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基于频谱声学方法的深部掘进工作面瓦斯浓度预测研究
1
作者
张建国
王文唱
+2 位作者
魏风清
冯志成
闵瑞
《矿业科学学报》
北大核心
2025年第5期821-833,共13页
瓦斯浓度的精准预测是防范深部煤矿动力灾害的关键。针对当前瓦斯浓度预测依赖大量历史数据及动静态参数的不足,引入俄罗斯煤矿的频谱声学方法。采用灰色关联度分析(GRA)和系统聚类分析(HCA)从频谱声学方法人工声学信号指标中筛选出与...
瓦斯浓度的精准预测是防范深部煤矿动力灾害的关键。针对当前瓦斯浓度预测依赖大量历史数据及动静态参数的不足,引入俄罗斯煤矿的频谱声学方法。采用灰色关联度分析(GRA)和系统聚类分析(HCA)从频谱声学方法人工声学信号指标中筛选出与瓦斯浓度关联紧密的指标;采用模拟退火算法(SAA)中迭代退火策略确定变分模态分解(VMD)中模态分量总数K和惩罚系数α,借助优化后的VMD将含噪瓦斯浓度信号解构成数个频率不同但相对平稳的模态分量;通过SAA随机扰动策略验证广义回归神经网络(GRNN)优化模型光滑因子σ的最优值,利用改进后的GRNN优化模型有效预测各模态分量并重构各预测结果。研究结果表明:通过“解构-预测-聚合”机制能够有效压制噪声干扰和明显降低非线性复杂程度,从而提高预测模型的准确性;与4种对照模型相比,基于频谱声学方法的VMD-SAA-GRNN优化模型在瓦斯浓度动态预测中表现出更强的泛化能力和更高的精度。研究结果可为深部掘进工作面瓦斯防治提供参考。
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关键词
瓦斯浓度预测
频谱声学
方法
变分模态分解
模拟退火算法
广义回归神经网络
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职称材料
掘进工作面地质构造探测频谱声学方法试验研究
被引量：
1
2
作者
张建国
冯志成
+5 位作者
魏风清
马骥
赵锴
王满
郭明功
ШиловВладимирИванович
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期170-178,共9页
【目的】煤矿生产实践证明,绝大多数煤与瓦斯突出受地质构造的控制,且主要发生在掘进工作面。因此,地质构造连续超前探测是防治掘进工作面煤与瓦斯突出的重要技术手段,对保证矿井安全生产具有重要意义。【方法】基于频谱声学方法在俄罗...
【目的】煤矿生产实践证明,绝大多数煤与瓦斯突出受地质构造的控制,且主要发生在掘进工作面。因此,地质构造连续超前探测是防治掘进工作面煤与瓦斯突出的重要技术手段,对保证矿井安全生产具有重要意义。【方法】基于频谱声学方法在俄罗斯多年的研究成果,利用掘进机割煤时激发的人工声学信号在顶板岩层弱化接触面处产生的谐振现象,构建以应力指标和频率指标为基础的地质构造预测系数,通过地震检波器、监测分站、工业环网、监测主机组成的监测预警系统,实时计算分析相对应力系数、频谱最大值频率和地质构造预测系数,实现掘进工作面地质构造的实时监测预警。中俄双方合作并在平顶山天安煤业股份有限公司八矿己_(15)-15080风巷掘进工作面进行了试验研究,试验工作面连续推进756 m,共揭露断层7个。【结果和结论】试验结果表明:(1)地质构造监测指标异常区的分布与工作面地质构造的分布具有较好的一致性,工作面地质构造均分布在地质构造监测指标异常区内,在地质构造揭露前一定范围内,地质构造预测系数一定增大并超过其临界值,地质构造预测系数临界值可取7,对地质构造监测预警的可靠性可达100%。(2)按工作面至断层走向的法向距离计算,超前预警距离为6.5~27.3 m,沿工作面掘进方向计算,超前预警距离为13.5~44.0 m。(3)地质构造预测系数在断层两侧的分布形态可分为两类单翼型和双翼型,断层上盘或者下盘其中一盘的地质构造预测系数超过临界值的属于单翼型,断层上盘和下盘的地质构造预测系数都超过临界值的属于双翼型。(4)根据断层面和断层上下盘的相对应力系数的分布情况,断层附近的应力应变状态可分为单侧高应力区、双侧高应力区和整体高应力区,高应力区至断层面的距离一般为3.2~28.0 m。研究结果为掘进工作面地质构造超前探测连续在线预警提供了新的指标和方法。
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关键词
人工
声学
信号
频谱声学
地质构造
地质构造预测系数
相对应力系数
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职称材料
题名
基于频谱声学方法的深部掘进工作面瓦斯浓度预测研究
1
作者
张建国
王文唱
魏风清
冯志成
闵瑞
机构
河南理工大学安全科学与工程学院
炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室
中国平煤神马控股集团有限公司
出处
《矿业科学学报》
北大核心
2025年第5期821-833,共13页
基金
国家自然科学基金联合基金(U23A20600)
河南省科技攻关(252102320335)。
文摘
瓦斯浓度的精准预测是防范深部煤矿动力灾害的关键。针对当前瓦斯浓度预测依赖大量历史数据及动静态参数的不足,引入俄罗斯煤矿的频谱声学方法。采用灰色关联度分析(GRA)和系统聚类分析(HCA)从频谱声学方法人工声学信号指标中筛选出与瓦斯浓度关联紧密的指标;采用模拟退火算法(SAA)中迭代退火策略确定变分模态分解(VMD)中模态分量总数K和惩罚系数α,借助优化后的VMD将含噪瓦斯浓度信号解构成数个频率不同但相对平稳的模态分量;通过SAA随机扰动策略验证广义回归神经网络(GRNN)优化模型光滑因子σ的最优值,利用改进后的GRNN优化模型有效预测各模态分量并重构各预测结果。研究结果表明:通过“解构-预测-聚合”机制能够有效压制噪声干扰和明显降低非线性复杂程度,从而提高预测模型的准确性;与4种对照模型相比,基于频谱声学方法的VMD-SAA-GRNN优化模型在瓦斯浓度动态预测中表现出更强的泛化能力和更高的精度。研究结果可为深部掘进工作面瓦斯防治提供参考。
关键词
瓦斯浓度预测
频谱声学
方法
变分模态分解
模拟退火算法
广义回归神经网络
Keywords
gas concentration prediction
the frequency spectrum acoustic method
variational mode decomposition
simulated annealing algorithm
generalized regression neural network
分类号
TD713 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
掘进工作面地质构造探测频谱声学方法试验研究
被引量：
1
2
作者
张建国
冯志成
魏风清
马骥
赵锴
王满
郭明功
ШиловВладимирИванович
机构
河南理工大学安全科学与工程学院
平顶山天安煤业股份有限公司
矿业自动化系统开发、制造和应用跨学科科学技术实验室
河南歌尔安全科技有限公司
出处
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期170-178,共9页
基金
外国专家重点支撑计划项目(ZDKY2023042L)。
文摘
【目的】煤矿生产实践证明,绝大多数煤与瓦斯突出受地质构造的控制,且主要发生在掘进工作面。因此,地质构造连续超前探测是防治掘进工作面煤与瓦斯突出的重要技术手段,对保证矿井安全生产具有重要意义。【方法】基于频谱声学方法在俄罗斯多年的研究成果,利用掘进机割煤时激发的人工声学信号在顶板岩层弱化接触面处产生的谐振现象,构建以应力指标和频率指标为基础的地质构造预测系数,通过地震检波器、监测分站、工业环网、监测主机组成的监测预警系统,实时计算分析相对应力系数、频谱最大值频率和地质构造预测系数,实现掘进工作面地质构造的实时监测预警。中俄双方合作并在平顶山天安煤业股份有限公司八矿己_(15)-15080风巷掘进工作面进行了试验研究,试验工作面连续推进756 m,共揭露断层7个。【结果和结论】试验结果表明:(1)地质构造监测指标异常区的分布与工作面地质构造的分布具有较好的一致性,工作面地质构造均分布在地质构造监测指标异常区内,在地质构造揭露前一定范围内,地质构造预测系数一定增大并超过其临界值,地质构造预测系数临界值可取7,对地质构造监测预警的可靠性可达100%。(2)按工作面至断层走向的法向距离计算,超前预警距离为6.5~27.3 m,沿工作面掘进方向计算,超前预警距离为13.5~44.0 m。(3)地质构造预测系数在断层两侧的分布形态可分为两类单翼型和双翼型,断层上盘或者下盘其中一盘的地质构造预测系数超过临界值的属于单翼型,断层上盘和下盘的地质构造预测系数都超过临界值的属于双翼型。(4)根据断层面和断层上下盘的相对应力系数的分布情况,断层附近的应力应变状态可分为单侧高应力区、双侧高应力区和整体高应力区,高应力区至断层面的距离一般为3.2~28.0 m。研究结果为掘进工作面地质构造超前探测连续在线预警提供了新的指标和方法。
关键词
人工
声学
信号
频谱声学
地质构造
地质构造预测系数
相对应力系数
Keywords
artificial acoustic signal
spectral acoustics
geologic structure
geologic structure prediction coefficient
relative stress coefficient
分类号
TD713 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于频谱声学方法的深部掘进工作面瓦斯浓度预测研究
张建国
王文唱
魏风清
冯志成
闵瑞
《矿业科学学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
掘进工作面地质构造探测频谱声学方法试验研究
张建国
冯志成
魏风清
马骥
赵锴
王满
郭明功
ШиловВладимирИванович
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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