工作面瓦斯涌出量时序混沌分形特性分析及其预测的研究

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1、学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日

2、年月日中图分类号TP181学校代码10290UDC612.3密级公开中国矿业大学博士学位论文工作面瓦斯涌出量时序混沌分形特性分析及其预测研究ChaosandFractalCharacteristicAnalysisandPredictionofWorkfaceGasEmissionTime-series作者乔美英导师马小平教授申请学位工学博士培养单位信电学院学科专业控制理论与控制工程研究方向时间序列分析答辩委员会主席韩璞评阅人二○一二年五月论文审阅认定书研究生乔美英在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论

3、文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在尊敬的导师马小平教授的精心指导和亲切关怀下完成的。从论文的选题、论证到撰写都倾注着导师的心血。在论文的撰写阶段，马老师提出了许多宝贵的意见和建议，使得论文的研究工作得以顺利进行。马老师以其渊博的学识，敏锐的洞察力，严谨求实的治学态度和勤奋创新的钻研精神使我终生受益，并将对我今后的工作、学习和生活产生重要的影响。马老师不仅为我提供了宽松的学术氛围，良好的科研环境，更培养了我独立从事科研的能力。在博士学习期间，马老师从

4、生活、学习上都给予了我特别的关怀和帮助，在他身上我学习了许多做人和做学问的道理。值此论文完成之际，谨向辛勤培育我的导师马小平教授致以衷心的感谢和深深的敬意！感谢巩敦卫教授、李明教授、孙伟教授、王雪松教授、程玉虎教授，他们在论文撰写过程中提出了大量宝贵的修改建议，使论文得以完善。感谢信电学院常俊林副教授、叶宾副教授和缪燕子老师对我学习上的指导，推荐一些优秀的国外论文供我阅读。感谢河南理工大学的彭红星博士和刘彦伟博士在程序修改方面对我极大的帮助与指导。感谢中国矿业大学安全学院陈向军博士生对论文的修改提出许多宝贵意见。感谢金珠博士、吴新忠博士、张玉丽老师、葛恒清老师和陶慧老

5、师，与他们在一起的讨论，加深了我对问题的理解。在攻读博士期间，与师兄、师弟妹们和睦共处，得到了他们热情的帮助和勉励。特别是焦晓宇、王梅、邹孝付、梁君燕、张伟、魏巍、刘绕龙、褚晓光、张守田给予了我无私的帮助和鼓励，和他们在一起的生活、学习使我获得了很多知识和经验，借此机会向他们致谢。感谢父母对我多年的养育之恩，是他们时刻的关心与支持，使我得以顺利完成学业。感谢我的公公婆婆，没有他们对我儿子和家庭无微不至的照顾，就不可能完成此文。特别感谢我的爱人兰建义先生，是他的大力支持和鼓励，并在漫长的学习生活中给予我极大的关心、支持和理解，并尽其所能为我创造最好的条件,使我能够顺利完

6、成学业。感谢我的儿子，他为我们的家庭带来了无尽的欢乐，儿子的茁壮成长是我前进的最大动力。最后，向百忙之中抽出时间审稿和参加论文答辩的老师们致以深深的谢意!乔美英2012年3月摘要我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一，具有突出矿井多、分布范围广、始突深度浅，突出强度大等一系列问题。由于尚未认清煤与瓦斯突出机理，故完全杜绝煤与瓦斯突出发生还不太可能。尽管目前国内外在局部检测与解危措施方面的研究已近成熟，但在防治煤与瓦斯突出的实施方面存在很大的难度。大量的事实表明，重特大的突出事故大多发生在煤巷掘进工作面，所以研究掘进工作面非接触式动态连续的煤与瓦斯突出预警方法具有

7、重要的现实意义。首先，本文从瓦斯在煤层中的流动理论出发，得出掘进工作面的瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性、地质构造等因素有关，由此得出瓦斯突出与工作面瓦斯涌出量的复杂特性密切相关。其次，利用Taken的相空间重构理论来分析工作面瓦斯涌出时间序列的动力学模型。相空间重构参数的选取，文中采用了微熵率最小原则，最终确定所研究实例的几个嵌入维数均大于8，说明工作面瓦斯涌出动力学系统是一个高维的复杂系统。在此基础上，利用功率谱与Poincare截面定性分析工作面瓦斯涌出量时间序列数据具有混沌特性。针对实际时间序列长度有限且噪声未知的情况，在定量混