海下開(kāi)采巖層變形混沌時(shí)序重構(gòu)與安全預(yù)警系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著人類(lèi)大規(guī)模資源的利用和開(kāi)發(fā),陸地資源日漸枯竭,人們逐漸把目光投向蘊(yùn)含豐富礦產(chǎn)資源的海洋。目前,對(duì)于海底基巖礦床的開(kāi)采處于起步階段,相關(guān)的研究較少。海下開(kāi)采與陸地開(kāi)采條件的主要區(qū)別是上覆海水,一旦海水涌入井下,就會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。因此,海下礦床安全開(kāi)采的關(guān)鍵是對(duì)采區(qū)上覆巖層變形的控制。
　　 由于海下開(kāi)采巖層變形是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),其中蘊(yùn)含著各種隨機(jī)的、不確定的岡素,其演化過(guò)程伴隨著物質(zhì)、能量的交換,表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性行為。因此

2、,本文利用非線性科學(xué)中的混沌理論來(lái)研究海下開(kāi)采巖層變形問(wèn)題。
　　 對(duì)海下巖層變形時(shí)間序列進(jìn)行混沌分析的基礎(chǔ)是相空間重構(gòu)技術(shù),本文在詳細(xì)分析該理論的基礎(chǔ)上,應(yīng)用幾何不變量法和復(fù)自相關(guān)函數(shù)法確定了嵌入維數(shù)m和延遲時(shí)間量τ,對(duì)三山島金礦巖層變形時(shí)間序列進(jìn)行了相空問(wèn)重構(gòu)。計(jì)算了混沌特征參量-最大Lyapunov指數(shù)λmax和關(guān)聯(lián)維數(shù)D2,兩者相結(jié)合對(duì)重構(gòu)相空間進(jìn)行了識(shí)別,證明了三山島金礦海下開(kāi)采巖層變形的混沌性。用混沌理論揭示了不同高

3、度巖層位移在相空間中的相點(diǎn)距離演變規(guī)律,并利用Fourier變換得到不同巖層的時(shí)間-功率譜曲線,從而獲得了巖層變形能量隨時(shí)間的變化規(guī)律。
　　 應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了巖層變形相空間相點(diǎn)距離演化預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)了新立礦區(qū)海底開(kāi)采巖層變形,并建立了海底開(kāi)采巖層變形安全預(yù)警系統(tǒng)。采用梯度下降法與混沌優(yōu)化方法相結(jié)合方法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)快速訓(xùn)練的同時(shí),避免陷入局部極小,同時(shí)提高了模型計(jì)算精度。并針對(duì)不同的預(yù)警區(qū)域,提出了相應(yīng)