基于神经网络分析的煤柱型冲击地压多参量综合预警研究

摘要

阳城煤矿3303工作面、3305工作面和1310工作面由于地质条件等原因形成了不规则煤柱，加上工作面埋深大，受到断层环境影响，煤柱具有较高冲击危险性。本文通过理论分析研究了煤柱冲击失稳规律，运用人工神经网络模型计算了阳城煤矿所在区域内的煤柱型冲击地压主控因素，并根据煤柱冲击失稳规律和煤柱型冲击地压主控因素的研究结果，设计了合理的冲击危险监测方案；通过采集、记录阳城煤矿采掘期间的微震、钻屑法和应力在线监测数据，利用深度神经网络模型对监测数据进行特征提取，运用该方法建立多参量综合预警系统，为煤柱型冲击地压防治工作提供更可靠的依据，获得主要结论如下：
　　（1）分别对影响煤柱稳定性的地质因素和采掘因素进行了分析，通过建立人工神经网络模型，利用采集的阳城煤矿及附近矿井的煤柱型冲击地压危险样本，计算不同地质因素和采掘因素对冲击地压危险的影响权重，得到了阳城煤矿区域内煤柱型冲击地压的主控因素为煤柱形状、埋深和煤柱与地质构造距离，根据主控因素合理的划分冲击危险重点监测区域并确定监测方法。
　　（2）建立了深度神经网络模型，利用阳城煤矿煤柱的微震、应力在线和钻屑法监测数据进行训练，通过组合冲击危险监测数据的均值、方差、均方差、斜率、峰值、原点矩、峰值因子和偏度等低层次数据特征，抽象深层次数据特征，并根据数据特征进行评价分类，在该方法的基础上开发了基于深度神经网络的煤柱型冲击地压多参量综合预警系统，实现了深度神经网络在冲击地压综合预警方面的应用，提高了煤柱型冲击地压危险预警的准确性。
　　（3）在基于深度神经网络的煤柱型冲击地压多参量综合预警软件的基础上，对阳城煤矿3305工作面掘进期间的冲击危险监测数据进行评价分类，得到了微震、应力二维分类结果，以及微震、应力和煤粉量三维分类结果，根据评价分类结果提出了预警后的卸压解危方案，最终通过工程应用验证了该预警方法的可靠性。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 冲击地压分类情况

1.2.2 煤柱冲击地压发生机理研究现状

1.2.3 煤柱冲击地压危险监测预警现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

2 煤柱型冲击地压主控因素分析

2.1 煤柱稳定性影响因素

2.1.1 地质因素

2.1.2 采掘因素

2.2 影响因素权重计算

2.2.1 煤柱型冲击地压样本数据采集

2.2.2 基于ANN的影响因素权重分析

2.3 基于主控因素的监测技术研究

2.3.1 划分重点监测范围

2.4 本章小结

3 煤柱型冲击地压危险深度神经网络判识模型

3.1 深度神经网络模型构建

3.1.1 确定算法

3.1.2 构建模型

3.1.3 训练方法

3.2 煤柱型冲击地压监测数据分析

3.2.1 冲击地压监测数据预处理

3.2.2 监测数据特征分析

3.2.3 数据样本选取

3.2.4 深度神经网络模型训练

3.2.5 冲击地压危险评价分类结果

3.2.6 合理性验证

3.3 煤柱型冲击地压危险判识方法

3.3.1 DNN多参量综合预警

3.3.2 煤柱型冲击地压危险预警软件

3.3.3 应用性分析

3.4 本章小结

4 冲击地压危险监测预警技术应用

4.1 阳城煤矿冲击地压危险监测

4.1.1 煤柱区域概况

4.1.2 冲击地压危险监测方案

4.1.3 监测数据采集

4.2 3305工作面概况

4.2.1 工作面位置及地质条件

4.2.2 工作面冲击危险区域圈定

4.3 多参量综合预警实例

4.3.1 掘进冲击地压危险监测布置

4.3.2 监测预警软件应用

4.4 预警后卸压解危方案

4.5 本章小结

5 主要结论与展望

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致 谢

从事科学研究和学习经历

攻读硕士期间的主要研究成果和获奖情况