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基于机器学习的煤系地层TBM掘进巷道围岩强度预测
1
作者
丁自伟
高成登
+6 位作者
景博宇
黄兴
刘滨
胡阳
桑昊旻
徐彬
秦立学
《西安科技大学学报》
北大核心
2025年第1期49-60,共12页
为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)...
为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)3种机器学习算法作为基学习器,线性回归(LR)算法作为元学习器,提出了一种基于Stacking集成算法的预测模型,并对比分析了Stacking集成算法与单一机器学习算法模型的预测性能。结果表明:二值判别与箱线图可有效对原始数据进行预处理;模型的主要输入特征参数为刀盘推力F、刀盘扭矩T、贯入度FPI、刀盘转速RPM、刀盘振动加速度A;Stacking模型在测试集上的拟合优度可达0.976,而均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分误差分别仅有0.031,0.148和0.092,与其他3种模型相比,其拟合优度最高,误差指标数值最小,集成模型具有更高的预测精度,能够有效地预测煤矿TBM掘进巷道围岩点荷载强度。研究验证了Stacking模型的准确性,可为煤矿TBM掘进参数控制和巷道支护参数调整提供科学的参考依据。
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关键词
煤矿全断面掘进机
TBM掘进参数
Stacking集成算法
数据预处理
围岩强度预测
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职称材料
煤矿巷道掘进长距离快速超前钻探工艺策略及配套机具研究
被引量：
1
2
作者
刘送永
徐保龙
+2 位作者
秦立学
孟庆皓
李洪盛
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第S02期229-239,共11页
随着我国煤炭资源开采深度的逐步增加,地质条件和围岩环境日趋复杂,掘进时面临水害、瓦斯等灾害的程度日益增大,超前钻孔作为探查和治理灾害的必要通道,日益严重的采掘失衡对长距离快速超前钻探技术的需求极为迫切。首先,结合煤矿安全...
随着我国煤炭资源开采深度的逐步增加,地质条件和围岩环境日趋复杂,掘进时面临水害、瓦斯等灾害的程度日益增大,超前钻孔作为探查和治理灾害的必要通道,日益严重的采掘失衡对长距离快速超前钻探技术的需求极为迫切。首先,结合煤矿安全相关规程和煤矿巷道掘进工况,分析了巷道掘进对于超前钻探的需求。然后,根据“长距离快速超前钻探”的要义,分析了目前钻探工艺技术存在的“复杂地层钻孔深度不足”“钻孔偏斜严重”“硬岩钻进效率低”3个关键技术问题。其次,针对3个关键技术问题总结研究了“复杂跟管钻进技术”“钻孔防偏技术”“硬岩高效钻进技术”。针对复杂地层因钻孔坍塌难以成孔的难题,总结了不同护孔技术及配套机具,分析了其对于不同工况的适用性,开发了孔底驱动快速跟管成套机具,将复杂地层钻孔深度延长2~3倍;针对回转钻进工况下的超前探孔防偏难题,分析了回转钻进偏斜的力学机理,从抑制钻孔倾角和方位角的角度分析了防偏钻具的原理、结构以及性能,研发了能够同时稳定倾角和方位角的单动式保直钻具,钻进过程中外管不转、芯轴带动钻头旋转破岩,现场试验表明能够同时将倾角和方位角偏斜率控制在1.5(°)/100 m;针对硬岩巷道超前钻探存在的效率低、破岩刀具磨损快等问题,分析了不同硬岩高效破岩机理并综合阐述了对应的破岩机具及配套技术与装备,研制了基于主动抑振原理的小直径稳压提速钻具,在岩石坚固性系数f为12的煤系石灰岩地层中提速1.5~2倍。最后,针对超前探钻孔“护孔”“防偏”“提速”3个关键需求,提出了相应工艺机具的发展方向。
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关键词
煤矿巷道
超前钻探
跟管钻进
保直钻进
快速钻进
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职称材料
题名
基于机器学习的煤系地层TBM掘进巷道围岩强度预测
1
作者
丁自伟
高成登
景博宇
黄兴
刘滨
胡阳
桑昊旻
徐彬
秦立学
机构
西安科技大学能源学院
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与
工程
国家重点实验室
淮南矿业(集团)
有限
责任
公司
顾桥煤矿
江苏神盾工程机械有限公司
出处
《西安科技大学学报》
北大核心
2025年第1期49-60,共12页
基金
国家自然科学基金项目(52074209)
陕西省自然科学基础研究计划联合基金项目(2021JLM-06)。
文摘
为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)3种机器学习算法作为基学习器,线性回归(LR)算法作为元学习器,提出了一种基于Stacking集成算法的预测模型,并对比分析了Stacking集成算法与单一机器学习算法模型的预测性能。结果表明:二值判别与箱线图可有效对原始数据进行预处理;模型的主要输入特征参数为刀盘推力F、刀盘扭矩T、贯入度FPI、刀盘转速RPM、刀盘振动加速度A;Stacking模型在测试集上的拟合优度可达0.976,而均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分误差分别仅有0.031,0.148和0.092,与其他3种模型相比,其拟合优度最高,误差指标数值最小,集成模型具有更高的预测精度,能够有效地预测煤矿TBM掘进巷道围岩点荷载强度。研究验证了Stacking模型的准确性,可为煤矿TBM掘进参数控制和巷道支护参数调整提供科学的参考依据。
关键词
煤矿全断面掘进机
TBM掘进参数
Stacking集成算法
数据预处理
围岩强度预测
Keywords
coal mine tunnel boring machine
TBM excavation parameters
Stacking ensemble algorithm
data preprocessing
surrounding-rock strength prediction
分类号
TD421 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
煤矿巷道掘进长距离快速超前钻探工艺策略及配套机具研究
被引量：
1
2
作者
刘送永
徐保龙
秦立学
孟庆皓
李洪盛
机构
中国矿业大学机电
工程
学院
西安水远山长能源科技
有限公司
江苏神盾工程机械有限公司
鄂托克旗昊源煤焦化
有限公司
出处
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第S02期229-239,共11页
基金
江苏省杰出青年基金资助项目(BK20211531)
国家自然科学基金面上资助项目(51975570)
文摘
随着我国煤炭资源开采深度的逐步增加,地质条件和围岩环境日趋复杂,掘进时面临水害、瓦斯等灾害的程度日益增大,超前钻孔作为探查和治理灾害的必要通道,日益严重的采掘失衡对长距离快速超前钻探技术的需求极为迫切。首先,结合煤矿安全相关规程和煤矿巷道掘进工况,分析了巷道掘进对于超前钻探的需求。然后,根据“长距离快速超前钻探”的要义,分析了目前钻探工艺技术存在的“复杂地层钻孔深度不足”“钻孔偏斜严重”“硬岩钻进效率低”3个关键技术问题。其次,针对3个关键技术问题总结研究了“复杂跟管钻进技术”“钻孔防偏技术”“硬岩高效钻进技术”。针对复杂地层因钻孔坍塌难以成孔的难题,总结了不同护孔技术及配套机具,分析了其对于不同工况的适用性,开发了孔底驱动快速跟管成套机具,将复杂地层钻孔深度延长2~3倍;针对回转钻进工况下的超前探孔防偏难题,分析了回转钻进偏斜的力学机理,从抑制钻孔倾角和方位角的角度分析了防偏钻具的原理、结构以及性能,研发了能够同时稳定倾角和方位角的单动式保直钻具,钻进过程中外管不转、芯轴带动钻头旋转破岩,现场试验表明能够同时将倾角和方位角偏斜率控制在1.5(°)/100 m;针对硬岩巷道超前钻探存在的效率低、破岩刀具磨损快等问题,分析了不同硬岩高效破岩机理并综合阐述了对应的破岩机具及配套技术与装备,研制了基于主动抑振原理的小直径稳压提速钻具,在岩石坚固性系数f为12的煤系石灰岩地层中提速1.5~2倍。最后,针对超前探钻孔“护孔”“防偏”“提速”3个关键需求,提出了相应工艺机具的发展方向。
关键词
煤矿巷道
超前钻探
跟管钻进
保直钻进
快速钻进
Keywords
coal mine roadway
advance drilling
follow pipe drilling
straight drilling
fast drilling
分类号
TD263.3 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于机器学习的煤系地层TBM掘进巷道围岩强度预测
丁自伟
高成登
景博宇
黄兴
刘滨
胡阳
桑昊旻
徐彬
秦立学
《西安科技大学学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
煤矿巷道掘进长距离快速超前钻探工艺策略及配套机具研究
刘送永
徐保龙
秦立学
孟庆皓
李洪盛
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
1
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