基于LBA-BP的矿井瞬变电磁法岩层富水性的定量预测研究

发布时间：2021-03-18 12:35

　　作为巷道超前探测主要方法的矿井瞬变电磁法,目前仅能通过视电阻率来定性评价掘进工作面前方岩层富水性相对强弱。为了实现岩层富水性的定量预测,依据阿尔奇公式建立掘进工作面前方岩层富水性不均匀的数学模型,通过全空间三维时域有限差分（FDTD）数值模拟结果提取预测所用特征,根据所选特征与岩层富水性相关的地质参数确定富水性预测神经网络的结构。采用具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法优化BP神经网络（LBA-BP）进行了富水性预测的仿真测试和现场试验。在仿真测试中,为接近实际情况,在数值模拟结果中加入了不同程度的噪声,对比测试结果发现尽管预测误差随噪声的增大而明显波动,但岩层孔隙度和含水饱和度预测的均方误差均不超过1%,预测准确度处在一个较高的水平。在现场试验中,根据现场地质资料划分富水性评价分级标准,由预测结果和视电阻率解释结果可以看出,LBA-BP预测方法对巷道前方岩层富水性的预测准确度要明显优于常规视电阻率解释方法。研究结果表明:感应电动势、采样时间、视电阻率、探测距离和对数坐标下的感应电动势衰减速率可作为岩层富水性预测所用特征,LBA-BP方法结合相应特征可以实现岩层富水性定量预测,提高了矿井瞬变... 

【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(01)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

巷道前方存在含水体的超前探测模型示意

在含水饱和度为100%,含水体取不同孔隙度值时,计算所得的感应电动势衰减速率如图2(a)所示;采用优化二分搜索法[10]计算视电阻率结果如图2(b)所示。由图2(a)可以看出,在受含水体影响的时间范围内电动势衰减速率总是先变慢再变快,最后趋于一致,且随着孔隙度增大(含水量增加,富水性增强),变化趋势越明显。由图2(b)可以看出,随着孔隙度增大(含水量增加),含水体视电阻率与围岩的差别越大,当孔隙度为5%时,视电阻率与围岩电阻率最接近。(2)采样时间及其衍生特征

预测模型的建立依赖于要解决的实际问题。基于矿井瞬变电磁法的特征和预测目标确定了LBA-BP神经网络结构,如图3所示。预测效果最优特征组合为5个特征全部采用。网络隐含层为1,隐层节点数为10;隐层传递函数选用S型函数,输出层选用双曲正切S型函数;学习率η=0.01;最大迭代次数为2 000次;目标精度0.001;蝙蝠初始种群数n=20,最大迭代次数为40,Amin=0,α=γ=0.98,f∈[0,2],v∈[-10,10]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井全空间三维主轴各向异性介质瞬变电磁场响应特征研究[J]. 程久龙,黄少华,温来福,董毅,王浩宇.  煤炭学报. 2019(01)
[2]基于AVO技术与伪泊松比属性预测灰岩富水性的方法[J]. 田伟,邹冠贵,汤小明,曾葫.  煤炭学报. 2017(10)
[3]全空间瞬变电磁全区视电阻率优化二分搜索算法[J]. 姜国庆,程久龙,孙晓云,陈丁,王海彦.  煤炭学报. 2014(12)
[4]矿井巷道地球物理方法超前探测研究进展与展望[J]. 程久龙,李飞,彭苏萍,孙晓云.  煤炭学报. 2014(08)
[5]具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法[J]. 刘长平,叶春明.  智能系统学报. 2013(03)
[6]一种新型的地下含水层涌水量预测模型[J]. 刘国辉,侯征,王天意,宋洪伟.  地球物理学进展. 2012(03)
[7]复杂岩溶地区隧道涌水预测方法研究[J]. 林传年,李利平,韩行瑞.  岩石力学与工程学报. 2008(07)

博士论文
[1]巷道前方含水体的瞬变电磁响应及探测技术研究[D]. 胡雄武.安徽理工大学 2014
[2]隧道施工含水构造激发极化定量超前地质预报理论及其应用[D]. 聂利超.山东大学 2014



本文编号：3088334