基于HMM的煤与瓦斯运动状态预测

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煤矿瓦斯预测与防治

煤矿瓦斯预测与防治煤矿瓦斯是煤矿开采过程中常见的一种危险气体。

瓦斯中含有大量的一氧化碳和甲烷等可燃气体，如果不及时排放和处理，可能会引发爆炸和突出等事故。

因此，煤矿瓦斯的预测与防治是煤矿安全工作的重要内容之一。

一、煤矿瓦斯预测方法煤矿瓦斯的预测是通过监测矿井气体的浓度和流量等指标来进行的。

常用的瓦斯预测方法有以下几种：1. 公式预测法：通过瓦斯浓度和矿井风速等参数之间的数学关系来预测瓦斯的产生和积聚状况。

这种方法简单易行，但精度较低，适用于一般矿井。

2. 统计学预测法：通过对历史瓦斯数据和矿井开采情况进行统计分析，推断瓦斯的分布规律和危险区域。

这种方法需要大量的数据和专业知识支持，适用于规模较大的矿井。

3. 传感器监测法：安装瓦斯传感器和风速传感器等监测设备，实时监测矿井气体的浓度和流动情况。

这种方法精度较高，能够及时发现异常情况，但设备成本较高，需要定期维护和校准。

二、煤矿瓦斯防治措施煤矿瓦斯的防治是通过采取一系列措施来降低瓦斯的产生和积聚程度，以保障矿工的安全。

常用的瓦斯防治措施有以下几种：1. 瓦斯抽放：通过安装抽排风机，将矿井内积聚的瓦斯及时抽放到地面或处理设备进行处理。

瓦斯抽放可以有效降低瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸和突出的风险。

2. 风流控制：合理设计和调整矿井通风系统，保证风量和风速的合理分配，防止瓦斯积聚和扩散。

同时，根据矿井的实际情况，合理设置风门、风帘等控制设施。

3. 安全监测：加强矿井的安全监测和预警系统，实时监测矿井气体浓度、温度、湿度等参数，及时发现瓦斯超标和异常情况。

同时，建立合理的应急预案，确保在紧急情况下能够及时采取行动。

4. 安全教育：加强矿工的安全教育和培训，提高他们对瓦斯危险的认识和应对能力。

教育矿工正确使用防护装备和设备，遵守安全操作规程，确保工作过程中的安全。

5. 技术改造：采用先进的矿井开采和瓦斯抽放技术，使煤矿的开采和瓦斯防治更加安全高效。

例如，采用液态氮冷却技术控制矿井温度，提高瓦斯抽放效果。

隐马尔科夫模型在体育竞技中的应用实践(七)

隐马尔科夫模型在体育竞技中的应用实践一、介绍隐马尔科夫模型隐马尔科夫模型（Hidden Markov Model, HMM）是一种用于对时间序列数据进行建模和预测的统计模型。

它是由Soviet mathematician Andrey Markov于20世纪初提出的，后来由Leonard E. Baum和其他科学家拓展和完善。

HMM被广泛应用于语音识别、自然语言处理、生物信息学等领域，并且在体育竞技中也有着重要的应用。

二、HMM在体育竞技中的应用1. 运动员状态预测在体育竞技中，运动员的状态（如疲劳、兴奋、专注等）对比赛结果有着重要的影响。

HMM可以通过分析历史比赛数据和运动员的生理指标，预测运动员当前的状态，进而指导教练制定训练和比赛策略。

2. 比赛结果预测体育竞技的结果往往受到众多因素的影响，包括运动员的表现、赛事的环境、对手的水平等等。

HMM可以对这些因素进行建模，从而帮助分析预测比赛结果。

例如，在足球比赛中，HMM可以考虑球队的历史表现、主客场优势、对手实力等因素，得出对比赛结果的预测。

3. 运动员能力评估HMM可以对运动员的能力进行量化评估。

通过对运动员比赛数据的分析，结合HMM的模型，可以得出运动员在不同方面的能力水平，为训练和选拔提供科学依据。

三、HMM在体育竞技中的案例分析1. 篮球比赛中的应用研究人员利用HMM对NBA比赛数据进行分析，发现在比赛的关键时刻，球员的状态转移会对比赛结果产生重要影响。

通过对比赛数据的建模和分析，他们提出了一种更科学的换人策略，取得了较好的效果。

2. 足球运动员状态预测在一项研究中，科学家利用HMM对足球运动员的生理数据进行分析，发现在比赛中，运动员的状态变化与比赛结果密切相关。

基于这一发现，他们提出了一种针对不同状态的训练策略，帮助运动员提高竞技表现。

3. 棒球比赛结果预测研究人员使用HMM对棒球赛事的历史数据进行分析，发现投手的状态变化与比赛结果有关。

煤与瓦斯突出预测方法

煤与瓦斯突出预测方法作者：肖维信周景武来源：《中国科技博览》2014年第08期[摘要]防治瓦斯突出技术方法瓦斯地质法简单统计法综合分析法无线电波透视技术等有效的防治了瓦斯突出[关键词]煤矿瓦斯突出预测方法中图分类号：TD712一、瓦斯地质法地质构造，特别是对矿区或矿井总体上起控制作用的断层及褶皱，往往对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响。

国内外大量资料证明，地质构造与突出关系非常密切。

大多数突出的发生与构造有关，综合分析各方面的资料，从地质力学观点来看，构造区内突出危险性相对较大的部位是：构造体系的复合部位，弧形构造的弧顶部位，褶曲构造的扭褶部位，多种构造体系的交汇部位，压扭性断裂所夹的断块，以及旋扭构造的收敛端等。

（1）简单统计法瓦斯地质统计法就是利用地质构造对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响的特点进行区域预测，是根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与突出分布的规律，划分出突出危险区域与突出威胁区域。

a、在上水平发生过一次突出的区域，下水平的垂直对应区域划分为突出危险区；b、根据上水平突出点分布与地质构造的关系，确定突出点距构造线两侧的最远距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布，按照上水平构造线两侧的最远距离线向下推测下水平或下部采区的突出危险区域；c、未划定的其他区域为突出威胁区。

（2）综合分析法由中国科学院地质研究所主持承担（焦作矿院、重庆大学、中国科学院声学研究所、中国科学院上海技术物理所、南桐矿务局等参与承担）的国家重点科技攻关项目“煤与瓦斯突出的综合治理”以地质为基础，以岩体工程地质力学理论为指导，对突出危险性区域预测技术进行了比较系统的研究。

a.从沉积地球化学的角度，利用同位素分析、煤成气能力的热解、穆斯堡尔效应试验、镜煤反射率测定、扫描电镜、红外光谱以及X衍射等技术，从煤的变质作用、瓦斯运移和聚集的沉积环境、瓦斯生成的热解及其与粘土矿物变质作用的关系等方面研究煤层烃类物质的组成、状态、成因、分布、储集运移及其与煤和瓦斯突出的关系。

煤与瓦斯突出接触式预测有钻屑指标法

煤与瓦斯突出接触式预测有钻屑指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法和R值指标法等。

这些预测指标或方法在我国绝大矿井得到广泛应用，但也存在一定的局限性。

主要体现在两个方面：一是预测深度浅，需要频繁预测，采掘循环进尺较短，严重影响采掘进度，不适应当前机械化高强度连续采掘的需要；二是不同煤层对各预测指标的敏感性不一样，其突出临界值也不全相同。

若临界值确定得偏安全，则增加防突工程量，经济上不合理；若临界值确定得偏经济，安全可靠性就降低。

根据煤与瓦斯突出的综合作用假说，煤层瓦斯含量是瓦斯突出的直接控制因素。

只有达到一定的瓦斯含量，煤层才具有突出的可能性。

近年来，煤层瓦斯含量作为突出危险性预测指标越来越得到国内外的关注。

澳大利亚已将该指标应用到防突预测工作中，我国湖南涟绍、四川南桐、河南焦作等矿区也先后进行过煤层瓦斯含量法突出危险性预测。

我们在卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术的基础上，开发了井下煤层瓦斯含量快速测定装置。

该装置通过快速测定突出煤层的瓦斯含量及其突出敏感性，确定相应的临界值，从而判断测定区域煤层有无突出危险性。

可用于井下直接测定煤层原始含量、煤层原始可解吸瓦斯含量，从而为瓦斯涌出量预测、突出危险性预测、预抽瓦斯效果评价及瓦斯地质图编制等提供科学依据。

井下煤层瓦斯含量快速测定装置具有以下特点：取样装置适用广泛，受现场施工和生产条件影响小；∙测定时间短，小于1小时；∙预测深度大（最大可达50m以上）；∙测定工程量小，测定成本低廉，可进行大量测点测量；∙测定的可靠性和准确率较高。

装置构成：1.井下取芯与瓦斯解吸系统取芯装置种类：双管单动取芯、冷却液单筒取芯、泄压密闭取芯取芯深度：30~50m正常解吸装置井下直接粉碎解吸装置（测常压可解吸瓦斯含量）2.地面瓦斯解吸系统地面瓦斯解吸装置（真空脱气、恒温加热）水分测定装置气体成分测定装置。

矿井瓦斯涌出量预测论

平煤三矿十采区瓦斯涌出量预测摘要: 通过对平煤三矿的实际考察,收集了该矿大量的瓦斯资料和地质资料，经过整理分析得到各种地质条件、各种开采条件下的实际瓦斯涌出量。

同时结合已学的瓦斯基本理论，根据瓦斯原始含量、矿井开拓方式、煤层赋存及煤质、煤层瓦斯含量分布规律等条件，运用分源法对该矿十采区瓦斯涌出量进行预测；通过对本采区的瓦斯涌出量预测对该采区的通风设计,瓦斯抽放设计与瓦斯管理提供技术支持，对该矿瓦斯防治工作具有一定的指导意义。

关键词: 瓦斯含量平煤三矿分源预测法瓦斯涌出量THE NO.3 MINE OF PINGMEI GROUP THE NO.10 PICK AREA GASTO WELL UPAbstract: Through to the even coal three ores actual inspections, has collected this ore massive gas material and the geological data, obtains under each geological condition, each kind of mining condition actual gas after the reorganization analysis wells up the out put. Simultaneously unifies already study the gas elementary theory, according to the gas primitive content, the mine pit development way, the coal bed tax saves and the anthrax, condition and so on coal bed gas content distribution rule, the utilization device source law ten picks the area gas to this ore to well up the output to carry on the forecast; Through to this picks the area the gas to well up the output to forecast to should pick the area to ventilate the design, the gas pulls out puts the design and the gas management provides the technical support, has the certain instruction significance to this ore gas preventing and controlling work.Key word: The gas content even;the NO.3 mine of pingmei group ; device sources pre-measurement; gas wells up the output目录1绪论 (1)1.1国内概况 (1)1.2瓦斯涌出量预测的方法 (2)1.2.1矿山统计法 (2)1.2.2瓦斯含量法 (2)1.2.3分源计算法 (2)1.2.4类比法 (2)1.2.5综合法 (2)2 矿井概况 (4)2.1交通位置` (4)2.2地形与气候 (4)2.3矿井开拓方式 (4)2.3.1井田边界 (4)2.3.2矿井开拓方式 (4)2.3.3采煤方法 (6)2.3.4采区布置 (6)2.3.5掘进方式 (6)2.4通风方式 (6)2.5煤层赋存与煤质 (6)2.5.1煤层 (6)2.5.2煤质牌号及工业分析指标 (7)2.5.3煤质物理性质 (7)2.6井田地质构造 (8)3 瓦斯含量分布规律 (10)3.1地勘瓦斯含量可靠性评价 (10)3.2煤层瓦斯含量分布规律 (11)4 矿井瓦斯涌出量预测 (13)4.1煤层瓦斯来源 (13)4.2煤层瓦斯赋存状态 (14)4.3影响煤层瓦斯含量的主要因素 (14)4.3.1煤层的埋藏深度 (14)4.3.2煤层和围岩的透气性 (14)4.3.3煤层倾角 (15)4.3.4煤层露头 (15)4.3.5地质构造 (15)4.3.6煤化程度与煤的吸附性 (16)4.3.7煤系地层的地质史 (16)4.3.8水文地质条件 (17)4.4 矿井瓦斯涌出量 (17)4.4.1矿井瓦斯涌出量定义分类 (17)4.4.2影响矿井瓦斯涌出量的因素 (18)4.5 瓦斯涌出量预测方法及参数取值 (20)4.5.1矿山统计法 (20)4.5.2煤层瓦斯含量法 (22)4.5.3综合预测法 (22)4.5.4类比法 (23)4.5.5瓦斯涌出量预测法的选择 (24)4.5.6分源计算法 (24)4.6 瓦斯涌出量预测条件及预测结果 (30)4.6.1 回采工作面预测条件及结果 (30)4.6.2 掘进工作面瓦斯涌出量预测条件及结果 (31)4.6.3 采区不同生产时期的瓦斯涌出量预测条件及结果 (31)5 结论与建议 (33)6 致谢 (34)7 参考文献 (35)1绪论1.1国内概况我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，最高年产达13.7亿吨，在一次能源消费结构中，煤炭占到70%以上，预计到2050年还将占50%以上。

★★★★广发证券-投资策略-探寻西蒙斯投资之道：基于HMM模型的周择时策略研究-罗军[1].pdf

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目录索引
量化投资专题报告
HMM 与量化投资：探寻西蒙斯投资之道.................... 3
投资流派的分类：判断型 V.S 量化型、技术型 V.S 基本面型 3 西蒙斯的主要应用工具之一——隐马尔科夫模型（HMM）..... 3
算法和结果分析 ...................................... 12
两类波动模式下的择时策略及交易结果................... 12 三类波动模式下的择时策略及交易结果................... 13
总结 .............................................. 15
HMM 模式识别模型的优势：动态刻画价量推动的过程
股价的变化来自于未知力量的价量推动，推动的完成其需要一个动态的过程，而HMM在描述该过程的动态变化方面相对其他模式识别工具具备明显的优势，这也正是我们采用HMM尝试对股价预测的原因。本文将 HMM 模型应用到我国股市的预测中，通过对股票数据序列的模式识别来对股市每周趋势进行预测。我们将股票的未来走势分别划分为两种（涨、跌）和三种（涨、跌、平）状态，把股市的波动预测转化为分类问题，并通过 HMM 模型进行识别。
李明研究助理
电话：020-87555888-687 eMail: lm8@
蓝昭钦研究助理
电话：020-87555888-667 eMail：lzq3@
隐马尔科夫模型（HMM）是西蒙斯大奖章基金的主要工具之一

煤与瓦斯突出假说

对煤与瓦斯突出机理的研究对于煤与瓦斯突出机理研究，国内外近年来已有很大进展，通过观测不少关于煤与瓦斯突出事件，积累了大量的突出纪录,并总结了防治突出的经验和教训，并提出了许多假说，1认为瓦斯是诱发煤与瓦斯突出的主要原因这类假说认为煤内存储的高瓦斯是突出中起主要作用的因素。

在这类假说中提出了“瓦斯包”的概念，。

它认为在煤层中存在着瓦斯压力和瓦斯含量比邻近区域高得多的煤窝，即瓦斯包，并且认为“瓦斯包”在突出过程中占有主要地位。

该假说认为在瓦斯包附近其煤质松软，孔隙与裂隙发育,且被透气性差，因此具有较强的存储瓦斯能力，当巷道揭穿“瓦斯包”时，在瓦斯压力作用下将松软的煤窝破碎并抛出，从而诱发突出。

在抚顺煤研分院王佑安的煤与瓦斯突出模拟实验中，当瓦斯压力为零即不存在瓦斯的情况下，即便地应力再大也不会发生突出。

在金洪伟煤与瓦斯突出发展过程的实验中，在只有瓦斯压力的作用下，煤块周围瓦斯压力的突然卸载瞬间会出现喷出雾状煤尘的现象，虽然会媒体表面出现碎粒迸出甚至整体断裂，但不会出现强烈的粉化破坏。

2化学本质说化学本质说主要包括：“爆炸的煤说”、“重煤（原子量13）说”、“地球化学说”、“硝基化合物说”。

该类别假说应用较少。

3认为地应力是诱发诱发煤与瓦斯突出的主要原因该假说认为煤体局部地应力增大时诱发突出的主要原因，并且认为构造应力占主导地位，其中包括残余构造应力说和现在构造应力说以及应力集中说。

残余构造应力说认为在地质构造形成以后，虽然经历的很长的时间，但还会有残余的部分构造应力，其值要远大于自重应力，一旦经过采掘作业，残余构造应力所引起的巨大弹性能会突然释放诱发突出。

但在漫长的地质年代中，残余构造应力是否能保存下来还未有定论，所以又有人提出了现代构造应力说，即认为现代构造应力大的区域即为突出危险区域。

另有人认为在采掘工作面前方存在着应力集中,当厚层顶板悬顶过长或突然冒落时，可能产生附加的集中应力。

在集中应力作用下，煤发生破坏和破碎时,会伴随大量瓦斯涌出而构成突出。

煤层瓦斯实用动力学方程及其有限元解法

V
d
X t
dV
为准平衡状态下控制体内微孔和小孔单位时间解
吸出的瓦斯质量 , kg /s; t 为时间 , s; X 为单位体积
煤体内吸附瓦斯体积 ,无因次 .
由 Gauss定理 ,
dn qdA =
A
V
(dq) dV
=
(d
V
式中 , 为哈密顿算子 .
q+ q
d) dV , ( 2)
把式 ( 2)代入方程 ( 1)并考虑到控制体 V 的任
系数 , Pa- 1 .
按朗缪尔吸附式和瓦斯含量系数法吸附式分
别有
X t
=
ab ( 1+ bp ) 2
p t
,
X t
=
a 2p
p t
.
( 6)
游离瓦斯在中孔、大孔和裂隙中流动服从达西
渗流定律 [ 4, 5]
- q=
1 _
K
p,
( 7)
式中 , _ 为瓦斯动力粘度 , kg /( m s) ; K为煤层渗
的可信数据 ,可以间接得出原始煤层的一些物理参数 ,包括随时间变化的参数 ,例如渗透系数 .而这些物理参数较难通过采集煤样在实验室准确测定 .
3 煤层瓦斯实用动力学方程
由上述分析和质量守恒原理 ,对于煤层中任意控制体 ,有
-
dn qdA -
A
V
d
X t
dV
=
t
nddV , ( 1)
V
式中 , - dn qdA 为单位时间流入控制体的游 A
图 1 单元和结点剖分 Fig. 1 The units and the nodes
计算中取初始煤层瓦斯压力为 6. 0 M Pa ,煤层

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ｃｏａ＿１ａｎｄｇａ８ｍｏｔｉｏｎｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＨＭＭ．Ｔｒａｉｎｉｎｇｉｎｓｔａｎｃｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈ
ｏｆｔｈｅｎｏｎ — ｃｏｎｔａｃｔｄｙｎａｍｉｃｉｎｄｅｘ，ａｎｄｃｏａｌａｎｄｇａｓｍｏｖｅｍｅｎｔｓｔａｔｅｗａｓｏｕｔｐｕｔａｓｉｍｐｌｉｃｉｔｖａｉｒａｂｌｅ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ
（１．太原理工大学矿业工程学院，山西太原０３００２４；２．山西大同大学工学院，山西大同０３７００３）摘要：介绍了隐马尔科夫模型（ＨＭＭ），并将该理论引入到煤与瓦斯运动状态预测的研究中，以工作面瓦斯浓度正常
关键词：隐马尔科夫模型；预报度；煤与瓦斯突出；危险性预测中图分类号：ＴＤ７１３文献标志码：Ａ文章编号：２０９５－４２７１（２０１５）０４－０５０７０－５
ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｃｏａｌａｎｄｇａｓｍｏｖｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＨＭＭｓｔａｔｅ
ｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｆａｃｔｏｓｒｗｅｒｅｉｎｐｕｔａｓｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｖａｒｉａｂｌｅ：ｎｏｒｍｓｏｆｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
介绍了隐马尔科夫模型hmm并将该理论引入到煤与瓦斯运动状态预测的研究中以工作面瓦斯浓度正常值c瓦斯浓度峰值p峰值浓度与正常值之比b两次采掘前后峰值浓度之比p的非接触式动态指标作为观察变量输入煤与瓦斯的运动状态作为隐含变量输出基于hmm提出一种新的预测煤与瓦斯运动状态的方法通过实例训练预测预测结果与实际监测趋势一致且能实现提前预报
Ｊｕ１．２０１５
Ｖｏ１．４１Ｎｏ．４
第４１卷第４期
ｄｏｉ：１０．１１９２０／ｘｎｍｄｚｋ．２０１５．０４．０２２
基于ＨＭＭ的煤与瓦斯运动状态预测
朱帅，李长龙，吴世跃
２０１５年７月
西南民族大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏｒＮａｔｉｏｎｌａｉｔｉｅｓ（ＮａｔｕｒｌａＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
值ｃ、瓦斯浓度峰值Ｐ、峰值浓度与正常值之比Ｂ、两次采掘前后峰值浓度之比Ｐ的非接触式动态指标作为观察变量
输入，煤与瓦斯的运动状态作为隐含变量输出，基于ＨＭＭ提出一种新的预测煤与瓦斯运动状态的方法，通过实例训练预测，预测结果与实际监测趋势一致，且能实现提前预报．
ｐｅａｋ，ｐｅｋａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｎｏｒｍａｌｖａｌｕｅ，ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｗｏｐｅａｋｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｘｉＤａｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｔｏｎｇ０３７００３，Ｐ．Ｒ．Ｃ．）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｈｉｄｄｅｎＭａｒｋｏｖｍｏｄｅｌ（ＨＭＭ）ａｎｄｕｓｅｓｔｈｅｔｈｅｏｒｙｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｃｏｌａａｎｄｇａｓｍｏｔｉｏｎｐｒｅｄｉｅ —
ＺＨＵＳｈｕａｉ，ＬＩＣｈａｎｇ．１ｏｎｇ，ＷＵＳｈｉ．ｙｕｅ

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｐ．Ｒ．Ｃ．；