首页|期刊导航|辽宁工程技术大学学报(自然科学版)|基于XGBoost-LSTM的光纤监测巷道变形预测

基于XGBoost-LSTM的光纤监测巷道变形预测OA

XGBoost-LSTM based prediction of tunnel deformation from optical fiber monitoring

中文摘要英文摘要

针对近距离煤层开采过程中,遗留煤柱下区段煤柱变形导致巷道稳定性差的问题,采用分布式光纤植入区段煤柱内部的监测方式,对5个监测孔位的多时段实测应变数据进行系统化与归一化处理.采用滑动窗口构建训练样本,并结合网格搜索方法调优超参数,搭建一种结合极端梯度提升(XGBoost)与长短期记忆网络(LSTM)的矿压显现集成预测模型.研究结果表明:该模型在多个监测点上的决定系数R2达到0.922,均方根误差降至4.215,平均绝对误差降至2.135,显著优于单一模型(XGBoost、LSTM、随机森林)的预测精度、稳健性与泛化能力.研究结论揭示了二次采动条件下煤柱的水平应变分布规律,为区段煤柱变形预测提供参考.

To address the problem of roadway instability caused by deformation of sectional coal pillars beneath remnant pillars during close-distance coal seam mining,a distributed optical fiber sensing method was employed by embedding fibers inside the coal pillars.Strain data from five monitoring boreholes were systematically processed and normalized.A training dataset was constructed using a sliding-window approach,and hyperparameters were optimized via grid search to develop an integrated mine pressure prediction model combining XGBoost(Extreme Gradient Boosting)and LSTM(Long Short-Term Memory)algorithms.The results show that the proposed model achieves a coefficient of determination(R²)of 0.922,with the root mean square error(RMSE)reduced to 4.215 and the mean absolute error(MAE)lowered to 2.135,demonstrating superior prediction accuracy,robustness,and generalization compared with single models such as XGBoost,LSTM,and random forest(RF).The research conclusion reveals the horizontal strain distribution law of coal pillar under the condition of secondary mining,and provides reference for the deformation prediction of section coal pillar.

杨健锋;雒可;柴敬;张丁丁;景超;刘永亮

西安科技大学 能源与矿业工程学院,陕西 西安 710054||西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西 西安 710054西安科技大学 能源与矿业工程学院,陕西 西安 710054西安科技大学 能源与矿业工程学院,陕西 西安 710054||西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西 西安 710054西安科技大学 能源与矿业工程学院,陕西 西安 710054||西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西 西安 710054西安科技大学 能源与矿业工程学院,陕西 西安 710054华北科技学院 矿山安全学院,河北 廊坊 065201

矿业与冶金

分布式光纤煤柱内部变形集成预测超参数优化误差分析

distributed optical fiberinternal deformation of coal pillarsensemble predictionhyperparameter optimizationerror analysis

《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 2026 (1)

17-24,8

国家自然科学基金青年科学基金项目(52004203)廊坊市科学技术研究与发展计划项目(2024013023)中央高校基本科研业务费资助项目(3142024012)

10.11956/j.issn.1008-0562.20250378

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