冲击地压负反馈云模拟监测预警系统构建方法与流程

1.本发明涉及煤矿冲击地压安全监测及预警系统技术领域，尤其涉及冲击地压负反馈云模拟监测预警系统构建方法。


背景技术：

2.随着煤矿开采深度与开采强度不断增强，巷道工程与水文地质条件越来越复杂，发生冲击地压的概率也随采深增加，冲击地压具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一，对煤矿的安全生产和煤矿工人的生命健康安全造成巨大威胁。冲击地压是积聚在煤岩体中大量弹性能的突然释放引起的动力现象。从本质上说，冲击地压是一个非平衡条件下，由于煤岩体渐进劣化诱发灾变的非线性动力失稳过程。就失稳理论而言，不仅仅要考虑积聚能量数值的大小，也要考虑积聚能量的位置有关，即确定煤岩层实际情况如松动圈厚度和性质；近些年来国内关于冲击地压发生机理、监测预警、防治措施等方面相关研究不断深入，冲击地压发生条件是积聚能量大于最小破坏能量，但在实际作业中，积聚能量具有耗散和不定向地可转移到领域的特性，同时煤岩体具有一定的弹塑性，对混沌变化的积聚能量不能直接测量，如何在冲击地压发生前通过应力变化和煤岩层情况，实现对积聚能量的模拟，从而达到监测预警等方面尚需进一步研究，同时从应力分布特征和能量分布特征对积聚能量的位置，也要进一步研究。
3.对于冲击地压的监测，现有对冲击地压危险性的预警方法主要有微振监测法、钻屑法、电磁辐射法等，其中微振监测可直接对微振信号进行直接较为精准的监测和计算，包括发生时间、位置和强度，分析微振事件发生分布的规律判断危险性；钻屑法是根据打钻过程中记录的每米钻进时煤粉量和动力效应判断冲击危险性，其原理是钻进时排出的煤粉量和动力效应与煤层应力状态具有一定的对应关系；电磁辐射法是根据煤层电磁辐射强度变化确定煤层应力变化，进而判断冲击危险性；钻屑法、电磁辐射法为局部间接式应力监测。
4.上述预警方法都需要传感器，传统传感器无法随锚索深入巷道附近煤岩层进行每点应力监测，在采深较大和复杂性较大，对于接收数据无法进行横向对比分析具有较大误差，并且在信号传输处理方面，易受磁场等因素对电信号产生影响，光纤传感器因具有受环境影响因素小，耐久性好，灵敏度高和长期稳定监测的优点。目前，对于预警前兆信息识别处理和预前模拟判断预警的研究尚处于摸索阶段，如何对于不同条件影响下冲击地压发生的随机性和模糊性进行监测预警，是目前煤矿冲击地压防治重要研究课题之一。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出冲击地压负反馈云模拟监测预警系统构建方法，该方法基于冲击地压事件发生长期数据数集及负反馈修正数据为基础，通过融合算法将数据转化为模拟要素，并反馈云模型进行冲击地压事件发生的云模拟，按预估模拟和实时积聚的能量规划每个具体位置的响应预警值，负反馈于单片机响应阀值，同时对每一项预警指标进行效能明确，提高
系统对冲击地压预警的准确性，为消除冲击地压提供具体定位，提出一种有效消冲支护方法进行卸压释能。
6.根据本发明提出的冲击地压负反馈云模拟监测预警系统构建方法，所述方法步骤如下：
7.s1：布置分布式光纤和振动光纤，获取布置分布式光纤信号，调解测得锚索深入煤岩体各点的应变、压力、位移、温度、声场、弯曲物理量的信息；
8.s2：对光纤内变化的光波通过单片机扫频调解器处理，获取初始数据，并对光波的峰值进行预处理，确定时序性变化的最高峰和持续变化时间；
9.s3：初始数据的峰值变化通过单片机换算能量变化值，判断该事件积聚能量是否达预估阈值，是否直接响应预警系统，同时将初始数据上报；
10.s4：利用特征信号数据融合算法对初始数据进行处理，并将经过处理的初始数据反馈到负反馈模块中；
11.s5：应用步骤s4中经过处理的初始数据至负反馈模块，负反馈模块修正经处理的初始数据，修正后的初始数据通过云计算进行数据耦合；
12.s6：依据云计算的结果构建模拟要素，即对煤岩体系统的应力分布特征、能量分布特征建立煤岩体模拟模型，实现确定煤岩体受力状态，应力分布特征确定煤岩体系统中破碎圈、塑性圈、弹性圈、原岩应力圈的边界，能量分布特征确定煤岩体系统中各点积聚能量的空间分布特征；
13.空间分布特征的主空间积聚能量定位煤岩体能量核的分布位置，应力分布特征进而可以确定松动圈半径，再结合应变等因素构建煤岩体系统模型，运用煤岩体系统时序性地分析积聚能量位置的松动圈性质状态，进一步地，定位邻域集聚能量的位置及煤岩体移动矢量变化的值，从而确定影响云模拟的要素，将煤岩体系统对应变量的实时变化作为数据修正云模型；
14.s7：基于云模型时序地对冲击地压发生事件积聚能量进行云模拟，演化冲击地压发生积聚能量迭代规律云；
15.s8：应用s7中冲击地压发生积聚能量迭代规律云，时序性地模拟预测当日的积聚能量是否会发生冲击地压，迭代模拟各空间的煤岩体位置发生冲击地压的最小能量峰值，将最小能量峰值的不同预警百分比作为修正单片机的阀值；
16.s9：依据各位置能量实际储能量危险等级划分多组发生无冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间，按预估模拟和实时的能量积累量，同时规划确定每个具体位置的响应预警值，依据每个具体位置的响应预警值落入到的各位置预估模拟区间内，得出该位置相对的危险等级；
17.s10：监测到巷道实际储能量达系统的预警值，响应于总监测云平台进行模拟预测判断和结合人工进行判断，并该段危险区域的单片机预警器发出声音和警示灯光。
18.优选地，步骤s4中利用特征信号数据融合算法对初始数据进行处理的具体方法步骤为：
19.s41：将分布式光纤多个不同定位位置数据为一组所被动监测数据fi，记事件被动监测数据集合d1＝[f1,f2,f3,
…fi
],振动光纤不同定位位置所监测被动反馈数据fi，记事件被动动反馈数据集合d2＝[f1,f2,f3,
…fi
]，其中i为不同被动反馈定位位置光纤的值，i取正
整数；
[0020]
s42：利用min-max标准化将初始数据集合进行分别d1，d2归一化至[0,1]区间，转换函数公式为中，max代表信号的最大值，min代表信号的最小值；
[0021]
s43：将上述所测数据集合小波去噪得出新赋值d
11
＝[f1,f2.f3,
…fi
]，d
21
＝[f1,f2,f3,
…fi
]，将d
11
和d
21
进行逐三项雅可比行列式，对其非零项进行定位记录，即非线性相关差异项；
[0022]
s44：上述基础可分别确定d
11
、d
21
布里渊频移量vb，其中va为声波场的速度，λp为泵浦光的波长，n为光纤自身有效折射率，同时对数据集合进行扫频，确定温度和应变，δt＝δvb/c
vt
，δε＝δvb/c
ve
，其中δt，δε分别是温度分辨率和应变分辨率，vb为可以获得的最小的频移变化量，c
vt
，c
ve
分别为布里渊频移的温变系数和布里渊频移的应变系数；
[0023]
s45：确定弹性模量e，由弹性力学广义虎克定律将应力应变信息转化为主空间单元积聚能量，对煤岩体积聚能量位置进行定位；
[0024]
s46：采用hoek-brown强度准则，
[0025][0026][0027]
其中mb，s，ci，a为岩体参数，pi为径向支护力，r0为隧道半径，进一步便可求出松动圈半径，由此进行判断松动圈性质状态；
[0028]
s47：将经过融合算法初始数据反馈到负反馈模块进行修正；
[0029]
优选地，步骤s5中利用负反馈模块进行负反馈修正的具体方法步骤为：
[0030]
s51：应用模拟要素反馈的历史积聚能量的位置，定位危险区域，定位附近的超声波发生器依次发声形成相干涉超声波场，所述相干涉超声波场传递和反射信号，使不同煤岩体空间位置的振动光纤发生变化，时序性扫频得到数据集d3＝[g1,g2,g3…gi
]，其中i为不同位置主动负反馈振动光纤；
[0031]
s52：将d
11
、d
21
非零项的定位记录与去噪后的d3小波比较修正，上述所测数据集合小波去噪x(t)＝s(t) n(t)；
[0032]
其中，x(t)为监测值；s(t)为有用信息；n(t)为服从正态分布的噪声信息，即n(t)～n(0,σ2)；
[0033]
s53：应用s51中数据集d3，对振动光纤内干涉光的相位差进行调解所得超声波场反馈携带的信息，上述信息为超声波场在不完整或完整岩层中传播的速度，反馈确定积聚能量位置和实际能量储能量，负反馈修正模拟要素的煤岩体模型，同时监测煤岩体的内部裂纹汇聚、成核、稳定扩展能量耗散情况；
[0034]
s54：云计算将时序性反馈和负反馈数据整理多参量进行耦合，形成模拟要素；
[0035]
优选地，步骤s7中基于云模型进行时序性的冲击地压发生事件积聚能量的云模拟，得出积聚能量发生冲击地压迭代规律云的具体方法步骤如下：
[0036]
s71：运用熵权法确定整体赋权值，确定第i个指标熵值ei和权重值wi，
其中x
ij
为第i个指标在j时序性时间内数据集数据，可得权重矩阵w＝{w1,w2…
wn}；
[0037]
依据上述所得融合算法数据集和负反馈数据集经无量纲处理得煤岩层能量积累评估矩阵x＝(x
ij
)，确定第i个指标熵值ei和权重值wi，得出权重值矩阵；
[0038]
s72：建立煤岩体系统的云模型系统u，利用反馈和负反馈的数据确定局部区域的地质因素均值、局部能量因素均值和支护因素，并建立煤岩体冲击地压危险评价模型，实时的反馈数据上传云模型系统，以实时反馈的数据和历史的数据作为评价基础，以不同煤岩体空间点的区域内能量积聚量和实际极限储能量的比值为变量，评价不同煤岩体空间点的危险等级，并用于云模型能量因素进行修正；
[0039]
s73：确定云模拟约束条件，约束条件包括历史积聚能量发生冲击地压数据和煤岩体的自身强度所能允许积聚能量的值，排除异常数值和上报云模型系统；
[0040]
s74：应用最大熵方法进行研究，最大熵谱法计算不同能量积累发生冲击地压周期t，应用最大熵方法进行研究
[0041]
其中j是频率
△
tt是离散序列的时间间隔(在等间隔序列中
△
t一般为1)，i是虚数，
σm2
是预报误差的方差；
[0042]
s75：基于云模型进行时序性分析，对于冲击地压发生周期t，则存在整数k和时间值at∈[0,t],有a＝at kt，将历史冲击地压发生积聚能量数据集hd＝{(ai，bi)|a0≤ai≤kt}和当前积聚能量趋势数据集cd＝{(ai，bi)|kt≤ai≤at}，将分割后数据进行逆向云化，得到到若干个准周期云和一个当前趋势云，分别表示历史积聚能量发生冲击地压规律和当前积聚能量发生冲击地压趋势，再通过云的算术运算规则将若干准周期云和当前趋势云进行叠加生成积聚能量发生冲击地压规律云，从而达到模拟预测冲击地压发生目的；
[0043]
s76：应用s75中的积聚能量发生冲击地压规律云，以积聚能量发生冲击地压的历史事件作为反馈修正的数据集，煤岩体积聚能量的分布进行n次模拟的迭代演化，确定煤岩体同一空间区域的积聚能量ui，应用s71中煤岩体积聚能量评估矩阵确定权数xi，再进行平均加权得到积聚能量发生冲击地压迭代规律云rn；
[0044]
s77：依据联合极限理论，在不同局部均值区域的煤岩极限储能状态下进行rn模拟，判断rn的模拟值是否会由易损性导致的发生冲击地压，再对rn进行校验；
[0045]
优选地，步骤s9中依据各位置能量实际储能量危险等级划分的区间包括：
[0046]
s91：设定发生无冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│rqi
│
；
[0047]
s92：设定发生弱冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│rzi
│
；
[0048]
s93：设定发生中冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│ryi
│
；
[0049]
s94：设定发生强冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│rxi
│
；
[0050]
其中i为为各空间位置i个积聚能量值，q、z、y、x代表无、弱、中、强危险等级。
[0051]
优选地，各位置具体区间还设置有预警效能指标，包括概率增益(ga)、响应预警平均绝对百分比的误差、发震概率，效能指标检验计算如下：
[0052]
概率增益g(a)为：
[0053][0054]
式中，p(e|a)为发震概率，p(e)为背景频率，g(a)》1时表明模型上有效的，g(a)越大，预警效能越高；
[0055]
平均绝对百分比误差(mape):
[0056]
式中yi表示实际值，表示预测值，n则表示值的个数，三个指标越小，说明预测模型拥有更好的精准度；
[0057]
发震概率计算公式如下：发震概率＝预测正确次数/(预测正确次数 预测失误次数)
[0058]
对于位置每一项具体区间的预警效能指标同时满足概率增益大于一或越大，说明误差越小，若发震概率大于随机预测概率则应用效能指标，反之则不保留；
[0059]
优选地，还包括预警系统响应消除方法，所述方法步骤如下：s101：云模拟定位一定范围积聚能量危险区域，依据积聚能量危险区域云模拟的岩层裂隙和走形，对钻孔进行空间的布置，指导选择钻孔的角度和路径、钻孔的深度，使转孔可以最优地达到能量核的空间位置；
[0060]
s102：：根据松动圈理论分析静态爆破要破碎范围和大小，并对装药孔深和孔径进行确定，装料孔深和孔径控制岩块的破碎大小和走形；
[0061]
s103：进行钻孔并清理钻屑，对能量核的空间位置进行装药孔深和孔径的二次钻孔，装药转孔的钻屑用高压风机长管吸尘清理，再对装药钻孔进行注水降温，运用高压风机的长管将残余的水吸出；
[0062]
s104：待装药钻孔降温后，确定装药量，对药剂的药量的经验公式有w＝(1 b)∑l
·
w,其中b为损耗率0.05～0.10，∑l为钻孔总长，w为该型号药剂单位长度钻孔破碎用药量；
[0063]
选择静态爆破剂调配的比例和装药的装配方案，根据煤岩体环境温度，确定添加抑制剂量和药剂比水的比例，用于调整静态爆破时间，对于不同煤岩体空间位置的装配方案，位于水平下方使用灰泵管道将糊状药剂注入装药钻孔，再进行压实黄泥密封，对位于巷道上方区域使用小于钻孔纤维袋装药，钻杆推入装药钻孔，压实再推入黄泥密封，等待药剂反应，实施静态爆破；
[0064]
s105：静态爆破后，用超声波场负反馈煤岩层情况信息，检查药量是否残留，监测应力能量是否进行向深部弹性区围岩转移，并监测爆破后松动圈的厚度；
[0065]
s106：对松动圈的厚度采取对应松动圈厚度范围的锚杆索组合进行加强支护，同时对静态爆破后的钻孔进行注浆加锚索支护，消除冲击地压同时达到有效支护作用。
[0066]
本发明中的有益效果是：
[0067]
(1)通过初始数据为反馈、超声波场为负反馈进行修正模拟要素，弥补监测部分的未能准确地进行精度匹配的源微矿震，同时用于排除其余的因素是否造成能量的积聚和影响煤岩体的稳定性，不必实时开启超声波场，但通过实时的应力变化和模拟的应力变化趋势，对积聚能量的变化进行监测预估模拟，定位危险区域，再负反馈达到实时监测，使得现场监测更具准确性，同时单片机的静态阀值可进行负反馈的修正，在冲击地压事件发生前的应力变化，达到直接预估预警，减少再次上传数据处理反馈的时间，实现具有超前定位预判、迅速响应预警的功能；
[0068]
(2)基于云模型进行云模拟，一定程度上较好地解决了冲击地压积聚能量的随机性和模糊性的重现问题，将隐含的冲击地压发生积聚能量周期性特征以及趋势特征提取并转化成定量的数字表征，再通过云的反向生成算法，在生成周期云和趋势云的基础上，综合形成了冲击地压发生积聚能量规律云，为冲击地压发生的能量积累的模拟与预警提供了新的思路与方法；
[0069]
(3)通过反馈和负反馈修正云模拟定位能量集聚位置，精准定位煤岩层实际应力集中区域，定位进行钻孔，根据模拟监测松动圈厚度进行合理布置孔放静态爆破剂，有效对岩体控制性质，静态爆破具有可控制发生时间，控制破碎体的性质，通过定位可以有效进行钻孔确保准确度高，精准对冲击地压能量积累区域进行放能释压，为精准地消除冲击地压同时控制松动圈有效加强支护，破碎后使应力向深部弹性区到围岩转移提供了一种精准控制的方法。
附图说明
[0070]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0071]
图1为本发明提出的冲击地压负反馈云模拟监测预警系统构建方法的流程原理示意图；
[0072]
图2为本发明提出的负反馈流程图；
[0073]
图3为本发明提出的云模拟流程原理示意图；
[0074]
图4为本发明提出的功能光纤布置巷道结构图；
[0075]
图5为本发明提出的消除方法转孔和装药转孔示意图。
具体实施方式
[0076]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0077]
参照图1至图5，冲击地压负反馈云模拟监测预警系统构建方法，包括：
[0078]
(1)分步式光纤和振动光纤
[0079]
具体地，将有积聚能量的危险区域设为监测冲击地压的预警区域，安装和布置光纤，布置的光纤距离以光纤监测的空间半径为依据，每隔50米布置分步式光纤和振动光纤，如遇特殊情况褶皱，断层等则应该对其附近两侧放入光纤测量周围围岩特征变化，同时对光纤监测的空间进行定位调试，确保光纤能正常工作和减少误差，对布置的光纤进行信号的获取，由信号的解调得所测的煤岩体各点应变、压力、位移、温度、声场、弯曲等物理量的
一次信息，获取煤岩体变化实时信息。
[0080]
(2)扫频获取初始数据
[0081]
具体地，光纤自身随应力场和弹性波场发生变化，由于光弹效应，光纤内的光波的时序性信号发生改变，单片机的扫频调解器处理光波的信号，同时获取光波作为初始数据，并对光波的峰值进行预处理，实现时序性最高峰和持续时间的监测。
[0082]
在上述基础上，分布式光纤获取监测光纤上各点应变的值，在煤岩体中所受的温度可以近似看成一个不变的量，振动光纤获取弹性波传递的信息，确定能量传递的分布特征，将两个功能光纤进行联用，实现静态应力变化和扰动等因素动态变化的同步监测，获取具有衡量标准的初始数据。
[0083]
(3)判断预估阀值是否响应预警系统，上报数据
[0084]
具体地，单片机调解器调解出波的频率和波峰，波的频率和波峰换算成积聚能量，判断积聚能量是否达静态阀值，若满足静态阀值，则直接响应预警系统，对于监测事件进行上报煤岩体的云模型；
[0085]
上述实例，对于静态阀值的值，可通过模拟要素的负反馈模块进行修正和改变，实现对突发的积聚能量事件处理迅速的预警。对监测事件的上报云模拟数据，即将冲击地压的积聚能量事件监测所得的数据集，对监测光纤上的不同点时序性地存储记入矩阵集，作为为模拟要素初始数据，后由事件的负反馈数据集进行对比修正；
[0086]
(4)融合算法
[0087]
具体地，可以根据冲击地压发生积聚能量的事件得到反馈初始数据，进行调解得到光波的信号，上传光波的信号并云运算的处理，处理初始数据的信息包括煤岩体上所监测的应变和温度，再结合空间上的定位如采深、节理情况等将其多参数进行耦合考虑，煤岩体中的光纤在不同空间定位，可以形成监测网，实现对周围围岩和煤岩体的稳定性监测，运用光纤和云计算的理由，在安全上，光纤可分布埋于巷道底部不用考虑产生漏电危险，光纤本身性能上，信号传输方面也比电信号传更快，在复杂条件的矿下适配性更强对电磁等因素更抗干扰，不会受电路直接影响，在传输信息上可实现远距离超短时间大载量传输至地面，进一步，云计算可以实现对快速传输的光纤信号进行迅速响应处理，实现短时间地提取信号所包含的信息，利用云技术，减轻了煤矿配置大功率及计算量大功能强电脑和实时维护的成本，只需要通过云计算的融合算法将反馈的初始数据处理。
[0088]
具体地，在冲击地压事件发生的积聚能量获取初始数据的信号上，将每个相隔50m的多个不同定位位置分布式光纤记录数据集时序性为一组，记被动监测数据fi，记分步式光纤被动监测数据集合d1＝[f1,f2,f3,
…fi
],将每个相隔50m的多个不同定位位置振动光纤不同定位位置所监测被动反馈数据fi，记事件被动反馈数据集合d2＝[f1,f2,f3,
…fi
]，其中i为不同定位位置光纤的值(i＝1，2，3
…
)；对所测不同光纤反馈的数据分别作为一组，并进行编号，利用时序性地反馈的数据形成一个数据集，对记入的数据集建立一个冲击地压发生的积聚能量事件的数据库。
[0089]
在上述的基础上，在光波的信号进行去噪前，通常需要对其进行归一化处理，其主要目的是方便数据处理，提高分类模型精度和收敛速度，减少系统处理时延。归一化是让不同维度之间的特征在数值上有一定比较性，可以大大提高分类器的准确性。利用min-max标准化将数据集合进行分别d1，d2归一化至[0,1]区间，转换函数公式为也称为离差标准化，通
过计算数据的最大值和最小值，将其缩放到给定区间，通常是将数据归一到[0,1]，其工作原理是对数据进行线性变换，利用min-max标准化将数据集合进行分别d1，d2归一化至[0,1]区间，转换函数公式为中，max代表信号的最大值，min代表信号的最小值；
[0090]
在上述的基础上，筛选有效信号，反之剔除噪音能量，使其能有效地抑制噪声，减少重构失真，不会对原信号峰值照成影响，将上述所测数据集合小波去噪x(t)＝s(t) n(t)，其中，x(t)为监测值；s(t)为有用信息；n(t)为服从正态分布的噪声信息，即n(t)～n(0,σ2)，由此可见对于监测值而言，有用信息和服从正态分布的噪音信息彼此相互独立，且在频域上可进行累加。去噪后新赋数据数集值d
11
＝[f1,f2.f3,
…fi
],d
21
＝[f1,f2,f3,
…fi
]，将d
11
和d
21
进行逐三项雅可比行列式，对其非零项进行定位记录，即对所测两个光纤特征信息是否线性相关进行检测，进行一个在应力场和弹性波传递过程的积聚能量的对照反馈。
[0091]
在上述的基础上，对于d
11
、d
21
冲击地压发生的积聚能量数据集，遵守能量守恒与匹配的积聚能量变化，所以在不同条件下布里渊后向散射光的频移量其中va为声波场的速度，λp为泵浦光的波长，n为光纤自身有效折射率，通过扫频实现对温变和应变的定位，进而由δt＝δvb/c
vt
，δε＝δvb/c
ve
，其中δt，δε分别是温度分辨率和应变分辨率，vb为可以获得的最小的频移变化量，c
vt
，c
ve
分别为布里渊频移的温变系数和布里渊频移的应变系数，分布式光纤和振动光纤的监测空间实现监测煤岩体的应变和振动，对应变温度信息转化为单元能量积累反馈至模拟要素，实现对积聚能量的复合监测。
[0092]
在上述的基础上，对分布式光纤和振动光纤所得应变，并确定弹性模量e广义虎克定律，将应力应变温度信息转化为主空间单元能量积累，
[0093]
其中σ1、ε1分别为轴项应力和应变，σ2、σ3均为侧向应力，ε3、ε3均为侧向应变。考虑主空间的应力可对监测的精度有所提升，且对于应力的小变化可直接检测，故可将应力转化为能量判别指标。
[0094]
在上述的基础上，确定松动圈半径和定义性质，采用hoek-brown强度准则计算适应性更强更符合工程实际的岩体状态。松动圈半径计算为在有支护条件下，支护阻力直接影响围岩松动圈半径的大小，故松动圈边界上的切向应力等于初始应力即
[0095][0096][0097]
其中mb，s，ci，a为岩体参数，pi为径向支护力，r0为隧道半径，进一步便可求出松动圈半径。
[0098]
上述实例基础可知，反馈的初始数据应用融合算法的云计算，再进入负反馈模块中修正，依据超声波在不同的介质中传播的衰减规律，所以在不同介质中，超声波具有不同的传播速度的特点，在均质岩体中衰减少、速度快，破碎岩体中由于裂隙的增加，超声波能力衰减快、速度也相应地减小，从而对超声波场的波传播情况来预测围岩的破坏情况。根据弹性理论，由弹性波的波动方程通过弹性力学空间问题的静力方程推导，可得出超声波纵
波波速与介质的弹性参数之间的关系，波波速与介质的弹性参数之间的关系，其中vp为煤体的纵波速度，vs为横波的速度，e为煤体弹性模量，μ为煤体泊松比，ρ为煤体密度。
[0099]
上述的基础上，可对计算出巷道围岩的松动圈范围，具体地，上述采用hoek-brown强度准则。
[0100]
(5)负反馈模块
[0101]
具体地，位于煤岩体内监测积聚能量的振动光纤，在负反馈模块中，实现对危险积聚能量的位置的定位，并判断是否对监测的范围内煤岩体的破坏性影响，超声波发射器发生超声波形成相互干涉的超生波场，通过超声波场内路径进传递过程中受到阻尼值的监测，在接收信息方面，经反射的超声波传递至附近的振动光纤接受负反馈信号，形成一个负反馈数据集合，时序性扫频得到数据集d3＝[g1,g2,g3…gi
]，其中i为不同位置主动负反馈振动光纤，并判断监测的范围内是否造成煤岩体的破坏性影响，将数据集负反馈于模拟要素。
[0102]
在上述基础上，将形成一个负反馈数据数集d3，对所测振动的光波进行小波变换去噪后，有数据集d
31
＝[g
11
,g
21
,g
31
…gi1
]，其中i为不同位置主动负反馈振动光纤(i＝1,2,3
…
)，d
31
冲击地压发生后数据集定位上述d
11
、d
21
数据集雅可比非零项定位记录分别进行比较，比较修正，并将d3的值代入非线性项；
[0103]
在上述基础上，对于d
31
调解外界超声波携带的信息，由相干涉超声波场引起的相位差的改式中δn为光纤本身折射率的改变量，δd为光纤直径的改变量,lm传感光路与参考光路的光传播路径差值，β为光纤中光波的传播常数，ε为传感光纤本身的应变；上述信息为超声波场在不完整岩层中传播的速度，反馈确定能量聚集位置和实际能量储能量，负反馈于模拟要素，并对煤岩层煤岩内部裂纹汇聚、成核、稳定扩展等能量耗散情况负反馈修正模拟要素煤岩层模型，实现对煤岩层适应性的负反馈调节。
[0104]
在上述实例基础上，云计算将多参量进行耦合，实现对发生冲击地压发生的积聚能量的综合计算，同时形成一个具有负反馈修正的煤岩体模型。
[0105]
与现有技术相比，本实施例将以初始数据为反馈冲击地压事件时发生积聚能量的位置作为历史定位，定位反馈积聚能量附近的超声波发生器，进行发射超声波形成相干涉超声场，煤岩体不同位置的振动光纤接受超声波反射或传递信息，信息进行负反馈修正模拟要素，在监测危险的区域内震动事件的同时，应用初始数据进行联合修正，弥补监测部分的未能准确地进行精度匹配的源微矿震，同时用于排除其余的因素是否造成能量的积聚和影响煤岩体的稳定性，不必实时开启超声波场，使煤岩体模型更具准确性。
[0106]
(6)模拟要素
[0107]
具体地，依据云计算的结果构建模拟要素，即对煤岩体系统的应力分布特征、能量分布特征建立煤岩体模拟模型，实现确定煤岩体受力状态，应力分布特征确定煤岩体系统中破碎圈、塑性圈、弹性圈、原岩应力圈的边界，能量分布特征确定煤岩体系统中各点积聚能量的空间分布特征；
[0108]
具体地，空间分布特征的主空间积聚能量定位煤岩体能量核的分布位置，应力分布特征进而可以确定松动圈半径，再结合应变等因素构建煤岩体系统模型，运用煤岩体系统时序性地分析积聚能量位置的松动圈性质状态，进一步地，定位邻域集聚能量的位置及
煤岩体移动矢量变化的值，从而确定影响云模拟的要素，将煤岩体系统对应变量的实时变化作为数据修正云模型
[0109]
在上述基础上，对冲击地压事件发生前模拟要素、冲击地压发生时模拟要素、冲击地压事件发生后进行监测和对其由于不确定因素扰动造成煤岩层系统实时变化而无法进行自我迭代更新的功能，通过初始数据反馈和主动负反馈数据实现模拟要素对云模型的修正和提供实施数据。
[0110]
(7)应用现有云模型，基于云模型进行时序性云模拟
[0111]
具体地，运用熵权法确定整体赋权值，依据上述所得数据集无量纲处理得能量积累评估矩阵x＝(x
ij
)，确定第i个指标熵值ei和权重值wi，，其中x
ij
为第i个指标在j时序性时间内数据集数据，可得权重矩阵w＝{w1,w2…
wn}。
[0112]
具体地，构建煤岩体的云模型，云模型是提出的一种综合评价方法。依据建立煤岩层云模型u，利用反馈和负反馈数据确定局部区域均值地质因素、局部均值积聚能量因素和支护因素，进行整体赋权建立煤矿冲击地压危险评价模型，云模型有三个数字特征来表达其数学属性，分别是期望ex、熵en、超熵he，将实时数据上传进行模拟。进行赋权确定评价等级，从冲击地压发生入手，基于自适应性云模型，本实例中数据来源于冲击地压发生的积聚能量事件数据库，调用反馈初始数据集和负反馈数据集，应用最近发生冲击地压的积聚能量事件作为预测值，确定云模拟约束条件，约束条件包括历史积聚能量发生冲击地压数据和煤岩体的自身强度所能允许积聚能量的值，排除异常数值和上报云模型系统；
[0113]
在上述实施例的基础上，本实例中的研究方法为应用最大熵方法进行研究，最大熵原理进行谱分析实质是选择一种对应最随机或最不可预测的时间序列，而其自相关函数又与已知值相同，是一种非线性的谱分析方法。根据物理学的惯性定律，任何事物都有保持其当前状态的趋势，对于冲击地压事件的发生及积聚能量和其后积聚位置都有一定的趋向性，对于倾向性运用最大熵原理预处理数据，计算不同积聚能量发生冲击地压周期t，应用最大熵方法进行研究其中j是频率
△
t是离散序列的时间间隔(在等间隔序列中
△
t一般为1)，i是虚数，σ
m2
是预报误差的方差。最大熵谱法计算每日不同的积聚能量发生冲击地压周期t；
[0114]
在上述实例基础上，基于云模型进行时序性分析，对于冲击地压发生周期t，则存在整数k和时间值值at∈[0,t],有a＝at kt，将历史冲击地压发生能量积累数据集hd＝{(ai，bi)|a0≤ai≤kt}和当前能量积累趋势数据集cd＝{(ai，bi)|kt≤ai≤at}，将分割后数据进行逆向云化，得到到若干个准周期云和一个当前趋势云，分别表示历史积聚能量发生冲击地压规律和当前积聚能量发生冲击地压趋势，再通过云的算术运算规则将若干准周期云和当前趋势云进行叠加生成积聚能量发生冲击地压规律云，从而达到模拟预测冲击地压发生目的
[0115]
在上述实例基础上，为了准确的预测冲击地压发生的积聚能量，对冲击地压积聚能量历史事件数据集进行反馈修正，确定不同积聚小区域内能量ui，依据上述煤岩体积聚能量评估矩阵从而确定权数xi，即对不同条件下积聚能量致使冲击地压发生规律云进行n次运算，再进行加权平均，上述结果得到积聚能量迭代规律云，实现冲击地压
发生的积聚能量隐含数据特征规律显现。
[0116]
与现有技术相比，具体地，在监测预警冲击地压发生的积聚能量方面，构建煤岩体云模型，通过反馈数据和负反馈数据进行修正，该技术更具实用性和适应性，比传统的bp网络系统预测值的误差更小，并且通过云模拟可以实现多方向的实时预测，预估模拟区间可以由迭代进行预估确定，并实时通过负反馈模块修正，预估模拟区间可以反馈修正单片机静态阀值，使直接响应积聚能量的冲击地压预测发生，减少数据上传到处理再到反馈回来的时间，更迅速响应，云模型也可以对积聚能量的冲击地压区域内的风险等级评估等级，具有一定指导意义。
[0117]
(8)积聚能量发生冲击地压规律云对冲击地压进行预测
[0118]
具体地，应用积聚能量发生冲击地压规律云，进行云模拟，实现对危险区域的积聚能量发生冲击地压进行模拟预测，并对积聚能量的趋势进行判断，以此为依据来判断是否发生冲击地压；
[0119]
具体地，根据能量判断冲击地压发生等级原理，由积聚能量和极限储能量之比，k＝u/u0，其中u为积聚能量，u0为极限储能量,而发生冲击地压条件为：u》u
min
式中u
min
为岩层破坏时最小的破坏能；
[0120]
(9)按预估模拟和实时的积聚能量规划确定每个具体位置的响应预警值
[0121]
具体地，设定发生无冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│
rqi
│
，选定云模拟值显示结果范围中，当日内k《0.2,u《u
min
,云模拟积聚能量变化的模拟能量区间为|rqi|。
[0122]
具体地，设定发生弱冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│
rzi
│
，选定云模拟值显示结果范围中，当日内k＝0.2,积聚能量变化从u《u
min
到u＝u
min
，前百分比积聚能量的变化的预估模拟区间|rzi|。
[0123]
具体地，设定发生中冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│
ryi
│
选定云模拟值显示结果范围中，当日内k＝0.3,积聚能量变化从u《umin到u＝u
min
，前百分比积聚能量的变化的预估模拟区间|ryi|。
[0124]
具体地，设定发生强冲击地压危险能响应预警值的冲击事件的各位置预估模拟区间为
│
rxi
│
选定云模拟值显示结果范围中，当日内k》0.4,积聚能量变化从u《u
min
到u＝u
min
，前百分比积聚能量的变化的预估模拟区间|rxi|。
[0125]
另外，其中i为各空间位置i个积聚能量值，q、z、y、x代表无、弱、中、强危险等级。将上述所得各位置积聚能量进行响应等级划分；
[0126]
(10)效能指标检验
[0127]
具体地，冲击地压事件发生前对于冲击地压监测预警有效性的检验方法确定危险区域内，危险范围各位置具体区间预警效能指标包括概率增益(ga)、响应预警平均绝对百分比的误差、发震概率。
[0128]
在上述实例基础上，对各位置每一项具体区间预警效能指标同时满足概率增益大于一或越大，误差越小，发震概率大于随机预测概率则将效能指标应用，反之则不保留；
[0129]
(11)反馈响应监测预警系统
[0130]
具体地，监测实际储能量达预警系统响应该段危险区域巷道，灯光发生变化由绿、蓝、黄、红代表无、弱、中、强危险等级，响应于总监测云平台并该段危险区域发生预警声音；
[0131]
(12)响应消除方法
[0132]
本消除方法光纤反馈和超声波场负反馈定位，结合松动圈理论，先采用超前钻孔，再装药无声、无振、无有毒残留、无飞石、无冲击波的静态爆破剂，静态爆破提前释放应力，使能量积聚量始终小于最小破坏能量，改变煤体塑性等减少应力的积聚，再进行采取对应组合支护的方法，消除或降低局部高危区域的冲击威胁，上述方法步骤如下：
[0133]
①
云模拟定位一定范围能量积累量危险区域，依据积聚能量危险区域云模拟的岩层裂隙和走形，钻孔进行空间布置，指导选择钻孔角度和路径，角度考虑岩石节理等因素，小钻孔直径为36～42mm，大孔径70～115mm，其钻孔深度为云模拟积聚能量危险位置到巷道外壁深度。
[0134]
②
根据松动圈理论分析静态爆破剂要破碎范围和大小，并对装药孔深和孔径进行确定，确定装药钻孔深度采用经验公式l＝c
×
h，其中h为破碎厚度，c为孔深系数，装料孔径由需要单位装量来决定，装料孔深和孔径控制岩块破碎大小和走形；
[0135]
③
进行钻孔并清理钻屑，再对积聚能量危险位置依据装药钻孔孔深和孔径进行二次钻孔，装药转孔钻屑用高压风机长管吸尘清理，对装药钻孔进行注水降温，运用高压风机长管将剩余水吸出；
[0136]
④
待降温后，选择型号搅拌静态爆破剂配置，根据矿下环境温度，添加抑制剂量和药剂比水的比例，用于调整静态爆破时间，药量的经验公式有w＝(1 b)∑l
·
w,其中b为损耗率0.05～0.10，∑l为钻孔总长，w为该型号药剂单位长度钻孔破碎用药量，位于水平下方使用灰泵管道将糊状药剂注入装药钻孔，再进行压实黄泥密封，对位于巷道上方区域使用小于钻孔纤维袋装药，钻杆推入装药钻孔，压实再推入黄泥密封。
[0137]
⑤
静态爆破后，用超声波场负反馈煤岩层情况信息，检查药量是否残留，监测应力能量是否进行向深部弹性区围岩转移，并监测爆破后松动圈厚度；
[0138]
⑥
采取对应松动圈厚度范围的锚杆索组合进行加强支护，对静态爆破后钻孔内进行注浆加锚索支护，消除冲击地压同时达到有效支护作用；
[0139]
与现有技术相比，具体地，本技术通过负反馈修正云模拟定位能量集聚位置，上述位置也煤岩层实际应力集中区域，通过定位进行钻孔，根据松动圈厚度进行合理布置孔放静态爆破剂，静态爆破剂为无机物，使用过程中无声、无振动、无飞石、无毒气、无冲击波、无有害残留物，不会像传统火药爆破可能引起控制不当导致煤层内的瓦斯爆炸，或进行冲水而导致的煤层软化失稳，对于静态爆破具有可控制发生时间，控制破碎体的性质，通过定位可以有效进行钻孔确保准确度高，精准对冲击地压能量积聚区域进行放能释压。
[0140]
本发明进一步达的改进在于步骤9中效能指标检验计算如下：
[0141]
①
概率增益g(a)为：p(e
│
a)＝r/n；式中，p(e|a)为发震概率，p(e)为背景频率，g(a)》1时表明模型上有效的，g(a)越大，预警效能越高；
[0142]
②
平均绝对百分比误差(mape):式中yi表示实际值，表示预测值，n则表示值的个数，三个指标越小，说明预测模型拥有更好的精准度。
[0143]
③
发震概率计算公式如下：发震概率＝预测正确次数/(预测正确次数 预测失误次数)只要一个指标的发震概率大于随机预测的概率(即背景概率)，那么指标就有预测意
义，对其前兆判断是否与冲击地压有关系。
[0144]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。