基于PCA-Logistic回归模型的矿井底板突水危险性研究.pdf
《基于PCA-Logistic回归模型的矿井底板突水危险性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PCA-Logistic回归模型的矿井底板突水危险性研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、176PCA-LogisticmodelLJI.SafetyinCoalMines54(10):176-181.移动扫码阅读XIONGXinbiao,XIEXiongggang,YANG Peijun,et al.Research on water inrush risk of mine floor based on煤矿安全10):176-181.熊欣标,谢雄刚,杨培君,等.基于PCA-Logistic回归模型的矿井底板突水危险性研究 J.SafetyinCoal MinesOct.20232023年10 月No.10Vol.54煤矿岁全第5 4卷第10 期DOI:10.13347/ki.mk
2、aq.2023.10.023基于PCA-Logistic回归模型的矿井底板突水危险性研究熊欣标,谢雄刚,杨培君,杨进,杨枝城,梁海彬(贵州大学矿业学院,贵州贵阳5 5 0 0 2 5)摘要:为解决煤层底板突水预测难题,提出了基于主成分分析与Logistic回归方法的底板突水预测模型。通过对底板突水危险因素进行分析,选取隔水层厚度、承压水水压、断层落差、断层距工作面距离、煤层采高、煤层倾角6 个变量作为研究矿井底板突水的初始影响指标;首先利用主成分分析法对原始指标数据进行降维处理,然后利用建立的Logistic回归模型对数据进行分析预测,最后利用5 组待测样本数据对模型进行验证。结果表明:该模型
3、对突水样本的综合预判正确率为90%,利用待测数据进行回判时预测准确率达到8 0%,说明该预测模型具有一定可靠性,可作为煤矿底板突水预测的一种新方法。关键词:矿井突水;底板突水;突水危险性;主成分分析法;Logistic回归模型;危险性评价中图分类号:TD745文献标志码:A文章编号:10 0 3-496 X(2023)10-0176-06Research on water inrush risk of mine floor based on PCA-Logistic regression modelXIONG Xinbiao,XIE Xionggang,YANG Peijun,YANG Jin
4、,YANG Zhicheng,LIANG Haibin(Mining College of Guizhou University,Guiyang 550025,China)Abstract:In order to solve the prediction problem of water inrush from coal seam floor,a prediction model of water inrush fromcoal seam floor based on principal component analysis and Logistic regression method was
5、 proposed.Through the analysis of therisk factors of floor water inrush,six variables,including the thickness of the aquifers,the pressure of confined water,the fall of thefault,the distance between the fault and the working face,the mining height of the coal seam,and the dip angle of the coal seam,
6、areselected as the initial impact indicators to study the floor water inrush.First,the principal component analysis method is used to re-duce the dimensions of the original index data,and the established Logistic regression model is used to analyze and predict the data.Then,five groups of sample dat
7、a to be tested are used to verify the model.The results show that the comprehensive prediction accur-acy of the model for water inrush samples reaches 90%at the highest,and the prediction accuracy reaches 80%when the data to bemeasured is used for back judgment,which shows that the prediction model
8、has certain reliability and can be used as a new methodfor predicting water inrush from coal mine floor.Key words:mining water hazards;floor water inrush;water inrush hazard;principal component analysis method;Logistic regres-sion model;risk assessment收稿日期:2 0 2 2-0 9-0 2责任编辑:庚馨杰基金项目:国家自然科学基金资助项目(5
9、18 6 40 0 9,5 2 16 40 16);贵州省教育厅青年科技人才成长资助项目(黔教合KY字 2 0 18 414);贵州省科技支撑计划资助项目(黔科合支撑 2 0 17 2 8 2 1)作者简介:熊欣标(1998),男,贵州铜仁人,硕士研究生,研究方向为煤层底板突水和瓦斯灾害防治。E-mail:118 7 7 37 115 q q.c o m通讯作者:谢雄刚(197 1一),男,湖南郴州人,教授,博士研究生导师,博士,从事煤矿安全开采技术和瓦斯灾害防治等方面的教学和研究工作。E-mail:177SafetyinCoalMines2023年10 月Oct.2023煤砺发全No.10V
10、ol.54第5 4卷第10 期矿井突水属于煤矿5 大灾害之一,是煤矿安全生产中必须解决的问题。众多国内外学者对底板突水进行了大量研究,并取得许多优秀成果。随着科学技术的不断提高,煤矿逐渐实现综合机械化开采,其开采深度也不断加深,随之而来的底板突水问题也愈加明显,给煤矿安全生产带来更加严重的威胁 2 。苏联学者SLESAREV将煤层底板抽象为受均载荷作用且两端固定的梁,基于静力学原理进一步得出煤层底板突水的安全水压公式 ;DUSANKuscer3通过分析大量煤矿底板突水事故,阐明了煤矿突水前后水文地质及地下水的变化特征;潘元伯 4 对斯列萨列夫公式进行了理论推导,证明了其为理论公式而非经验公式;
11、靳德武等 5 分析了底板突水机理,认为矿井突水是底板岩石的裂隙在经过一段时间的发展进而引起其地质环境发生的随机性突变;高延法等 6 采用统计法探讨了底板破坏的微观机理,从而更好地研究突水的宏观规律;尹会永等 7 在流变理论基础上,适当考虑了时间效应和蠕变机理,分析了煤层底板裂隙发展的断裂力学;刘伟韬等 18 将主成分分析法与熵权法相结合,以GIS地理信息处理技术为基础,建立新的突水危险性评价模型;王进尚等 9 利用突水系数法和底板破坏与递进导升协同突水法验证了新安煤矿发生突水后底板突水危险性,证实了底板破坏与递进导升协同突水危险性预测方法的可靠性;韦韬等 10 将基于突变模型的煤层底板突水危险
12、性评价结果与传统突水系数法的评价结果进行对比,结果表明突变模型的评价结果更加准确;廖志恒 I将云模型与D-S理论相结合,构建了煤矿突水危险性综合评价指标体系,并将其运用到南山煤矿突水危险评价中,得到了较为精确的评价结果;王心义等 12 将改进层次分析法与模糊可变集理论相融合,为矿井底板突水危险性可靠评价提供了理论支持。综上,以隔水层厚度、承压水水压、断层落差、断层距工作面距离、煤层采高、煤层倾角6 个条件作为研究矿井底板突水的初始影响指标,引人PCA-Logistic回归模型来评估矿井底板突水危险性,研究成果对制定煤矿底板突水的防治措施具有一定的指导意义。1研究方法1.1主成分分析法主成分分析
13、法(PCA)的主要是使用降维的思想将多个指标简化成几个不相关的综合指标 13。PCA的基本原理为:假设有1组数据包含N个样本,而每个样本中又有P个指标,之后将其构成NP阶的数据矩阵X如式(1):X11X12X1PX21X22X2PX=(1)XN1XN2XNP式中:Xnp为第n个样本中的第p个指标,0nN,0pP。倘若某一问题有P个指标,分别用Xi、X2、Xp 表示,这些指标构成P维随机向量,即X=(Xi,X2,,Xp),随机变量X的均值为,协方差矩阵为Z。对X进行线性变换得到新变量F=(F1,F2,.,Fp)如式(2):F=anXi+a12X2+.+aipXpF2=a21X,+a22X2+.+
14、a2pXpFp=apiXi+ap2X2+.+appXp(2)式中:F为主成分表达式;F为第1主成分;F2为第2 主成分;F,为第P主成分;aij为各指标的系数;0 i;j P),进178SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月No.10Vol.54煤砺发全第10 期第5 4卷而形成一个矩阵如式(3):X11X12X1PX21X22X2PX=(3)XN1XN2XNP在正常情况下,不同影响因子之间存在不同维度,有些指标数的幅度差异较大,在用PCA进行研究分析时,量纲及数量级的不同会造成结果出现新的问题。为了消除它们带来的不利的影响,在分析之前,数据首先应当无量纲化。假设
15、矩阵X*=(Xi,X,Xp)表示处理后的无量纲化矩阵,运用PCA对数据矩阵X*的P个指标向量(Xi,X,,Xx)线性组合,就得到了新的综合指标向量Fi、F 2、.、F p 如式(4):Fi=aX+ai2X,+.+aipXpFi=a21X,+a22X,+.+a2pXp(4)Fp=apiX,+ap2X,+.+appXp各个变量之间的关系应满足PCA基本原理介绍中提到的基本条件。1.2Logistic回归方法Logistic回归可以看作1种广义线性回归,其模型形式是(wx+b),其中:w、b 为待求参数;通过函数L使(wx+b)对应1个隐函数S,其中S=L(wx+b),然后根据s与(1-S)的大小来
16、确定因变量的值。如果函数L是Logistic函数,在进行Logistic回归分析时因变量既可以看作2 类,也可以看作多个类别。根据研究内容及目的,只需建立二元Logistic回归模型即可。矿井底板突水是1种二分类变量,故取1或0这2 个值。其中1为矿井底板发生了突水,0 为矿井底板未发生突水,采用Logistic回归模型对该二元变量进行回归分析。eBo+iXi+2x2+3xg+mxmS=(5)1+eBo+ixi+2x2+3xg+mxm式中:m(m0)为影响地板突水的因素数量;o为与诸因素x无关的常数项;1、2、m为回归系数,是诸因素X;(1im)对R的贡献量。如果Q=1-S,则:1Q(6)eB
17、o+ixi+2.2+3x;+mm2底板突水影响因素2.1隔水层厚度和承压水水压匈牙利韦格弗伦斯曾指出:煤层底板突水不仅与隔水层厚度有关,而且还与水压力有关 1415 。由“下三带”的理论分析可知,底板隔水层的厚度不包括底板采动断裂带的厚度,其主要是指采动断裂带之下能够抵抗突水的完整岩层带 16 。隔水层是底板突水的抑制条件,主要起到防止底板水突出进人工作面的作用,是阻碍底板突水的最基本条件之一,其抑制能力与隔水层厚度及其强度的组合关系成正相关 17 ;承压含水层是突水的物质条件基础,水压是底板的突水动力来源 14;在其他条件一定时,承压含水层水压作为影响矿井突水危险性的重要因素,与矿井底板突水
18、危险性存在着正相关的关系。2.2煤层采高和煤层倾角煤层采高是指工作面在实际开采过程中采煤机的实际开采高度,其一般由煤层厚度、采煤工艺等方面因素决定。煤层倾角指的是煤层与水平面的水平夹角,决定了采掘空间与含水层、隔水层、地质构造的空间位置关系 18 ;煤层采高和煤层倾角都属于煤矿工作面煤层地质信息,当采煤方法一定时,开采空间本身的基本特征决定底板是否会发生突水 19-2 0 。因此,煤层采高与煤层倾角都是开采空间自身特征的体现,在一定程度上能影响底板发生突水的可能性。2.3断层落差和断层距工作面距离断层是指在地质构造力作用下地质中岩层受到力的作用超过岩石的承受能力时,岩层发生破裂并沿着破裂面发生
19、明显位移的情况。有关研究表明:当水压、矿压和隔水层的稳定性处于相对平衡状态时,断层起一定的控制作用 17 ;其控制作用主要表现在断层与含水层、隔水层、地质构造及矿山压力等几个方面的相互影响 16 。断层落差是指断层两盘2 个点之间的铅直距离,断层落差又可称为铅直滑距。断层附近地质情况极其复杂,断层落差又能体现出工作面的地质情况,故断层落差和断层距工作面距离与采煤工艺的选择及矿井底板突水存在一定联系。3模型应用3.1数据来源通过对矿井底板突水影响因素分析及相关文献 18 为数据依托,选取隔水层厚度、承压水水压、断层落差、断层距工作面距离、煤层采高、煤层倾角6 个指标来分析矿井底板突水。矿井底板突
20、水样本数据见表1,待检验样本数据见表2。179SafetyinCoal MinesOct.20232023年10 月No.10煤砺发全Vo1.54第5 4卷第10 期表1矿井底板突水样本数据Table1Minefloorwaterinrush samplesdata水压/采高/隔水层断层落煤层倾断层距工作是否发MPam厚度/m差/m角/()面距离/m生事故1.820.8026.394.001216是1.651.6025.8550.001790是1.000.9025.852.001316是2.881.0017.681.302002.018.0028.000.601810是1.918.0043.0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PCA Logistic 回归 模型 矿井 底板 危险性 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。