岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 2839-2848.doi: 10.16285/j.rsm.2023.1607

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基于自动机器学习的岩爆烈度分级预测模型

贺隆平1,姚囝1,王其虎1,叶义成1,凌济锁2   

  1. 1. 武汉科技大学 资源与环境工程学院,湖北 武汉 430081;2. 湖北东圣化工集团东达矿业有限公司,湖北 宜昌 433000
  • 收稿日期:2023-10-25 接受日期:2024-02-02 出版日期:2024-09-06 发布日期:2024-09-03
  • 通讯作者: 姚囝,男,1987年生,博士,副教授,主要从事矿山灾害防控和采矿工艺方面的研究工作。E-mail: yaonan@wust.edu.cn
  • 作者简介:贺隆平,男,1998年生,硕士研究生,主要从事地下洞室岩爆预测和机器学习方面的研究工作。E-mail: 820557245@qq.com
  • 基金资助:
    湖北省重点研发计划项目(No.2020BCA082);湖北省安全生产专项资金科研项目(No.SJZX20211004)。

Rock burst intensity grading prediction model based on automatic machine learning

HE Long-ping1, YAO Nan1, WANG Qi-hu1, YE Yi-cheng1, LING Ji-suo2   

  1. 1. School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China; 2. Hubei Dongsheng Chemical Group Dongda Mining Co., Ltd., Yichang, Hubei 443000, China
  • Received:2023-10-25 Accepted:2024-02-02 Online:2024-09-06 Published:2024-09-03
  • Supported by:
    This work was supported by the Funding of the Hubei Province Key R&D Project (2020BCA082) and the Hubei Province Safety Production Special Fund Research Project (SJZX20211004).

摘要: 为了解决岩爆预测过程中人为因素影响过大与预测时间过长的问题,提出了一种基于自动机器学习的岩爆烈度分级预测模型。收集国内外岩爆案例样本构建数据,基于5个自动机器学习模型框架训练岩爆烈度分级预测模型,采用准确率、精确度、召回率、F1指标评价模型性能。与13种常见机器学习模型预测结果进行对比分析,得出AutoML框架构建的岩爆预测模型预测准确率远远高于13种传统机器学习算法构建的岩爆预测模型。其中,基于Auto-Sklearn框架构建的岩爆预测模型准确率高达0.969,基于Auto-Gluon框架构建的岩爆预测模型准确率在5个框架中最低,准确率也高达0.927。应用构建的模型预测晒旗河磷矿的岩爆发生情况,预测结果与现场情况一致,表明基于自动机器学习的岩爆烈度分级预测模型能够有效预测实际工程中的岩爆发生情况。

关键词: 岩爆, 烈度分级, 预测, 自动机器学习, 算法

Abstract: To address issues related to excessive human influence and prolonged prediction times in rockburst prediction, we propose a rockburst intensity classification prediction model based on automatic machine learning. This model is trained using five automatic machine learning frameworks and evaluated using metrics such as accuracy, precision, recall, and F1-score. Subsequently, we compare the performance of this trained model with results from thirteen common machine learning models. The model developed with the Auto-Sklearn framework achieved a high accuracy of 0.969, while the model created with the Auto-Gluon framework, although having the lowest accuracy among the five frameworks, still achieved an accuracy of 0.927. Rockburst prediction models constructed using AutoML frameworks significantly outperformed traditional machine learning algorithms. The Auto-Sklearn-based model exhibited the highest accuracy. In summary, the optimized model was applied to predict rockburst events at the Shaiqi River phosphate mine, and the predictions were consistent with the actual observations on-site. This indicates that the automatic machine learning-based model for rockburst intensity classification prediction can accurately predict rockburst incidents in real-world engineering settings.

Key words: rockburst, intensity grading, forecast, automatic machine learning, algorithm

中图分类号: TU452
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