面向煤矿顶板安全评价的信息融合方法研究

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煤矿顶板事故是我国煤炭开采过程中的主要灾害之一,为保障安全生产各煤炭企业大都建立了矿压、微震、地音、顶板离层等监测系统,这些手段虽能从不同的侧面反映顶板安全状况,但一些情况下预报的结果往往不够统一,给管理者造成决策困惑,且目前这些监测数据离散性较大,数据处理手段相对落后,反馈指导生产的时间滞后,无法在事故发生前临近报警或预警。因此,针对煤矿顶板管理存在的这些问题,开展面向煤矿顶板安全评价的多源信息融合技术,可以充分挖掘顶板监测多源信息的互补性及关联性,以提高顶板评价指标信息的质量和可信度,对于预防煤矿顶板事故具有十分重要的意义。  为揭示煤矿顶板事故灾变机理与各监测指标之间的关系,在山东省科技攻关项目“基于信息融合煤矿顶板安全管理系统研究”(No:2009GG10001004)的支持下,开展以下研究工作:  1.深入研究信息融合理论,分析其在不同领域中的应用,总结信息融合不同的定义方式,同时概述其不同级别的数据融合,并对比分析信息融合相关算法,指出信息融合技术能充分利用多源信息的冗余性和互补性,将其应用于煤矿顶板评价领域能大幅提高煤矿顶板安全评价的时效性及准确度。  2.深入研究D-S证据理论,分析其已有融合模型,对其相关概念进行概述,详述D-S证据理论合成规则,应用实例分析说明D-S证据理论融合过程中产生的证据冲突问题。基于D-S证据理论在不确定性的表示、量测和组合方面的突出优势,选取D-S证据融合理论作为开展面向煤矿顶板安全评价的多源信息融合技术的理论基础。  3.针对煤矿顶板安全监测系统中监测手段不够完备,无法全面评价顶板安全状况等问题,将证据融合理论引入煤矿顶板安全评价中,提出了煤矿顶板安全评价方法,此方法能有效消除多源信息的不确定性,降低虚警率,提高顶板安全评价准确度。  4.针对D-S证据理论融合过程中高冲突使融合结果产生悖论的情况,本文给出了基于证据距离的冲突判别方法来判定证据之间的冲突程度,并提出一种新的相对加权融合算法,此算法通过证据距离建立相似性矩阵,确定证据的权重系数,对证据进行预处理后,再采用Dempster规则进行组合。  5.基于信息融合理论设计并开发了仿真平台——信息融合仿真平台,用于仿真实现基于D-S证据理论的融合算法和基于证据距离的融合算法融合过程。其主要功能有参数输入、数据显示、结果显示、功能区,其中功能区中包含随机生成数据、仿真生成数据、导入数据、导出数据、信息融合、导出结果等功能。  课题研究成果“基于信息融合的煤矿顶板安全评价方法”已完成软件开发并应用于尤洛卡矿业安全工程有限公司的煤矿顶板动态监测系统中,现场应用表明:系统运行稳定,顶板来压预警准确率达90%以上并能提前1~2天预警。
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