机器学习技术在煤层底板突水预测中的研究现状.pdf
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1、Mine Engineering 矿山工程矿山工程,2023,11(3),362-366 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/me https:/doi.org/10.12677/me.2023.113045 文章引用文章引用:李晨曦,鲁海峰.机器学习技术在煤层底板突水预测中的研究现状J.矿山工程,2023,11(3):362-366.DOI:10.12677/me.2023.113045 机器学习技术在煤层底板突水预测中的机器学习技术在煤层底板突水预测中的 研究现状研究现状 李晨曦李晨曦,鲁海峰鲁
2、海峰 安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 收稿日期:2023年5月29日;录用日期:2023年6月28日;发布日期:2023年7月5日 摘摘 要要 为了对煤层底板突水实现更加精准可靠的预测,减少矿井水害的发生。机器学习在煤层底板突水预测得为了对煤层底板突水实现更加精准可靠的预测,减少矿井水害的发生。机器学习在煤层底板突水预测得到了广泛应用,对目前煤层底板突水预测的应用效果进行汇总分析,整理出当下煤层底板突水预测所存到了广泛应用,对目前煤层底板突水预测的应用效果进行汇总分析,整理出当下煤层底板突水预测所存在的主要问题。底板突水预测技术存在的主要问题在于水文地质条件复杂且突水数据较少;煤层底板
3、突在的主要问题。底板突水预测技术存在的主要问题在于水文地质条件复杂且突水数据较少;煤层底板突水主控因素的选取对基于机器学习的煤层底板突水预测十分重要;算法模型的选取在泛化能力与过拟合水主控因素的选取对基于机器学习的煤层底板突水预测十分重要;算法模型的选取在泛化能力与过拟合问题起很大作用;深度学习的快速发展为底板突水预测技术提供新的方向,但在训练数据上仍然有较大问题起很大作用;深度学习的快速发展为底板突水预测技术提供新的方向,但在训练数据上仍然有较大的影响。对未来煤层底板突水预测技术发展进行了思考,对近些年煤层的影响。对未来煤层底板突水预测技术发展进行了思考,对近些年煤层底板突水预测方法汇总并进
4、行比底板突水预测方法汇总并进行比较,发现目前技术所存在的利弊,对未来精准、高效地煤层底板突水预测进行展望。较,发现目前技术所存在的利弊,对未来精准、高效地煤层底板突水预测进行展望。关键词关键词 机器学习,底板突水,底板突水预测,底板突水机理机器学习,底板突水,底板突水预测,底板突水机理 Research Status of Machine Learning Technology in Prediction of Water Inrush from Coal Seam Floor Chenxi Li,Haifeng Lu School of Earth and Environment,Anhui
5、 University of Science and Technology,Huainan Anhui Received:May 29th,2023;accepted:Jun.28th,2023;published:Jul.5th,2023 Abstract In order to achieve more accurate and reliable prediction of water inrush from coal seam floor 李晨曦,鲁海峰 DOI:10.12677/me.2023.113045 363 矿山工程 and reduce the occurrence of m
6、ine flood.Machine learning has been widely used in the prediction of water inrush from coal seam floor.This paper summarizes and analyzes the application effect of current coal seam floor water inrush prediction,and sorts out the main problems existing in the current coal seam floor water inrush pre
7、diction.The main problem of the water inrush prediction technology is that the hydrogeological conditions are complex and the water inrush data are few.The selection of main controlling factors of water inrush from coal seam floor will have a great impact on the prediction of water inrush from coal
8、seam floor based on machine learning.The se-lection of algorithm model plays an important role in generalization ability and over-fitting prob-lem.Although the rapid development of deep learning provides a new direction for floor water inrush prediction technology,it still has a great impact on trai
9、ning data.At the end,the future de-velopment of coal seam floor water inrush prediction technology is considered and explored.This paper summarizes and compares the prediction methods of water inburst from coal seam floor in recent years,and finds out the advantages and disadvantages of the current
10、technology.The accu-rate and efficient prediction of water inrush from coal seam floor in the future is prospected.Keywords Machine Learning,Floor Water Inrush,Water Inrush Prediction,Floor Water Burst Mechanism Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creat
11、ive Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 随着对煤炭开采的深度与强度不断增加,井下地质条件愈发复杂。受限于地区的地质情况,含煤地层易受到奥陶纪灰岩含水层的影响,煤层底板保护性差,不利于煤矿开采。近年来,煤层底板突水近年来逐渐成为矿井主要灾害之一,对安全生产造成了很大的威胁。因此,对煤层底板突水进行更加精准的预测,可以进一步提升煤矿安全生产能力,对保护国家财产,守护人民安全有着重要的意义。为了提升煤层底板突水预测的精确性,大量科
12、研人员对煤层底板突水机理进行研究,得到底板突水的主控因素,提出了许多的煤层底板突水预测方法。在这其中主要有突水系数法1、“下三带”理论2 3、脆弱性指数法4 5、层次分析法、逻辑回归、贝叶斯网络、BP 神经网络、支持向量机等,通过理论计算,数值模拟等手段,推动煤层底板突水预测技术的不断发展。随着煤层底板突水机理研究的发展,对煤层底板突水预测主控因素的选择也更有其针对性与相关性。在使用机器学习技术之前,煤层底板突水预测技术存在着分析不够全面,地质特征有差异,预测精度较低的问题。而计算机技术的发展也为煤层底板突水预测技术提供了更多新的思路。机器学习因其以数据为导向,基于计算机构建算法结构使用数据集
13、快速执行重复任务,可以以模型的方式在有着相似地质条件的地区进行煤层底板突水预测,判断该位置在底板突水的可能性。受限于地质条件的复杂性与可获得的突水相关数据不足,许多不同的机器学习算法被提出用于对煤层底板突水进行预测。为此,将近些年众学者对于煤层底板突水预测的研究与应用效果进行总结与分析,并进行思考。2.煤层底板突水预测现状煤层底板突水预测现状 1944 年匈牙利学者韦格弗伦斯提出了底板相对隔水层的概念。后来在焦作防治水会战中我国防治水专家学者借此概念提出了突水系数及其临界值6。在 1964 年焦作水文地质大会战期间,水文地质工作者Open AccessOpen Access李晨曦,鲁海峰 DO
14、I:10.12677/me.2023.113045 364 矿山工程 提出突水系数的经验公式,即利用相对隔水层厚度的倒数来评价突水危险性。突水系数法可以使用在快速确定全区安全情况的事件上,可以根据水位和水压的实时变化。对全区进行预测性评估。但是,当时所提出的突水系数法仅分析了含水层的水压与隔水层的厚度并未考虑矿压破坏带等因素,无法全面的描述煤层底板突水的原因。1979 年后通过深入开采煤层底板内部进行综合观测结合模拟实验、电算分析等各项研究结果发现2:煤层底板岩层与采动覆岩同样也存在着“三带”,“三带”是指在煤层开采后,底板岩层中的导水裂隙带、集中应力带和岩性变化带。由于开采煤层底板岩层也有可
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