基于LSTM回归的采空区卸压瓦斯精准抽采评判模型研究

Gas drainage is the major means of gas disaster management in coal mine. Goaf drainage has a better drainage effect. The key point of realizing the precision drainage is getting the key indicators and high precision prediction. Meanwhile, it’s necessary to do research on gas drainage and intelligent control model.On the basis of academic theory of evolution of mining-induced fracture and gas storage and transportation mechanism, this project takes goaf pressure relief gas drainage as major means of gas methane. Through physical similarity simulation experiment, large amount of experimental data can be obtained. The key indicators of effect of goaf pressure relief gas drainage can be gained based on factor analysis method, and high prediction evaluation model of goaf pressure relief gas drainage based on LSTM can be constructed. Furthermore, prediction evaluation and intelligent regulation model based on LSTM regression can be established. At last, drainage evaluation and intelligent regulation model and system can be realized on cloud platform.

瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的主要手段，而采空区卸压瓦斯抽采具有更好的抽采效果，在众多的卸压瓦斯抽采影响因素中获得对抽采效果具有重要影响的关键指标并进行高精度预测是实现瓦斯精准抽采的关键，同时也需要科学、深入、系统地对瓦斯抽采评判与智能调控模型开展进一步研究。本项目基于采动覆岩裂隙演化与煤层卸压瓦斯储运机理等学术理论，将采空区卸压瓦斯抽采作为瓦斯治理的主要方向，从而突破瓦斯抽采达标评判体系的传统构建思路，结合物理相似模拟实验，基于因子分析法提取影响采空区卸压瓦斯抽采评判效果的关键指标，并基于LSTM回归深度学习算法构建高精度的采空区卸压瓦斯抽采评判指标预测模型。在此基础上，进一步构建基于LSTM回归的采空区卸压瓦斯抽采评判及智能调控模型，并在云平台上进行算法集成、模型封装及抽采评判与智能调控系统的开发部署，最终达到采空区卸压瓦斯精准抽采评判的研究目标。

采空区卸压瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的有效手段。安全高效的瓦斯抽采效果评价对于矿井瓦斯精准抽采有着至关重要的作用，采空区卸压瓦斯抽采的智能评价对采空区卸压瓦斯抽采工程具有重要的指导意义。本项目主要研究工作如下：.（1）在采空区卸压瓦斯抽采原理及技术综合分析的基础上，对钻孔因素、风流瓦斯浓度因素、抽采浓度因素等关键影响因素分析，考虑各个指标间相互耦合作用及对采空区卸压瓦斯抽采综合评价的影响，利用模糊综合评价建立指标满意度模型，提出了采空区卸压瓦斯抽采评价指标体系，对采空区卸压瓦斯抽采效果进行等级评价。.（2）针对采空区卸压瓦斯抽采评价指标预测精度问题，构建了四层LSTM评价指标体系预测模型。通过调整时间步长、损失函数和优化函数等参数提高了模型的准确率和鲁棒性，对比其他预测模型算法，LSTM模型能够解决梯度消失问题并具有更快的收敛速度和更高的准确率。.（3）针对采空区卸压瓦斯抽采评价智能等级划分问题，构建了采空区卸压瓦斯抽采智能评价模型，适合采空区卸压瓦斯抽采智能评价且准确率更高。.（4）为实现采空区卸压瓦斯抽采高效智能评价及可视化显示，设计了采空区卸压瓦斯抽采智能评价系统，并在云平台上进行算法集成、模型封装及抽采评价与智能调控系统的开发部署，解决了系统开发过程中数据查询和缓存的关键问题，为采空区卸压瓦斯的精准抽采提供软件模型及技术支持。.（5）针对采空区卸压瓦斯抽采评价效果问题，结合试验矿井高位钻孔瓦斯抽采试验数据，分析了采空区卸压瓦斯抽采效果，对瓦斯抽采评价等级进行划分。根据评价结果提出钻孔封孔质量和调整抽采负压等调控建议措施，实现采空区卸压瓦斯抽采监测、效果评价和智能调控一体化流程，从而保证卸压瓦斯的精准高效抽采。.基于以上研究成果进行了现场试验验证，形成了一种准确高效的采空区卸压瓦斯抽采智能评价方法，为采空区卸压瓦斯抽采效果评价提供了有力依据。