[发明专利]一种基于微震分形预测冲击危险等级的综合智能预测方法

说明书

一种基于微震分形预测冲击危险等级的综合智能方法，适用于矿山安全领域冲击矿压预测领域使用。包括微震分形指标输入、模糊智能处理分析和智能预测结果输出三个部分。计算微震时间、空间、能量分形指标，建立冲击危险等级隶属矩阵，构建指标异常指数和高斯隶属函数，建立单指标评价矩阵R，采用混淆矩阵中的F值评分方法计算并实时更新各指标权重矩阵；计算各冲击危险等级的隶属概率，联合最大隶属度原则(MMDP)与可变模糊特征识别模型(VFPR)确定最终冲击危险等级。其数学模型明确、普适性和可操作性强，可实现不同冲击危险等级的智能概率预测与综合结果的智能识别，应用可行性好，智能预测效率高。

技术领域

本发明涉及一种综合智能预测方法，尤其适用于矿山安全领域冲击矿压预测领域使用的基于微震分形预测冲击危险等级的综合智能预测方法。

背景技术

冲击矿压是一种由矿震诱发的煤岩动力灾害，目前已成为煤炭地下开采普遍所面临的危险灾害之一，其预测研究已成为煤矿安全管理领域的主要组成之一。微震作为一种强有力有效监测矿震的工具，目前已在矿山安全监测领域得到了广泛应用。基于大量微震监测数据研究表明，冲击矿压发生之前，微震事件在时间、空间、强度分布信息上普遍存在聚集现象。分形作为一种现代数学中有效的分析手段，可结合微震监测数据有效量化这种聚集现象。

自Mandelbrot首次提出分形概念以来，其引出的分形维数广泛被应用于描述地震分布的聚集现象，试图达到预测地震的目的。在冲击矿压预测领域，谢和平院士于1993年首次结合微震监测数据，采用空间分形维数解释了冲击矿压发生的机理，并成功应用于冲击矿压的预测，后续冯夏庭等人(2016，2018)将其扩展至时间和能量分形维数，同样得到了有效应用。在这些研究中，当前的分形维数指标仅局限于单独描述微震三要素中的单一要素信息，如时间、空间和能量，我们称之为时间容量维数、空间容量维数和能量容量维数，各指标之间相互独立、缺乏各要素信息之间的交叉与融合。同时，量化后的指标在实际预测应用中又仅停留在定性描述冲击发生的可能性，如指标低值异常、急剧下降异常等定性描述的层面，从而导致冲击矿压预测难度大、效率低。因此，基于微震监测的冲击矿压预测方法、尤其是智能预测，仍是矿山安全领域的重大技术难题。

发明内容

发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种综合考虑微震时间、空间、能量三要素的基础上，扩展综合描述微震三要素信息的微震分形信息指标，步骤简单，预测效果好的基于微震分形预测冲击危险等级的综合智能预测方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的基于微震分形预测冲击危险等级的综合智能预测方法，其特征在于步骤为：首先采集矿山开采现场的微震信息，并将微震信息进行微震分形指标输入，计算微震时间分形指标、空间分形指标、能量分形指标，并建立基于微震分形计算的预测指标体系，即指标因子矩阵；将冲击危险分为无、弱、中、强四个等级，并以此构成冲击危险等级隶属矩阵V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{无,弱,中,强}；再将预测指标体系进行模糊智能处理分析，利用混淆矩阵中的F值评分方法计算并实时更新各指标权重生成各指标权重矩阵A，再将预测指标体系输入高斯隶属函数从而获得单指标评价矩阵R，利用权重矩阵A对单指标评价矩阵R进行矩阵相乘计算得出4个冲击危险等级的隶属概率数值，联合最大隶属度原则(MMDP)与可变模糊特征识别模型(VFPR)确定最终冲击危险等级。

计算采集的微震信息中的时间、空间、能量分形指标步骤为：建立指标因子矩阵W＝{D_T0， D_T1-N，D_T1-E，D_S0，D_S1-N，D_S1-E，D_E0，D_E1-N，D_E1-E}：