地下工程支护效果的ARMA预测模型及应用.pdf

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1、第33卷第3期矿冶工程V01．33№32013年O6月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGJune2013地下工程支护效果的ARMA预测模型及应用①李启月，陈亮，范作鹏，许杰(中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：基于时间序列分析理论，建立了地下工程支护效果的自回归滑动平均模型(ARMA)，将顶板累积垂直岩移量和锚杆轴力作为评价指标，提取监测数据趋势项及其平稳残差时序，对顶板支护效果进行预测。现场应用表明，ARMA模型预测的顶板累积垂直岩移量及锚杆轴力值与实测值相比，相对误差分别不超过3％和2％

2、；与GA—BP神经网络法相比，ARMA模型预测结果的精度显著提高。关键词：地下工程；支护效果预测；时间序列分析；ARMA模型中图分类号：TD853文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253-6099．2013．03．003文章编号：0253—6099(2013)03—0008—05ARMAModelandItsApplicationinPredictionofUndergroundEngineeringSupportingEfectUQi—yue，CHENLiang，FANZuo·peng，XUJie(SchoolofRes

3、ourcesandSafetyEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China)Abstract：Basedontimeseriesanalysis，anARMAmodelwasproposedtopredictthesupportingeffectinundergroundengineering．Bytakingcumulativeverticalmovementofroofrockandaxialforceofanchorboltasevaluationindica

4、tors，thesupportingofroofundergroundwaspredictedbyapplyingthetrendtermofresidualtimeseries．FieldapplicationshowedthatthecumulativeverticalmovementofroofrockandaxialforceofanchorboltpredictedbyARMAmodelstatisticaltestingwerecomparedwiththepracticalmeasurement，withtherelativee

5、rrornotlessthan3％and2％，respectively．ComparedwiththeaccuracyofGA—BPneuralnetwork，ARMAmodelhasgreatlyimprovedtheaccuracyofprediction．Keywords：undergroundengineering；supportingeffectprediction；timeseriesanalysis；ARMAmodel准确地预测地下工程支护效果、评价支护质量，对积垂直岩移量和锚杆轴力作为评价指标，根据实测值确保地下工程安全性、改

6、进支护设计、及时维护补强支建立自回归滑动平均模型(ARMA模型)，从而对顶板护、减少翻修和延长地下工程服务年限有着重要意义，支护效果进行预测。因此地下工程支护效果评价与预测一直是研究的热l时间序列ARMA模型点，并取得了一定的研究成果u，形成了回归分析法、灰色理论法、神经网络法和遗传算法等传统的多因素ARMA模型是时间序列分析中最具有代表性的一分析预测法。然而，传统的预测方法因很难克服监测类模型，该模型表达了在不同t时刻一个随机过程本项目的动态性、随机性和复杂性而导致预测效果不佳。身观测数据之间的关系，即表达了时间序列{}内部与传统预测方法不

7、同，时间序列分析法从观测数据的的相关关系j。对于平稳、正态的时间序列}，戈的统计规律出发，不涉及与其他变量之间的关系，仅仅是取值不仅与其前P步的各个取值，⋯，⋯}有利用因变量自身的历史资料来挖掘信息2。该方法关，而且还与前g步的各个干扰o，a，⋯，at-q有在大风监测预警J、模糊分类系统和机械故障预报“。等众多学科领域中应用效果良好。本文将时间关，建立ARMA(p，q)模型分为以下几个步骤9：序列分析法应用于地下工程支护效果预测，将顶板累1)时间序列的平稳性检验。计算时序每组的自①收稿日期：2012—12·17基金项目：湖南省自然科学基金(0

8、8JJ4014)；教育部博士点基金(20090162120084)作者简介：李启月(1968一)，男，湖南常宁人，副教授，硕士研究生导师，主要从事岩土工程爆破、采矿