基于Lyapunov指数的煤巷围岩混沌变形速度预测与支护优化

该篇文章《锚杆支护煤巷围岩变形速度的混沌预测研究》发表于2014年的采矿与安全工程学报，作者刘学生、谭云亮和宁建国来自山东科技大学矿业与安全工程学院。论文针对煤巷围岩在锚杆支护下的非线性变形特性，采用了混沌理论中的最大Lyapunov指数来分析其动态行为。 文章的核心内容是建立了一种新的预测方法，即基于围岩变形速度时间序列重构的递进预测和非递进预测模型。通过对木城涧煤矿+250m水平北石门三槽西四壁工作面中平巷两帮的移近速度进行实际预测，发现围岩变形速度具有混沌特性，这种特性在两帮变形速度上尤为明显，相比于顶底板变形速度，其混沌度更高。混沌预测的结果显示出良好的拟合效果，预测误差相对较小，这为理解围岩动态稳定性提供了有力工具。 在具体方法上，递进预测相较于非递进预测表现出更好的预测性能，其最大可预测的时间尺度达到45天，平均误差仅为10.99%。这意味着通过递进预测可以更准确地预估未来的围岩变形情况，这对于矿井安全管理至关重要。 最后，作者将递进预测的成果应用到实际的围岩补强支护措施中，得到了令人满意的实践效果。这表明混沌预测方法不仅理论上有价值，而且在工程实践中也具有很高的实用性和指导意义。 这篇论文为煤巷围岩的动态监控和支护策略优化提供了科学依据，对于提升矿产开采过程中的安全性具有重要意义。同时，它展示了混沌理论在工程领域的应用潜力，为未来相关领域的研究提供了新的视角和方法论。