一種煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，它包括通過處理用戶輸入的數(shù)據(jù)或者調(diào)用相關(guān)知識(shí)庫中的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖穩(wěn)定性的分類與評估的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)；基于系統(tǒng)內(nèi)部知識(shí)庫內(nèi)的樣本巷道訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立訓(xùn)練模型實(shí)現(xiàn)該巷道的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)；根據(jù)錨桿支護(hù)參數(shù)智能能匹配子系統(tǒng)得到的錨桿支護(hù)參數(shù)基于懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論、能量理論進(jìn)行理論驗(yàn)算，自動(dòng)對各種支護(hù)方案進(jìn)行分析，以選取滿足巷道圍巖變形要求的支護(hù)方案作為最優(yōu)支護(hù)方案推薦給用戶的支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)。本系統(tǒng)有效地保證了錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的科學(xué)性與合理性，提高了錨桿支護(hù)系統(tǒng)的可靠性，促進(jìn)了我國煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的健康發(fā)展。
【專利說明】一種煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于煤礦巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，我國高產(chǎn)高效工作面越來越多，產(chǎn)量大幅度增長。煤礦采掘支護(hù)是十分重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。錨桿技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及到設(shè)計(jì)、施工、支護(hù)材料、實(shí)測技術(shù)手段等各個(gè)方面。錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)是錨桿支護(hù)工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到錨桿支護(hù)工程的質(zhì)量優(yōu)劣、是否安全可靠以及經(jīng)濟(jì)是否合理等重要問題。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，支護(hù)工程設(shè)計(jì)中各種參數(shù)的選擇、巖體及巖石各種性質(zhì)的近似描述，支護(hù)效果的最終評價(jià)都依賴專家的經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人的知識(shí)水平，由于無法用定量或統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)做判據(jù)，不免帶有較大的隨意性和盲目性，如果錨桿支護(hù)形式和參數(shù)選擇不合理，往往會(huì)造成兩種極端，要么巷道支護(hù)強(qiáng)度不夠，不能有效控制圍巖變形，進(jìn)而導(dǎo)致巷道出現(xiàn)冒頂片幫等事故；要么巷道支護(hù)強(qiáng)度太高不僅浪費(fèi)支護(hù)材料，而且降低了巷道掘進(jìn)速度，嚴(yán)重影響了礦井經(jīng)濟(jì)效益的提高。加強(qiáng)科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)信息資源的管理，加快信息化的建設(shè)，對于煤炭企業(yè)的高效、安全生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)的影響和巨大的作用。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用知識(shí)的普及，把計(jì)算機(jī)知識(shí)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，具有極其重要的理論意義和生產(chǎn)實(shí)踐意義。
[0003]煤炭系統(tǒng)由于生產(chǎn)的特殊性，在計(jì)算機(jī)方面技術(shù)的應(yīng)用和其它行業(yè)相比，還是比較落后的。在我國礦山生產(chǎn)的第一線的許多單位，技術(shù)工作仍是采用傳統(tǒng)的人海戰(zhàn)術(shù)和手工勞動(dòng)，不僅浪費(fèi)大量的技術(shù)力量，而且不宜進(jìn)行科學(xué)管理。因此，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行煤礦生產(chǎn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的開發(fā)是現(xiàn)代化煤礦必須首先解決的問題。
[0004]目前的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)操作繁瑣，需要用戶輸入的參數(shù)過于繁雜、過于專業(yè)，很多數(shù)據(jù)一般生產(chǎn)現(xiàn)場難以獲得，且要求用戶具有較高的專業(yè)水平。這樣就限制了此類系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種智能化煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，它包括，
[0007]巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)，其通過處理用戶輸入的數(shù)據(jù)或者調(diào)用相關(guān)知識(shí)庫中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖穩(wěn)定性的分類與評估；
[0008]錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)，其通過運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，基于系統(tǒng)內(nèi)部知識(shí)庫內(nèi)的樣本巷道訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立訓(xùn)練模型，用戶提供的巷道的具體相關(guān)參數(shù)后實(shí)現(xiàn)該巷道的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配；
[0009]支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)，其根據(jù)所述的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)得到的錨桿支護(hù)參數(shù)基于懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論進(jìn)行理論驗(yàn)算，并調(diào)入數(shù)值模擬模塊，自動(dòng)進(jìn)行FLAC3D建模、模擬、優(yōu)化處理，自動(dòng)對各種支護(hù)方案進(jìn)行分析，以選取滿足巷道圍巖變形要求的支護(hù)方案作為最優(yōu)支護(hù)方案推薦給用戶。
[0010]優(yōu)化地，所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)導(dǎo)入的樣本數(shù)據(jù)，依據(jù)基于等價(jià)關(guān)系的模糊聚類法自動(dòng)完成樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理、標(biāo)準(zhǔn)化、加權(quán)、標(biāo)定、聚類處理，并根據(jù)用戶選擇或者系統(tǒng)自動(dòng)判斷將樣本巷道進(jìn)行分類，給出聚類中心。
[0011]優(yōu)化地，所述的系統(tǒng)巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)內(nèi)部創(chuàng)建有一套基礎(chǔ)樣本數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)化地，所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)選定頂板強(qiáng)度、兩幫強(qiáng)度、底板強(qiáng)度、巷道埋深、直接頂初次垮落步距、頂高比、煤柱寬度、最大水平主應(yīng)力等參數(shù)作為巷道圍巖穩(wěn)定性分類與評價(jià)指標(biāo)，用戶輸入新掘巷道的與上述參數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)基于模糊綜合評判方法對該巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評判，得到該巷道的圍巖穩(wěn)定性類別。
[0013]優(yōu)化地，所述的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)，其將用于巷道圍巖穩(wěn)定性所需的參數(shù)進(jìn)行巷道參數(shù)的預(yù)測并運(yùn)算，所述的運(yùn)算包括先對樣本數(shù)據(jù)及支護(hù)參數(shù)知識(shí)庫進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到優(yōu)化后的權(quán)值及閥值，而后將已輸入的待預(yù)測參數(shù)，與權(quán)值、閥值進(jìn)行計(jì)算，得到系統(tǒng)預(yù)測的支護(hù)基本參數(shù)值。
[0014]優(yōu)化地，所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)與錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)以及支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)作為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)整體使用，一次性且系統(tǒng)地完成巷道的圍巖穩(wěn)定性分類、錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配、支護(hù)方案智能優(yōu)化工作。
[0015]優(yōu)化地，所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)與錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)以及支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)根據(jù)用戶的實(shí)際情況分別獨(dú)立。
[0016]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本系統(tǒng)利用智能專家系統(tǒng)對錨桿支護(hù)進(jìn)行定量分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地保證了錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的科學(xué)性與合理性，提高了錨桿支護(hù)系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了錨桿支護(hù)的效益最大化，提高支護(hù)安全，從根本上改變了目前我國錨桿支護(hù)廣泛采用的工程類比法的缺點(diǎn)和局限性，促進(jìn)了我國煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)和數(shù)字礦山的發(fā)展。系統(tǒng)建立基于相關(guān)專家、8大礦區(qū)典型案例“專家級(jí)”知識(shí)庫以提供參考數(shù)據(jù)供用戶調(diào)用，使得用戶在只輸入較少、實(shí)際可獲得數(shù)據(jù)的前提下就可以滿足錨桿設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)需求；系統(tǒng)秉承了簡約的界面設(shè)計(jì)，“傻瓜式”的操作模式，易于掌握和使用；智能化方案決策，提高支護(hù)設(shè)計(jì)合理性和生產(chǎn)管理規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)化；內(nèi)容豐富的“專家級(jí)別”巷道支護(hù)知識(shí)庫，有效保障支護(hù)方案決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性；人性化和靈活的原始參數(shù)輸入和選擇機(jī)制，真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)用、可用、能用、易用的開發(fā)目標(biāo)；完善的使用說明和幫助系統(tǒng)，有效提高技術(shù)人員設(shè)計(jì)水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1是本發(fā)明的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)流程圖；
[0018]附圖2是本發(fā)明的巷道圍巖指標(biāo)獲取與相應(yīng)穩(wěn)定性分類系統(tǒng)流程圖；
[0019]附圖3是本發(fā)明的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)流程圖；
[0020]附圖4是本發(fā)明的支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)流程圖；【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0022]本發(fā)明的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，如圖1所示，其包括巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性子類系統(tǒng)、錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)、支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)。具體如下:
[0023] 一、巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)
[0024]如圖2所示，在巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)中，系統(tǒng)選定了頂板強(qiáng)度σ w、兩幫強(qiáng)度。胃、底板強(qiáng)度。、巷道埋深H、直接頂初次垮落步距L、頂高比N、煤柱寬度B、最大水平主應(yīng)力011等8個(gè)參數(shù)作為巷道圍巖穩(wěn)定性分類與評價(jià)指標(biāo)。用戶可以通過操作界面輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)同時(shí)也通過調(diào)研分析、整理收集相關(guān)資料在內(nèi)部自帶有圍巖物理力學(xué)參數(shù)知識(shí)庫、地應(yīng)力知識(shí)庫等知識(shí)庫，以便用戶在難以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)參考選用。
[0025]子系統(tǒng)初始使用時(shí)需要導(dǎo)入一定數(shù)量的典型巷道樣本以完成圍巖穩(wěn)定性分類工作。系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)導(dǎo)入的樣本數(shù)據(jù)，依據(jù)基于等價(jià)關(guān)系的模糊聚類法自動(dòng)完成樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理、標(biāo)準(zhǔn)化、加權(quán)、標(biāo)定、聚類等處理，并可以根據(jù)用戶選擇或者系統(tǒng)自動(dòng)判斷將樣本巷道進(jìn)行分類，并給出聚類中心。系統(tǒng)內(nèi)部也有一套基礎(chǔ)樣本，以便用戶在難以獲得樣本時(shí)調(diào)用。
[0026]在完成分類工作后，用戶輸入新掘巷道的8個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)基于模糊綜合評判方法對該巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評判，得到該巷道的圍巖穩(wěn)定性類別。
[0027]具體處理方式為:
[0028](一 )巷道圍巖穩(wěn)定性聚類
[0029]1.輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0030]將輸入η條巷道樣本的信息，每條巷道8個(gè)指標(biāo)，分別為頂板強(qiáng)度σ w、兩幫強(qiáng)度σ A!、底板強(qiáng)度。--、巷道埋深H、直接頂初次垮落步距L、頂高比N、煤柱寬度B、最大水平主應(yīng)力oh。則即為一個(gè)nX8的矩陣。
[0031]數(shù)據(jù)的預(yù)處理:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:它包括， 巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)，其通過處理用戶輸入的數(shù)據(jù)或者調(diào)用相關(guān)知識(shí)庫中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖穩(wěn)定性的分類與評估； 錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)，其通過運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，基于系統(tǒng)內(nèi)部知識(shí)庫內(nèi)的樣本巷道訓(xùn)練練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立訓(xùn)練模型，用戶提供的巷道的具體相關(guān)參數(shù)后實(shí)現(xiàn)該巷道的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配； 支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)，其根據(jù)所述的錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)得到的錨桿支護(hù)參數(shù)基于懸吊理論、給合梁理論、組合拱理論進(jìn)行理論驗(yàn)算，并調(diào)入數(shù)值模擬模塊，自動(dòng)進(jìn)行FLAC3D建模、模擬、優(yōu)化處理，自動(dòng)對各種支護(hù)方案進(jìn)行分析，以選取滿足巷道圍巖變形要求的支護(hù)方案作為最優(yōu)支護(hù)方案推薦給用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)導(dǎo)入的樣本數(shù)據(jù)，依據(jù)基于等價(jià)關(guān)系的模糊聚類法自動(dòng)完成樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理、標(biāo)推化、加權(quán)、標(biāo)定、聚類處理，并根據(jù)用戶選擇或者系統(tǒng)自動(dòng)判斷將樣本巷道進(jìn)行分類，紿出聚類中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的系統(tǒng)巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)內(nèi)部創(chuàng)建有一套基礎(chǔ)樣本數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)選定頂板強(qiáng)度、兩幫強(qiáng)度、底板強(qiáng)度、巷道埋深、直接頂初次垮落步距、頂高比、煤柱寬度、最大水平主應(yīng)力等參數(shù)作為巷道圍巖穩(wěn)定性分類與評價(jià)指標(biāo)，用戶輸入新掘巷道的與上述參數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)基于模糊綜合評判方法對該巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評判，得到該巷道的圍巖穩(wěn)定性類別。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的錨桿支護(hù)參數(shù)智能能匹配子系統(tǒng)，其將用于巷道圍巖穩(wěn)定性所需的參數(shù)進(jìn)行巷道參數(shù)的預(yù)測并運(yùn)算，所述的運(yùn)算包括先對樣本數(shù)據(jù)及支護(hù)參數(shù)知識(shí)庫進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到優(yōu)化后的權(quán)值及閥值，而后將已輸入的待預(yù)測參數(shù)，與權(quán)值、閥值進(jìn)行計(jì)算，得到系統(tǒng)預(yù)測的支護(hù)基本參數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)與錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)以及支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)作為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)整體使用，一次性且系統(tǒng)地完成巷道的圍巖穩(wěn)定性分類、錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配、支護(hù)方案智能優(yōu)化工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巷錨桿支護(hù)自動(dòng)智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的巷道圍巖指標(biāo)獲取與穩(wěn)定性分類子系統(tǒng)與錨桿支護(hù)參數(shù)智能匹配子系統(tǒng)以及支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化子系統(tǒng)根據(jù)用戶的實(shí)際情況分別獨(dú)立。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103984788SQ201310746911
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】馬鑫民, 王茂源, 楊仁樹, 欒利建, 萬為民, 陳凱 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)