在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中,礦井水害常常造成重大的人員傷亡與財產(chǎn)損失,甚至是難以恢復(fù)的環(huán)境污染問題。為了防治該類事故,各個國家和礦井企業(yè)都給予了高度重視,并在常規(guī)防治手段的基礎(chǔ)上,不斷嘗試引入信息化、智能化等新技術(shù)、新方法。這使得礦井開采過程產(chǎn)生的水文數(shù)據(jù)呈爆炸式增長,但這些數(shù)據(jù)卻始終沒有得到充分、有效利用。因此,如何利用礦井水文數(shù)據(jù),更好地服務(wù)于礦井突水安全保障成為了礦井突水防治的重要突破口。而圍繞該突破口建立基于機(jī)器學(xué)習(xí)的礦井突水安全保障系統(tǒng)正是本文的研究主題。本文主要通過四個方面研究,構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的礦井突水安全保障系統(tǒng),具體工作如下:1)礦井突水安全保障的知識庫管理。為有針對性地分析礦井突水安全保障需要的信息,建立礦井突水知識庫,其中包含礦井突水隱患清單庫、水文數(shù)據(jù)庫和突水案例庫。隱患清單庫存儲的是參考國內(nèi)外針對礦井突水問題的法律法規(guī)和以往發(fā)生的突水事故的調(diào)查報告中總結(jié)出的誘發(fā)礦井突水的隱患清單,并結(jié)合礦井生命周期及風(fēng)險三維矩陣,從暴露率、可控性和嚴(yán)重度三個維度對礦井突水隱患進(jìn)行風(fēng)險分級表征;結(jié)合隱患清單庫構(gòu)建水文數(shù)據(jù)庫,由地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)、地下充水含水?dāng)?shù)據(jù)、采動數(shù)據(jù)、突水點水況數(shù)據(jù)等礦井突水預(yù)警所需的關(guān)鍵水文數(shù)據(jù)組成;為進(jìn)行案例比對和推薦構(gòu)建突水案例庫,通過對歷史礦井突水案例進(jìn)行總結(jié),提取案例中礦井屬性信息、事故經(jīng)過信息及響應(yīng)信息。通過隱患清單庫、水文數(shù)據(jù)庫和突水案例庫,實現(xiàn)礦井突水安全保障的信息管理,為后續(xù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。2)礦井突水安全保障的數(shù)據(jù)挖掘�；谥R庫中的水文信息,利用自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、DBSCAB等機(jī)器學(xué)習(xí)算法,對礦井水文數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。通過融合時間序列模型和自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SOM)得出的水文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移概率,并與多維水文數(shù)據(jù)的DBSCAN聚類形成針對礦井水文多維數(shù)據(jù)的挖掘模型,有效規(guī)避現(xiàn)有流行算法的局限性問題,最終實現(xiàn)礦井突水安全保障的突水預(yù)警。3)礦井突水安全保障的案例推薦。利用知識庫中的礦井突水案例數(shù)據(jù)庫,結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的推薦算法與案例推理理論,通過余弦相似度的匹配,總結(jié)出針對礦井突水的案例推薦方法,對礦井突水案例進(jìn)行推薦、重用、修正和保存,達(dá)到對歷史突水案例的有效組織。最終基于案例推薦實現(xiàn)案例中知識和經(jīng)驗的有效利用。4)礦井突水安全保障云平臺搭建。通過對Hadoop、云技術(shù)等的分析,提出針對礦井突水問題的安全保障云平臺的服務(wù)內(nèi)容、框架和運(yùn)作機(jī)制,并集成知識庫管理、數(shù)據(jù)挖掘和案例推薦的步驟方法,分別建立信息管理、突水預(yù)警和案例推薦三大系統(tǒng)模塊,實現(xiàn)常態(tài)管理期、征兆顯露期和事故響應(yīng)期相互銜接的系統(tǒng)閉環(huán),對礦井突水事故及時預(yù)警并推薦針對性方案,全方位、多角度、系統(tǒng)化的為礦山突水事故防治提供技術(shù)保障。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD745
【部分圖文】：

時間／年逡逑圖１－１邋２００１至２０１６年礦山突水事故數(shù)及死亡人數(shù)逡逑從圖１－１可以看出，２０１２年以前礦井突水事故數(shù)和傷亡人數(shù)一直以高位逡逑運(yùn)行。在２００５年，甚至單個礦井突水事故就造成５４４人死亡。隨著國家、安逡逑監(jiān)部門和各個礦山對礦井突水災(zāi)害的重視，從２０１３年以來礦井突水造成的死逡逑亡人數(shù)和事故數(shù)出現(xiàn)平穩(wěn)態(tài)勢。２０１６年突水事故僅４起，死亡人數(shù)２２人。逡逑雖然整體下降趨勢明顯，但與美國、澳大利亞和南非等礦業(yè)大國提出礦山生逡逑產(chǎn)“零傷亡”，甚至“零事故”的口號相比，我國在礦井突水和礦山整體安全逡逑方面需要繼續(xù)努力。雖然我國當(dāng)前礦山安全形勢達(dá)到整體的“零事故－零傷亡”逡逑水平還比較難，但可以先以一種事故為基礎(chǔ)，找出事故的誘發(fā)隱患，以此為逡逑基礎(chǔ)達(dá)到單一事故的“零傷亡”。注：圖１－１中數(shù)據(jù)來源于國家安全生產(chǎn)監(jiān)督逡逑－１邋－逡逑

逑管理總局政府網(wǎng)站事故查詢系統(tǒng)［４］。逡逑另一方面，圖１－２是從２００１年到２０１６年礦井突水事故占煤炭整體事故逡逑比例趨勢圖。從趨勢圖中我們可以看出，雖然礦井突水事故造成的死亡人數(shù)逡逑在全體事故死亡人數(shù)的占比呈下降趨勢，但從突水事故占比的趨勢圖可以看逡逑出，礦井突水事故占全部煤炭事故發(fā)生的次數(shù)保持平穩(wěn)。這表明雖然各級監(jiān)逡逑管部門、礦山企業(yè)近幾年對突水事故加大了防治力度，但礦井突水事故仍需逡逑受到高度重視。注：圖１－２中煤礦總體事故數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)［３＿１４１逡逑１０％邋１邋邐逡逑■邐？邐｜邋一邋■一突水事故數(shù)占比逡逑９％＇邐１＼邐一＊一突水事故死亡人數(shù)占比逡逑４％－邐？逡逑３％－逡逑２％邋－邋邐／＂＼逡逑１％邐Ｉ邐Ｉ邐１邋Ｉ邐Ｉ邋１邋Ｉ邐Ｉ邐１邐１邐＇邋Ｉ邐１邋Ｉ邐１邋Ｉ逡逑２０００邐２００２邐２００４邐２００６邋２００８邐２０１０邋２０１２邐２０１４邋２０１６邋２０１８逡逑年份逡逑圖１－２邋２００１－２０１６年間礦井突水事故數(shù)與死亡人數(shù)占煤礦事故比例變化趨勢逡逑隨著近幾年的粗放式開采，我國礦井開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，這同時也增逡逑加了礦井突水治理的難度。據(jù)我國煤炭工業(yè)協(xié)會指出，大量礦井將會進(jìn)入深逡逑部開采的階段，從目前統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，大約有５０多座礦井的開采深度逡逑將會超過１千米。這其中就有深度達(dá)到１．５０１千米的山東省新汶礦業(yè)集團(tuán)孫逡逑村煤礦。還有華能核桃峪礦井通過斜井開拓的主斜井長度己經(jīng)達(dá)到５．８７５千逡逑米

數(shù)的計算公式也在不斷的進(jìn)行修正和完善，其中矛盾交點集中在隔水層厚度逡逑的確定上，而底板采動導(dǎo)水裂隙發(fā)育深度早早就作為重要變量被考慮在內(nèi)，逡逑具體發(fā)展過程如圖２－１。逡逑焦作防治水會戰(zhàn)＊逡逑ｎ邋＝邋ｐ／ｍ邐世

本文編號：2828565