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《中国矿业大学》 2008年
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冲击地压电磁辐射前兆信息的时间序列数据挖掘及群体识别体系研究

刘晓斐  
【摘要】: 电磁辐射技术已经在国内多个煤矿用于冲击地压灾害的预测。如何有效地识别冲击地压电磁辐射监测数据中的前兆信息,研究冲击地压电磁辐射前兆特征,实现冲击地压准确预报,是电磁辐射预测技术今后的发展方向。 本文实验室研究了冲击煤岩的电磁辐射特征,现场测试和分析了工作面应力变化和不同构造的电磁辐射响应规律;运用时间序列数据挖掘方法,对冲击地压电磁辐射监测数据进行处理和挖掘,对冲击地压电磁辐射前兆信息进行了定量识别,建立了冲击地压电磁辐射前兆信息群体识别体系。 (1)实验研究了冲击煤岩在全应力应变峰前、峰后阶段以及煤岩摩擦的电磁辐射特征。煤岩在全应力应变峰前阶段的电磁辐射信号随应力增加而增强,在峰后阶段随应力降低呈先上升后下降的趋势;煤岩摩擦面切应力的增加和加载速率的增加,使得电磁辐射信号增强。 (2)现场测试和分析了工作面应力变化和不同构造的电磁辐射响应规律。电磁辐射的测试结果能够反映工作面应力分布及变化的规律;断层和褶曲等地质构造周围的电磁辐射信号有异常反映。 (3)运用传统时间序列分析方法对冲击地压电磁辐射前兆数据进行了分析,并采用变量R聚类的数据挖掘方法,度量了冲击地压电磁辐射前兆子序列的相似性。研究表明,有冲击危险的电磁辐射数据是一个非白噪声平稳序列,蕴含有可提取的前兆信息,可以用ARMA时间序列模型来拟合及预测;依据相似性度量结果能够对监测范围进行危险性区域划分,确定冲击地压的重点防治区域。 (4)建立了以均值和方差为参数的电磁辐射强度异常判别及预警准则,提出了个体和群体电磁辐射异常的判别指标,对冲击地压电磁辐射前兆信息进行了定量识别。结果表明,电磁辐射强度异常判别及预警准则能够评价电磁辐射异常的危险程度,个体和群体电磁辐射异常判别指标能够对前兆信息进行有效识别。 (5)基于冲击地压电磁辐射前兆信息的定量识别,建立了冲击地压电磁辐射前兆群体识别体系,并进行了验证。结果表明,该体系的三个识别层次(包括:个体异常识别、子群体异常识别和群体异常识别)能够对冲击地压电磁辐射前兆信息进行有效的提取和识别。 本文的创新性主要体现在冲击地压电磁辐射前兆的时间序列数据挖掘和前兆信息群体识别研究两个方面。 本文对冲击地压电磁辐射前兆信息的识别进行了比较系统的研究,对冲击地压的预测具有重要的理论和实用价值。
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