作為巷道超前探測主要方法的礦井瞬變電磁法,目前僅能通過視電阻率來定性評價掘進工作面前方巖層富水性相對強弱。為了實現(xiàn)巖層富水性的定量預(yù)測,依據(jù)阿爾奇公式建立掘進工作面前方巖層富水性不均勻的數(shù)學(xué)模型,通過全空間三維時域有限差分（FDTD）數(shù)值模擬結(jié)果提取預(yù)測所用特征,根據(jù)所選特征與巖層富水性相關(guān)的地質(zhì)參數(shù)確定富水性預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。采用具有Lévy飛行特征的蝙蝠算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（LBA-BP）進行了富水性預(yù)測的仿真測試和現(xiàn)場試驗。在仿真測試中,為接近實際情況,在數(shù)值模擬結(jié)果中加入了不同程度的噪聲,對比測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)盡管預(yù)測誤差隨噪聲的增大而明顯波動,但巖層孔隙度和含水飽和度預(yù)測的均方誤差均不超過1%,預(yù)測準確度處在一個較高的水平。在現(xiàn)場試驗中,根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料劃分富水性評價分級標準,由預(yù)測結(jié)果和視電阻率解釋結(jié)果可以看出,LBA-BP預(yù)測方法對巷道前方巖層富水性的預(yù)測準確度要明顯優(yōu)于常規(guī)視電阻率解釋方法。研究結(jié)果表明:感應(yīng)電動勢、采樣時間、視電阻率、探測距離和對數(shù)坐標下的感應(yīng)電動勢衰減速率可作為巖層富水性預(yù)測所用特征,LBA-BP方法結(jié)合相應(yīng)特征可以實現(xiàn)巖層富水性定量預(yù)測,提高了礦井瞬變... 

【文章來源】：煤炭學(xué)報. 2020,45(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

巷道前方存在含水體的超前探測模型示意

在含水飽和度為100%,含水體取不同孔隙度值時,計算所得的感應(yīng)電動勢衰減速率如圖2(a)所示;采用優(yōu)化二分搜索法[10]計算視電阻率結(jié)果如圖2(b)所示。由圖2(a)可以看出,在受含水體影響的時間范圍內(nèi)電動勢衰減速率總是先變慢再變快,最后趨于一致,且隨著孔隙度增大(含水量增加,富水性增強),變化趨勢越明顯。由圖2(b)可以看出,隨著孔隙度增大(含水量增加),含水體視電阻率與圍巖的差別越大,當孔隙度為5%時,視電阻率與圍巖電阻率最接近。(2)采樣時間及其衍生特征

預(yù)測模型的建立依賴于要解決的實際問題。基于礦井瞬變電磁法的特征和預(yù)測目標確定了LBA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖3所示。預(yù)測效果最優(yōu)特征組合為5個特征全部采用。網(wǎng)絡(luò)隱含層為1,隱層節(jié)點數(shù)為10;隱層傳遞函數(shù)選用S型函數(shù),輸出層選用雙曲正切S型函數(shù);學(xué)習(xí)率η=0.01;最大迭代次數(shù)為2 000次;目標精度0.001;蝙蝠初始種群數(shù)n=20,最大迭代次數(shù)為40,Amin=0,α=γ=0.98,f∈[0,2],v∈[-10,10]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]礦井全空間三維主軸各向異性介質(zhì)瞬變電磁場響應(yīng)特征研究[J]. 程久龍,黃少華,溫來福,董毅,王浩宇.  煤炭學(xué)報. 2019(01)
[2]基于AVO技術(shù)與偽泊松比屬性預(yù)測灰?guī)r富水性的方法[J]. 田偉,鄒冠貴,湯小明,曾葫.  煤炭學(xué)報. 2017(10)
[3]全空間瞬變電磁全區(qū)視電阻率優(yōu)化二分搜索算法[J]. 姜國慶,程久龍,孫曉云,陳丁,王海彥.  煤炭學(xué)報. 2014(12)
[4]礦井巷道地球物理方法超前探測研究進展與展望[J]. 程久龍,李飛,彭蘇萍,孫曉云.  煤炭學(xué)報. 2014(08)
[5]具有Lévy飛行特征的蝙蝠算法[J]. 劉長平,葉春明.  智能系統(tǒng)學(xué)報. 2013(03)
[6]一種新型的地下含水層涌水量預(yù)測模型[J]. 劉國輝,侯征,王天意,宋洪偉.  地球物理學(xué)進展. 2012(03)
[7]復(fù)雜巖溶地區(qū)隧道涌水預(yù)測方法研究[J]. 林傳年,李利平,韓行瑞.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2008(07)

博士論文
[1]巷道前方含水體的瞬變電磁響應(yīng)及探測技術(shù)研究[D]. 胡雄武.安徽理工大學(xué) 2014
[2]隧道施工含水構(gòu)造激發(fā)極化定量超前地質(zhì)預(yù)報理論及其應(yīng)用[D]. 聶利超.山東大學(xué) 2014



本文編號：3088334