基于TFSA-Net的采空区瓦斯体积分数预测模型

摘要

采空区是煤矿瓦斯多发区，瓦斯体积分数受顶板垮落、裂隙发育、通风扰动等因素影响，呈现复杂的时频-空间耦合特性，而传统模型很难准确预测出瓦斯体积分数特征，预测精度较低，抗干扰能力不强。为了解决此问题，构建基于时频空间注意力网络（TFSA-Net）的采空区瓦斯体积分数预测模型。首先，通过小波包分解获得瓦斯体积分数信号的时频特征，使用空间注意力模块获取采空区不同监测区域的空间关联，利用时序建模模块获取浓度序列的长周期时间依赖；其次，改进模型结构和超参数，设计数据预处理工艺；最后，以某矿301采空区为工程背景，进行了对比实验。结果表明，TFSA-Net模型能够有效抵抗顶板垮落、通风波动等因素对采空区瓦斯体积分数的影响，有效捕捉采空区瓦斯体积分数的时频空间演化规律，为采空区瓦斯体积分数精准预测和灾害预警提供可靠的支持，满足采空区工况的复杂应用。

关键词

瓦斯体积分数预测 / 采空区 / TFSA-Net / 小波包分解 / 时序建模

基金资助

应急管理部重点科技计划项目（2024EMST070703）; 重庆市自然科学基金面上项目（STB2025NSCG-GPX0099）; 中煤科工集团重庆研究院有限公司创新引导项目（2025YBXM39）