基于地质数据挖掘和信息融合的煤与瓦斯突出预测方法

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1、博士学位论文基于地质数据挖掘和信息融合的煤与瓦斯突出预测方法作者：梁跃强学院：资源与安全工程学院学号：TBP140102039学科专业：安全科学与工程导师：郭德勇教授2018年1月中图分类号：TD713单位代码：11413密级：公开博士学位论文中文题目：基于地质数据挖掘和信息融合的煤与瓦斯突出预测方法英文题目：PredictionMethodofCoal-gasOutburstBasedonGeologicalDataMiningandInformationFusion作者：梁跃强学号：TBP140102039学科专业：安全科学与工

2、程研究方向：矿山安全导师：郭德勇职称：教授论文提交日期：2017年11月21日论文答辩日期：2017年12月22日学位授予日期：2018年1月16日中国矿业大学（北京）摘要摘要煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下，由地应力、瓦斯和煤物理力学性质综合作用引起的复杂地质动力现象，严重制约着煤矿的安全生产。煤与瓦斯突出具有分区、分带性，且主要受地质条件控制，不同地质构造区域和地质构造不同部位的煤与瓦斯突出危险性不同，因此对不同地点的煤与瓦斯突出危险性进行预测具有一定的理论和实践意义。论文采用现场调研、理论分析、室内实验和现场试验等手段，研究了基于

3、地质数据挖掘和信息融合的煤与瓦斯突出预测方法。首先，搜集矿区、矿井及工作面瓦斯地质和地球物理勘探资料，下井调研褶皱、断裂等地质构造特征、煤厚、构造煤发育及分布特征，对所收集资料进行系统地整理、比对和综合分析，归纳总结研究区地质条件对煤与瓦斯突出的控制作用。同时利用数学地质方法提取了研究区煤与瓦斯突出的地质数据特征，结合数据挖掘技术的灰色关联分析和Apriori关联分析模型，探讨了研究区煤与瓦斯突出主控地质因素，挖掘出了有意义的煤与瓦斯突出地质数据关联规则，并分析了地质数据与突出强度和突出类型的关联规则。此外，对信息融合的特征级和决策

4、级算法进行研究，提出了数量化理论III、遗传投影寻踪聚类和PSO-BP（微粒群优化的BP算法）神经网络相结合的特征级融合算法，以及冲突度加权分配合成规则证据理论的决策级融合算法，并对遗传投影寻踪聚类、PSO-BP神经网络和冲突度加权分配合成规则的信息融合算法进行了仿真实验。最后根据研究区的主控地质因素，选取了试验工作面，并形成了煤与瓦斯突出预测的地质数据，建立了煤与瓦斯突出预测的识别框架和特征级数量化理论III证据体、遗传投影寻踪聚类证据体和PSO-BP神经网络证据体，通过决策融合对证据体进行融合，实现了试验工作面的煤与瓦斯突出危险

5、性等级预测，并设计了煤与瓦斯突出预测系统的构建流程、逻辑结构和功能结构，对系统软件进行了开发，为煤与瓦斯突出预测提供了理论和技术支撑。论文主要从以下4个方面进行研究：（1）地质条件对煤与瓦斯突出的控制作用研究在对研究区构造背景和矿井地质构造特征研究基础上，统计分析了研究区123次煤与瓦斯突出的突出强度、突出类型、地质构造、突出地点和突出预兆等影响因素；以平煤八矿为例，探讨了戊9,10煤层和己15煤层2个突出煤层的断层构造、褶皱构造、煤层厚度及变化和煤层倾角等地质构造参数对研究区煤与瓦斯突出的控制作用，其中重点研究了戊9,10煤层10

6、9条断层和己15煤层105条断层的断层性质、断层落差、大中型断层的方向性、小断层走向及倾向和断层倾角的分布规律，借助煤层钻孔资料绘制了戊9,10煤层和己15煤层的煤厚等值线图及煤层倾角等值线图，并将平煤八矿46次煤与瓦斯突出点的分布和等值线图进行对比I中国矿业大学（北京）博士学位论文分析；此外在现场观测煤体结构宏观特征的基础上，对研究区煤体结构进行了合理分类，通过对研究区采集的50组新鲜煤样的坚固性系数f和瓦斯放散初速度ΔP两个瓦斯突出参数的实验室测定，分析了戊9,10煤层和己15煤层煤体破坏类型和瓦斯突出参数f及ΔP的分布关系，并

7、采集戊9,10煤层和己15煤层各2个煤样进行了工业分析、低温液氮吸附实验和瓦斯压力含量计算，探讨了瓦斯吸附特性对煤与瓦斯突出的影响。（2）煤与瓦斯突出预测地质数据挖掘技术研究在研究地质条件对煤与瓦斯突出控制作用的基础之上，阐明了数据挖掘技术应用于煤与瓦斯突出地质数据挖掘的可能性，分析了地质数据挖掘的结构和过程，初步建立了地质数据挖掘模型，为了能够将数据挖掘技术和煤与瓦斯突出地质数据深入结合，分析了数据挖掘的关联分析、分类和预测、聚类分析、例外分析和进化分析的功能方法；初步拟定了煤与瓦斯突出的相关地质因素变量，包括地质构造和煤体结构2

8、个方面，地质构造包括煤层埋深、断层数量、煤厚变异系数、煤层倾角变异系数、软分层变化和围岩组合6个因素，煤体结构包括煤体破坏类型、煤层厚度、软分层厚度、煤层倾角、揉皱系数、瓦斯放散初速度和坚固性系数7个因素，并利用瓦斯地质和数学地质手段