动态风险预测.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 9 (2014) 090505 基于多变量混沌时间序列的煤矿斜井TBM施工 动态风险预测∗ 侯公羽 梁荣 孙磊 刘琳 龚砚芬 (中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京 100083) ( 2013 年12 月23 日收到; 2014 年1 月27 日收到修改稿) 在全面分析煤矿长斜井TBM(盾构) 施工动态风险特点的基础上, 利用多变量混沌时间序列预测方法对 其进行预测. 利用主成分分析法, 确定影响煤矿长斜井TBM 施工风险的主要成分. 对煤矿长斜井TBM 施工 风险多变量时间序列进行相空间的重构, 确定时间延迟 和嵌入维数 , 采用小数据量法计算煤矿长斜井 TBM 施工多变量风险时间序列的最大Lyapunov 指数, 证明了其具有混沌特性, 提出了一阶局域法与双隐层 神经网络的组合预测模型, 该模型能够对多变量风险时间序列随时间的变化进行预测. 仿真实验表明, 该预 测模型误差小于单变量时间序列的预测误差, 具有较强的预测能力和较好的预测效果, 可为煤矿长斜井TBM 施工风险分析与评估提供一种新的途径. 关键词: 煤矿长斜井, TBM 施工, 风险预测, 多变量时间序列 PACS: 05.45.Pq, 05.45.Tp DOI: 10.7498/aps.63.090505 定性的技术手段与方法, 缺乏对隧道和煤矿施工的 1 引 言 随机性、动态性、模糊性、复杂性等特征的进行深入 3 研究 . 混沌理论正是从系统的随机性及非线性 TBM(盾构) 是目前世界上最先进的隧道开挖 特点出发, 研究不确定性系统深层次、规律性的运 方法, 优先采用TBM 进行隧道开挖已成为未来隧 动, 且混沌系统对初始条件敏感, 适合短期施工预 1 道建设总的发展趋势 . 相对于传统钻爆法施工, 测. 煤矿斜井TBM 施工风险时间序列中不仅包含 TBM 具有高效、快速、优质、安全等优点, 其掘进速 了风险过去的信息, 而且还包含了风险的未来演化 度一般是传统钻爆法的4—10 倍1 . 随着我国煤矿 信息, 减少了风险预测的主观性. 因此, 利用混沌 整体开采技术的不断提高, 在中、浅埋深条件下采 理论对煤矿斜井TBM 施工的风险时间序列进行预 用斜井提升具有较大的优势. 由于钻爆法短期内无 测具有重要的理论意义和工程实践价值. 法显著地提高其施工速度, 因此, 在长距离的煤矿 利用混沌理论46 对时间序列进行预测的方 斜井施工中, 越来越多的施工单位开始考虑在条件 法分为单变量预测及多变量预测. 近年来, 混沌预 合适情况下采用TBM 施工. 测理论在隧道施工及岩土力学领域得到较快的发 由于TBM 对不良工程地质条件的适应性较 7 展. 刘华明等 分析了滑坡位移时间序列的非线 差, 对施工人员的素质要求较高2 , 且煤矿斜井施 性性质, 并建立了滑坡预测的非线性混沌模型, 蒋 工的地质条件