• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
SMOGN过采样下导水裂隙带高度的MPSO-BP预测模型
  • 15
  • 作者

    刘奇 梁智昊 訾建潇

  • 单位

    山东科技大学能源与矿业工程学院山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室肥城矿业集团梁宝寺能源有限责任公司

  • 摘要
    【目的】导水裂隙带高度是顶板(涌)突水、地下水资源流失的重要影响因素之一,是矿井防治水研究的重点。【方法】为了准确地预测煤层顶板导水裂隙带高度,选取开采深度、开采高度、煤层倾角、工作面斜长、硬岩岩性比例系数和开采方法作为导水裂隙带高度的主要影响因素,搜集200例导水裂隙带高度实测样本作为模型数据集。首先,采用自适应高斯噪声过采样方法(synthetic minority over-sampling technique for regression with Gaussian noise,SMOGN)对原始数据集进行过采样,结合8折交叉验证,将平均绝对误差(EMA)、均方根误差(ERMS)和决定系数(R2)作为回归模型评价指标,确定最优的BP神经网络结构,然后采用变异粒子群优化算法(mutationparticleswarm optimization, MPSO),对神经网络的初始权值和阈值进行优化,最后将优化后的预测模型进行工程现场应用。【结果和结论】结果表明:该数据集下,BP神经网络采用Huber loss和Adam一阶优化算法,训练速度和稳定性均得到提升,最优激活函数为Tanh,最优隐层节点数为12。当MPSO种群数量为50时,模型性能最好,经过SMOGN过采样和MPSO超参数优化,最终训练集上EMA为0.163,ERMS为0.216,R2为0.948,验证集上EMA为0.260,ERMS为0.341,R2为0.901。在现场应用中模型预测的相对误差均在9%以下。表明创新地结合SMOGN过采样技术和MPSO超参数优化技术,显著提高了模型的稳定性和泛化性能,改善了样本分布特征,提高了样本利用效率和模型预测效果,对导水裂隙带高度模型的训练和预测具有一定的借鉴意义。
  • 关键词

    煤矿防治水回归过采样导水裂隙带高度预测变异粒子群算法模型优化

  • 引用格式
    刘奇,梁智昊,訾建潇.SMOGN过采样下导水裂隙带高度的MPSO-BP预测模型[J/OL].煤田地质与勘探,1-13[2024-11-19].http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1155.P.20241030.1354.002.html.
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