• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于LDA-RBF及综合赋权法的顶板突水危险性评价
  • Title

    Roof water inrush risk assessment based on LDA-RBF and comprehensive weighting method

  • 作者

    王孝坤郑禄林兰红谢红东田友稳胥进

  • Author

    WANG Xiaokun;ZHENG Lulin;LAN Hong;XIE Hongdong;TIAN Youwen;XU Jin

  • 单位

    贵州大学 矿业学院贵州林东煤业发展有限责任公司 龙凤煤矿贵州省煤田地质局一七四队

  • Organization
    Mining College of Guizhou University
    Longfeng Coal Mine, Guizhou Lindong Coal Industry Development Co., Ltd.
    Guizhou Coalfield Geology Bureau Team 174
  • 摘要

    为了解决龙凤煤矿9号煤层开采过程中顶板突水危险性问题,采用线性判别分析法(LDA)构建1种LDA-RBF神经网络导水裂隙带发育高度预测模型,并基于改进CRITIC评价法结合层次分析法(AHP)建立了CRITIC-AHP综合赋权法,分别评价矿区顶板采裂危险性及含水层富水性等级;通过ArcGis地理信息处理技术,将采裂危险性分区与富水性分区叠加,得到9号煤层顶板突水危险性综合分区图。结果表明:LDA-RBF神经网络预测模型结构简单且拟合精度更高,9号煤层导水裂隙带发育预测高度为50.4 m,已超过区域内大部分含水层底界标高,表明大部分区域存在较高的采裂危险性;而改进后的综合赋权法避免了评价结果主客观性过强的问题,其富水性分区结果与钻孔实际涌水量相符;突水危险区主要在矿区中北部呈条状分布,这是该区域含水层富水性较强和采裂危险性较高共同作用的结果,因此,在实际开采中应对以上区域予以重视。

  • Abstract

    In order to solve the problem of roof water inrush risk during the mining of No. 9 coal seam in Longfeng Coal Mine, an LDA-RBF neural network model for predicting the development height of water-conduction fracture zone was constructed by linear discriminant analysis (LDA), and a CRITIC-AHP comprehensive weighting method was established based on the improved CRITIC evaluation method combined with analytic hierarchy method (AHP) to evaluate the risk of roof cracking and the water richness level of the aquifer in the mining area. Through ArcGis geographic information processing technology, the cracking risk zone and the water-rich zone are superimposed to obtain a comprehensive zoning map of the water inrush risk of the roof of No.9 coal seam. The results show that the LDA-RBF neural network prediction model has a simple structure and higher fitting accuracy, and the development prediction height of the No.9 coal seam water-conducting fracture zone is 50.4 m, which has exceeded the bottom boundary level of most aquifers in the area, indicating that there is a high risk of cracking in most areas. The improved comprehensive weighting method avoids the problem of excessive subjectivity and objectivity of the evaluation results, and the water-rich zoning results are consistent with the actual water inflow of the borehole. Finally, the water inrush danger zone is mainly distributed in strips in the central and northern parts of the mining area, which is the result of the combined effect of strong water richness and high cracking risk of the aquifer in this area, indicating that the above areas should be paid attention to in actual mining.

  • 关键词

    RBF神经网络综合赋权法ArcGis导水裂隙带高度突水危险性

  • KeyWords

    RBF neural network;comprehensive weighting method;ArcGis;height of water conduction fracture zone;water inrush risk

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金资助项目(52164006);贵州省科技支撑计划资助项目(黔科合支撑[2022]一般248);贵州大学青年教师国家自然科学基金培育资助项目(贵大培育[2020] 81号)
  • DOI
  • 引用格式
    王孝坤,郑禄林,兰红,等. 基于LDA-RBF及综合赋权法的顶板突水危险性评价[J]. 煤矿安全,2024,55(4):187−196.
  • Citation
    WANG Xiaokun, ZHENG Lulin, LAN Hong, et al. Roof water inrush risk assessment based on LDA-RBF and comprehensive weighting method[J]. Safety in Coal Mines, 2024, 55(4): 187−196.
  • 图表
    水文地质概化模型
    水文地质概化模型
    冒裂安全性分区
    冒裂安全性分区
    各主控因素专题图层
    各主控因素专题图层
    富水性分区图
    富水性分区图
    顶板突水危险性分区
    顶板突水危险性分区

    Table1

    国内部分矿区导水裂隙带实测数据
    编号 开采
    深度/
    m
    开采
    厚度/
    m
    工作面
    斜长/
    m
    煤层
    倾角/
    (°)
    顶板
    类型Ⅲ
    导水裂隙
    带高度/
    m
    1# 89 2.00 114 7.0 45.00
    2# 117 3.40 205 2.0 72.00
    3# 89 2.03 69 7.0 45.86
    4# 282 4.00 71 8.0 33.00
    5# 328 2.00 78 7.0 23.00
    30# 86 4.60 170 7.0 53.00
    31# 396 3.45 160 14.0 26.70
    32# 168 3.00 137 5.5 27.50

    Table2

    LDA-RBF与RBF模型导水裂隙带高度实测值与预测值对比
    样本
    编号
    顶板
    类型
    实测高度/
    m
    预测高度/m 预测高度相对误差/%
    LDA-RBF RBF LDA-RBF RBF
    29# 1 72.0 72.05 0.07 72.76 1.06
    30# 2 53.0 50.18 5.32 42.08 20.60
    31# 3 26.7 25.55 4.31 22.90 14.23
    32# 4 27.5 25.67 6.65 30.12 9.52

    Table3

    因素间相关系数矩阵
    因素 含水层
    厚度
    岩性结构
    指数
    脆塑
    性比
    岩心
    采取率
    含水层厚度 1.000 0 −0.3515 0.5438 0.1004
    岩性结构指数 −0.3515 1.000 0 0.3162 −0.2519
    脆塑性比 0.5438 0.3162 1.000 0 −0.0914
    岩心采取率 0.1004 −0.2519 −0.0941 1.000 0

    Table4

    相关系数修正矩阵
    因素 含水层
    厚度
    岩性结构
    指数
    脆塑性比 岩心
    采取率
    含水层厚度 1 0 1 0
    岩性结构指数 0 1 1 0
    脆塑性比 1 1 1 0
    岩心采取率 0 0 0 1

    Table5

    修正后相关系数矩阵
    因素 含水层
    厚度
    岩性结构
    指数
    脆塑性比 岩心
    采取率
    含水层厚度 1.000 0 0 0.543 8 0
    岩性结构指数 0 1.000 0 0.316 2 0
    脆塑性比 0.5438 0.312 6 1.000 0 0
    岩心采取率 0 0 0 1

    Table6

    各主控因素权重值
    权重 含水层
    厚度
    岩性结构
    指数
    脆塑
    性比
    岩心
    采取率
    CRITIC权重 0.29 0.27 0.20 0.24
    AHP权重 0.37 0.21 0.23 0.19
    CRITIC-AHP组合权重 0.33 0.24 0.22 0.21

    Table7

    顶板突水划分标准

    富水性指数
    顶板突水分区
    0.26~0.36 安全 安全 安全 较安全 较安全
    0.36~0.46 安全 安全 较安全 较安全 中等
    0.46~0.56 安全 较安全 中等 中等 较危险
    0.56~0.66 安全 中等 较危险 较危险 危险
    0.66~0.84 安全 中等 较危险 危险 危险
      注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别为导水裂隙带扰动破坏含水层距离<0 m、0~6 m、6~12 m、12~18 m、>18 m。
相关问题

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