基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立礦井煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測模型的研究

摘要：煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)的礦井瓦斯動力現(xiàn)象，它是由地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體結(jié)構(gòu)三者綜合作用形成的。制定突出危險性預(yù)測和防突措施效果檢驗指標體系的重要理論和技術(shù)依據(jù)，是對煤與瓦斯突出機理及預(yù)測指標的研究。因此，本文基于漸進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究建立的煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預(yù)測模型的研究，具有較好的針對性，從而能為礦井制定安全生產(chǎn)措施提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦 漸進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 煤與瓦斯突出

1 概述

對于煤礦各煤層的煤與瓦斯突出危險性的區(qū)域預(yù)測，一般是先確定突出危險性參數(shù)，建立一個初步的預(yù)測模型，然后根據(jù)該礦區(qū)已經(jīng)發(fā)生的煤與瓦斯突出事故的情況來不斷驗證，直到得到合理的區(qū)域預(yù)測模型，這樣整個區(qū)域預(yù)測模型的建立需要做大量調(diào)試，耗費很長的時間。

本文嘗試利用漸進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點，建立利用結(jié)果反求礦井的煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預(yù)測模型，使得建立的模型能更加適合不同礦井發(fā)生煤與瓦斯突出的實際情況。此外，還能大大減少模型調(diào)試所消耗的大量時間[3]。

2 關(guān)于建立煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測模型的分析

目前為止，國內(nèi)外對影響煤與瓦斯突出參數(shù)的問題進行了很多研究，而隨著力學、動力學理論等學科的發(fā)展，分析礦井煤與瓦斯突出是如何發(fā)生的方法也越來越多。在眾多的突出理論中，能讓從事該行業(yè)的絕大多數(shù)人認同和接受的就是綜合假說。

綜合假說的主要理論是：煤與瓦斯突出是礦井中一種極其復(fù)雜的動力現(xiàn)象，它包括三個因素：地應(yīng)力、高壓瓦斯和煤的結(jié)構(gòu)性能，它的發(fā)生是三個主要因素綜合作用的結(jié)果。

從能量轉(zhuǎn)換角度分析，突出的能量來自煤巖體彈性彈性潛能和煤體中的瓦斯膨脹能，這些能量在突出過程中主要轉(zhuǎn)換為煤體的破碎功和碎煤在巷道中的移動功等。因此，在由煤巖層和瓦斯組成的這樣一個力學系統(tǒng)中，就有四種相互作用和相互轉(zhuǎn)化的能量體系，它們之間的消長關(guān)系夠長了煤與瓦斯突出全過程的能量條件。當煤巖體彈性潛能和煤體中的瓦斯膨脹能大于煤體的破壞功和移動功時，就發(fā)生煤與瓦斯突出，否則就不發(fā)生。

3 基于漸進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤與瓦斯突出危險區(qū)域預(yù)測模型的建立

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的神經(jīng)元相連接的網(wǎng)絡(luò)，針對影響煤與瓦斯突出的地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜關(guān)系，通過對漸進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練、控制和識辯可以反求到影響不同礦井對煤與瓦斯突出影響的參數(shù)及其權(quán)重值[2]。

基于地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體結(jié)構(gòu)參數(shù)反求流程如圖1所示。假設(shè)模型的各項參數(shù)為某一組數(shù)值，可以仿真得到相應(yīng)的突出參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始訓(xùn)練樣本，將各種參數(shù)值Xm輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即可反求得到對于的參數(shù)Yi，并將其作為煤與瓦斯突出的影響參數(shù)，可以得到影響參數(shù)的計算值Xn。如果計算值Xm和測量值Xn偏差超過許可誤差，必須重新選取樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練，直到計算值Xm和測量值Xn的偏差在許可范圍內(nèi)，即為反求得到的煤與瓦斯突出影響參數(shù)Yj。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)具體求解問題的復(fù)雜程度決定[3]。圖2為煤與瓦斯突出影響參數(shù)反求的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由可能代表影響煤與瓦斯突出因素的N個輸入單元組成輸入層，網(wǎng)絡(luò)的輸出層由實際代表影響煤與瓦斯突出的M個單元組成，網(wǎng)絡(luò)還包含一個隱含層。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以建立影響煤與瓦斯突出因素的非線性關(guān)系：

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，就是根據(jù)訓(xùn)練樣本來計算權(quán)值矩陣W，根據(jù)求出影響參數(shù)及權(quán)值矩陣計算煤層的突出危險性程度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練以后，不管實際問題怎么復(fù)雜，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都可以快速的計算輸出變量，因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是適合用于煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預(yù)測模型的建立的。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用反求的思想，從滿足預(yù)測的觀點出發(fā)，通過建立漸進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來反求滿足不同礦區(qū)實際情況的突出危險性區(qū)域預(yù)測模型，從而反求出影響不同煤礦的煤與瓦斯突出危險性的影響參數(shù)，從而避免了建立煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預(yù)測模型過程中繁雜的調(diào)試過程，縮短了該模型建立過程，并使得區(qū)域預(yù)測模型具有較好的針對性及預(yù)測效果。

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作者簡介：蘇恒瑜（1984—）女，貴州興義人，助教，研究方向為煤礦開采技術(shù)、礦山安全方向教學及科研工作。