源选择的重要依据。基于此本文以某矿区为例,对矿区水文地质条件进行分析,并对矿坑涌水量进行预测研究,解决矿山供水问题,以期为相关人员提供参考。

布尔台煤矿采空区土地复垦对涌水量的影响及灌溉水回归系数研究

矿山土地复垦是解决矿山生态环境问题的主要途径之一,土地复垦后大量灌溉水涌入采空区,增大的矿井涌水量影响矿井安全。为研究煤矿采空区上部土地复垦对矿井涌水量的影响,确定采空区灌溉水回归系数,协调矿区灌溉复垦与煤矿生产关系,采用室外试验、数值模拟的方法开展采空区灌溉水回归系数研究。研究结果表明,在多年平均气象条件下,研究区黄土和砂土地区灌溉水回归系数分别为30.30%和30.38%,灌溉水需要424 d到达采空区。灌溉水达到采空区所需时间受松散层厚度以及导水裂缝带发育高度的影响,所需时间与松散层的厚度呈正比,与导水裂缝带发育高度成反比。灌溉水入渗过程存在明显的滞后效应,即松散层越厚,滞后效应越明显、月灌溉水回归系数波动越小。

近直立煤层采动裂隙渗流及动态涌水量预测研究

针对近直立煤层赋存条件,采用理论分析、数值模拟与工程验证相结合的方法,建立水文地质模型,提出一种多涌水来源下近直立煤层露天转井工开采动态涌水量计算方法。研究结果表明:近直立煤层露天转井工回采条件下,露天采坑内松散堆积体的持续补给量不容忽视;定义了采场“采坑充水—下渗补给—再充水—再补给”的浅部开采补给特征和“基岩含水层储量释放与垂向露天采坑水补给相结合”的深部开采补给特征;以青海先锋煤矿为例,开展了矿井涌水量动态计算,并与实测结果进行对比验证,验证方法可行。

典型煤矿区小煤窑老空水探查治理关键技术及其应用

以峰峰矿区辛安矿为例,经探查在+32 m、-100 m水平矿井涌水量中,周边小煤窑老空水约占总涌水量的70%。现已探明采空区内有3处重要涌水点均在大青灰岩含水层,最大涌水量可达6 m^(3)/min。由于涌水点位于封闭采空区,井下不具备定向钻探施工的条件。因此,拟采用地面多分支水平井定向钻探技术对大青灰岩含水层进行探查,通过综合运用超浅垂深定向施工、立体通道精细探查、定向水平孔投料、过水通道动水快速封堵等关键技术,不仅可以高效的识别出采空区涌水点,而且经现场抽水验证,地面多分支水平井注浆技术能够对井下突水点精准有效封堵。