基于贝叶斯优化XGBoost模型的岩爆等级短期预测研究

为进一步提高岩爆灾害短期预测的准确性,选取最大主应力与岩石单轴抗压强度比值、支护条件、开挖跨度、地质条件、微震震级和峰值粒子速度作为岩爆等级预测的动静态指标,运用贝叶斯优化后的XGBoost算法构建岩爆等级预测模型,探寻各指标参数对于岩爆等级预测的敏感性,并将优化后的XGBoost模型同XGBoost、随机森林、神经网络和决策树模型进行比较分析。结果表明:贝叶斯优化后的XGBoost模型具有更高的准确性和可靠性,预测短期岩爆的准确率为74.67%,其中峰值粒子速度、开挖跨度及应力与强度比值等指标对岩爆等级预测较为敏感。研究结果能够对现场岩爆等级短期预测提供一定的理论依据和决策工具。

基于灰色关联分析理论的岩爆烈度预测研究

基于灰色系统的灰色关联分析理论,选取影响岩爆的一些主要因素,如地应力、岩石抗压和抗拉强度、岩石弹性能量指数,对岩爆的发生与否及烈度大小进行了预测。针对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析计算,结果与实际情况符合的很好,说明岩爆预测的灰色关联分析方法的有效性。

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。

局部加权随机森林的冲击地压危险性等级预测

为对煤矿冲击地压危险性等级进行预测,综合考虑煤层厚度、煤层倾角、开采深度、顶板岩性、构造情况、开采方法、有无煤柱、采煤工艺等影响因素.采用局部加权学习方法建立冲击地压危险性等级预测模型,其中分类器选择随机森林,样本间距离采用欧氏距离函数进行计算.实验选取17组冲击地压数据进行研究,其中14组数据用于建立预测模型,采用十折交叉验证法对模型进行评价,并与采用决策树和朴素贝叶斯生成的模型进行比较,预测准确率得到较大提高,最后使用该模型对其它3组测试数据进行预测,预测结果与实际类别吻合.研究结果表明:采用局部加权随机森林方法可以建立泛化性能更好的冲击地压预测模型.

不同开挖方式下深埋大理岩岩爆发生范围预测

针对锦屏二级深埋大理岩在钻爆法和TBM开挖下围岩中能量变化进行了数值模拟,讨论了岩爆潜在发生范围与围岩力学特性的联系,并研究了岩体脆性、岩体强度特征对岩爆发生范围的影响。同时,结合锦屏二级引水隧洞岩爆实测数据加以验证。研究发现:TBM开挖对围岩的扰动较小,开挖面附近用于诱发岩爆的储能较高,但由于脆性特征的岩层厚度较薄,岩爆发生等级一般较小,岩爆爆坑度深度在0～1.0 m,且小于0.5 m的低等级岩爆居多;钻爆法开挖下,围岩中应变能瞬态释放,降低了岩爆潜在发生的能量源,而脆性特征的岩层厚度却较大,岩爆爆坑一般为2.0 m,高等级岩爆较多。

一种基于R型因子分析和概率神经网络的冲击地压危险性等级评价模型

冲击地压是煤矿生产活动中常见的一种动力灾害,其危险性等级评价是冲击地压防治工作中施行解危措施的前提和基础。综合考虑冲击地压发生的地质条件和开采技术条件,选取煤层厚度、倾角、埋深、地质构造情况、煤层倾角变化、厚度变化、瓦斯浓度、顶板管理、采前卸压情况和响煤炮声等10个影响因素作为冲击地压危险性等级评价指标,但指标间或多或少存在一定的相关性,导致指标信息重叠。为了提高冲击地压危险性等级预测精度,借鉴一种R型因子分析对冲击地压10个指标进行降维处理,提取5个主因子作为新的评价指标。在R型因子分析的基础上,建立重庆砚石台煤矿冲击地压危险性等级评价的PNN模型,仿真结果表明:5种不同的训练和测试下PNN模型仍具有良好的评价效果,其正判率分别为94.29%,88.57%,88.57%,85.71%和82.86%,同时验证R型因子分析对冲击地压危险性等级评价结果。说明R型因子分析与PNN模型结合可为煤矿开采中冲击地压危险性等级评价提供一种思路。

川藏铁路拉林段隧道典型岩爆灾害防控方法及应用

以川藏铁路拉林段巴玉隧道为工程依托,遵循"预报为先、控制为本、加强防护、确保安全"的隧道岩爆防控原则,研究提出1套隧道典型岩爆灾害防控方法。该方法由6项子技术组成:基于现场发生的典型岩爆,统计分析岩爆发生的规律和特征;根据地质构造、围岩特性、宏观地应力,对隧道岩爆等级进行预判;基于现场地应力测试和超前地质预报,对岩爆微震进行监测,确定岩爆等级、发生时间和位置,对岩爆风险进行预警;根据岩爆风险等级设计岩爆防控方案,包括工法选择、预防措施、施工措施;形成主动释放、提高光爆、加强支护、机械配套、防护升级系列施工质量控制方法;安全防护技术,包括人员保护、机械保护、施工管理。该防控方法已成功应用于拉林段巴玉、桑珠岭、达嘎拉等隧道的岩爆防治中。

可拓理论在岩爆等级评价中的应用

岩爆是岩体高地应力区的一种重要地质现象,是地下工程建设中比较关注的重要工程地质问题之一。采用可拓评判方法,选取岩石单轴抗压强度σc、洞室最大切向应力σθ、岩石单轴抗拉强度σt和弹性能量指数Wet作为岩爆评价的主要因素,应用物元概念和关联函数建立了岩爆等级评价的物元模型,针对中国工程已发生的实例进行分析,计算结果与实际情况符合,说明该岩爆预测模型具有一定的应用价值。

O型棚支护抵抗冲击地压等级计算方法

O型棚支护具有良好的护表性,常被用于冲击地压巷道控制围岩破碎区的变形与破坏,但O型棚支护参数设计主要依靠经验法,缺乏相应的理论依据和科学计算方法。基于O型棚支护的工作原理,得到O型棚支护特性曲线及最大支护阻力,发现O型棚支护的最大支护阻力与U型钢的型号及壁后填充参数密切相关;通过理论分析冲击应力波在煤岩介质中传播规律,发现冲击地压对巷道支护的作用力大小主要取决于巷道附近围岩质点最大加速度,由此提出一种评价冲击地压等级的新指标——冲击地压破坏系数Kg,用于冲击地压巷道O型棚支护参数设计;利用多层结构法计算得到围岩冲击载荷与O型棚支护阻力的关系以及震动能量与冲击地压破坏系数关系,进而得到O型棚支护可抵抗冲击地压等级计算公式,并发现O型棚支护抵抗冲击地压等级大小主要受冲击地压能量大小、冲击源距巷道距离、围岩煤岩介质力学性质等因素影响。根据抚顺老虎台矿冲击地压特征及发生规律,优化了冲击地压巷道O型棚支护参数,通过现场应用效果对比发现,优化设计参数后的O型棚支护抵抗冲击地压等级明显提高,并成功抵抗住多次冲击事件,避免了支架塑性变形与破坏,说明了O型棚支护抵抗冲击地压等级计算方法具有较好的可信度。通过计算发现,普通36U型钢O型棚支护最大可抵抗中等冲击的冲击地压,因此对具有强烈冲击危险的巷道,还需增加液压支架进行补偿支护,提高巷道支护抗冲击能力。

深埋引水隧洞岩爆形成条件及预测判断研究

为准确掌握拉脊山引水隧洞的岩爆发育特征,先结合其区域地质条件,开展岩爆形成条件分析;再利用模糊层次分析和强度应力比法分别实现其整体岩爆等级评估和岩爆分布规律预测研究。实例分析表明:隧址区地质构造发育使之具有较高的应力场,试验测得平均最大主应力达16.97 MPa,加之区内地层岩性复杂多变,以较硬岩~硬岩为主,进而说明隧洞围岩具有发生岩爆的基本条件。同时,通过模糊层次分析得出,隧洞岩爆评价指标的岩爆等级以三级为主,含少量二级,且整体岩爆风险得分为66.80,岩爆等级属三级,与评价指标的岩爆等级基本一致,得出拉脊山隧洞岩爆类型为中等,发生岩爆的可能性较大。另外,随隧洞里程变化,其对应的强度应力比也随之变化,其中在19.46%隧洞长度范围内,强度应力比介于2.5~7.0,属轻微~中等岩爆,与模糊层次的整体岩爆等级评估结果一致,进一步验证说明了拉脊山隧洞具有发生岩爆的可能,应采取切实有效措施,保证施工安全。

深埋煤层采煤面冲击地压危险区域划分与卸压技术

针对高家堡煤矿首采工作面开采过程中遇到的冲击地压问题,采用综合指数法对冲击危险性进行了评价,并根据地质条件和开采技术条件对冲击危险区域进行了划分,将工作面划分为3个强冲击危险区域、10个中等冲击危险区域和2个弱冲击危险区域,并对不同等级的冲击危险区域分别采取了相应的防冲卸压措施,实现了安全回采。

急倾斜特厚煤层不规则高阶段煤柱区防冲实践

乌东煤矿南区对井田资源整合的原大洪沟煤矿井筒保护煤柱首次进行资源回收作业,由于井筒煤柱阶段高度较高,煤柱边缘处为不规则停采线,区域结构较复杂,同时受水平构造应力、煤柱自身重力、煤柱两侧不规则停采线应力叠加等多种因素影响,易造成应力集中,发生冲击地压事故。通过高阶段煤柱区域进行评估,划定应力集中区域,通过ARAMIS微震监测系统在线数据分析,总结应力显现规律,同时采取相应的安全措施,使综放面安全顺利通过高阶段煤柱应力集中区域。

冲击地压危险性综合评价新方法的探索与实践

为解决冲击地压危险性难以准确预评价的难题,提出冲击地压危险性评价的一个新指标-模糊层次指标;采用专家评分的方法优化冲击地压评价指标,建立合理的冲击地压评价指标体系及模糊层次综合评价模型,并在指标分级量化、权重AHP分析和隶属度比值法确定的基础上,运用二级模糊综合评价法对评价模型进行计算,研究巷道、工作面乃至整个矿井的冲击地压危险性;模型应用于工程实例的结果表明:该方法评价结果准确、可靠,具有良好的应用价值。

基于博弈-灰靶模型的岩爆烈度等级评价

岩爆一直是深部高应力地下工程面临的一大难题,为了有效预测和评价地下岩体工程的岩爆灾害,建立了基于博弈论组合赋权-灰靶决策的岩爆烈度等级评价模型。首先,选取岩石单轴抗压强度与抗拉强度的比值σ_(c)/σ_(t)、切向应力与单轴抗压强度的比值σ_(θ)/σ_(c)、弹性变形能指数W_(et)和完整性系数K_(v)等定量化指标建立评价指标体系,运用Critic法、变异系数法和熵权法分别计算出各个指标的权重,再根据博弈理论对权重进行优化,进而确定博弈论组合赋权;然后,结合灰靶决策理论,建立不同岩爆烈度等级的综合靶心距分布集;最后,通过综合靶心距的大小对岩爆烈度等级进行判定。为验证所建模型的准确性和合理性,以终南山公路隧道工程为例,根据实测数据对该评价模型进行实例分析。研究结果表明:基于博弈-灰靶模型的岩爆评价结果与实际岩爆情况基本一致,说明该岩爆烈度等级评价模型有较好的精准性和可靠性。