基于LBA-BP的矿井瞬变电磁法岩层富水性的定量预测研究

程久龙¹，赵家宏²，董毅¹，董倩芸¹

1. 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

摘 要：作为巷道超前探测主要方法的矿井瞬变电磁法,目前仅能通过视电阻率来定性评价掘进工作面前方岩层富水性相对强弱。为了实现岩层富水性的定量预测,依据阿尔奇公式建立掘进工作面前方岩层富水性不均匀的数学模型,通过全空间三维时域有限差分（FDTD）数值模拟结果提取预测所用特征,根据所选特征与岩层富水性相关的地质参数确定富水性预测神经网络的结构。采用具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法优化BP神经网络（LBA-BP）进行了富水性预测的仿真测试和现场试验。在仿真测试中,为接近实际情况,在数值模拟结果中加入了不同程度的噪声,对比测试结果发现尽管预测误差随噪声的增大而明显波动,但岩层孔隙度和含水饱和度预测的均方误差均不超过1%,预测准确度处在一个较高的水平。在现场试验中,根据现场地质资料划分富水性评价分级标准,由预测结果和视电阻率解释结果可以看出,LBA-BP预测方法对巷道前方岩层富水性的预测准确度要明显优于常规视电阻率解释方法。研究结果表明:感应电动势、采样时间、视电阻率、探测距离和对数坐标下的感应电动势衰减速率可作为岩层富水性预测所用特征,LBA-BP方法结合相应特征可以实现岩层富水性定量预测,提高了矿井瞬变电磁法对岩层富水性的解释精度。

关键词：矿井瞬变电磁法;超前探测;特征提取;富水性预测;LBA-BP神经网络;