基于人工智能的矿井水害水源自动识别方法研究.pdf

第 10卷 第2期 华北科技学院学报 2013年4月 基于人工智能的矿井水害水源 自动识别方法研究① 李 枫 孙莉民 魏军贤 黄江兰 佘生晨 郭 慧。 王晓菊 (1．中国矿业大学，江苏徐州 221116；2．高河能源有限公司，山西 长治 047100； 3．华北科技学院，北京 东燕郊 101601) 摘 要：为了提高识别水害水源的正确率，本文给出了对地面水质化验分析的多个指标的单位归一化的方 法，转化为与单位无关的数据，然后再归类识别的方法。综合 了自下向上和 自上向下分类识别方法的优点， 提出了一种能够 自动地进行水源(类)的合并、分裂和吸取 中间结果所得到的经验的新的水害水源识别方 法，实验和生产实践证明该方法效果较好。 关键词：水源识别；数据归一化；矿井突水 中图分类号：TD745，+21 文献标识码：A 文章编号：1672—7169(2013)02—0017—05 0 引言 然而这种手工且根据单一地面水质化验的指标判 断水源的方法，在一些复杂地区的判断结果与实 我国煤矿各种煤矿灾害 (例如：水、火、瓦斯 际有较大的出入。另外，在地面水质化验的结果 爆炸、煤尘、顶板、冲击地压等)频发。矿井水害 中，众多化验指标的单位是不统一 的，例如， 是我国包括煤矿在内的各类矿床开采中经常遇到 NO3离子含量单位为 mg／L(毫克／升)，有些离 的主要地质灾害之一，也是制约矿区生产活动和 可持续发展的重要因素，其表现形式通常 为突、 子含量单位为 moL／L(模尔／升，1模尔 Mg 离子 = 6．02×10 个Mg 离子)，这就给通过建立数 涌、溃、淋水等。煤矿井突水灾害会造成重大财产 和人员伤亡，例如，前2年山西省王家岭煤矿发生 学判别模型的方法判断突水水源的方法带来很大 的重特大透水事故，造成20多人的死亡和几个亿 麻烦，导致该方法判断结果误差较大。为解决这 的财产损失。多年来对矿井水害的预防和治理一 两个问题，本论文给出了(1)对众多指标的单位 直是相关领域科学、工程与生产工作者关注和研 进行统一的方法——归一化处理；(2)常用的模 究的重要课题。水文地球化学 (简称 “水化学”) 糊聚类算法的计算效率很高，但是它的主要缺点 探测技术主要利用地面水质化验的结果，一般是 是所选定的这种模型常常不能反映数据的概率结 八个指标，有时或更多，然后根据这些指标分析水 构，因此用这些方法所得到的结果不能反映数据 构造的真实情况，为此本文提出了一种利用多指 源。它是矿井防治水工作中的一种重要手段 ，在 矿井突水水源判别方面效果显著，是一种快速、经 标判断水源的方法。实验和生产实践证明该方法 济、实用的方法。目前一般采用以下几种方法： 效果较好。 (1)利用特征离子或特征离子比值法判别突水水 1 水源识别理论 源；(2)利用水质分析结合同位素综合分析方法 利用数学模型对矿井水化学数据进行处理并 判断突(涌、淋、溃)水水源；(3)利用人工示踪法 判别充水水源，是现代地球化学、数学和计算机科 判断水源；(4)通过建立数学判别模型的方法判 学相结合的必然结果。水源识别过程 的步骤 断突水水源。例如，有单位通过研究认为某煤矿