本發(fā)明涉及地下煤炭開采安全生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種用于直接頂板穩(wěn)定性的預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
：近年來隨著煤炭產(chǎn)量的大幅提高，開采中的災(zāi)害事故也頻頻發(fā)生，煤礦安全變得越來越重要。直接頂板是工作面空間直接維護控制的對象，其完整程度及運動特征將直接影響回采工作面的安全。回采工作面直接頂板是影響工作面安全的重要因素，對直接頂板穩(wěn)定性分類可以確定采場的支架類型，選取科學(xué)合理的支架參數(shù)。針對穩(wěn)定性不同的各類直接頂采取不同的支架，確定科學(xué)合理的支護參數(shù)是保證工作面安全生產(chǎn)的有效途徑，因此對于尚未開采的工作面采用技術(shù)手段對其進行穩(wěn)定性分類，對于安全生產(chǎn)意義重大。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于直接頂板穩(wěn)定性的預(yù)測方法，為煤礦現(xiàn)場直接頂板控制設(shè)計提供參數(shù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明方案包括：一種用于直接頂板穩(wěn)定性的預(yù)測方法，其包括以下步驟：A、將直接頂板類型分為極不穩(wěn)定頂板、復(fù)合頂板、中下穩(wěn)定頂板、中上穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板與非常穩(wěn)定頂板這六個類型；B、獲取多組直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)，從中選取部分直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為輸入向量，建立貝斯分類器預(yù)測模型，將剩余的直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入上述貝斯分類器預(yù)測模型進行處理得到相應(yīng)結(jié)果，將相應(yīng)結(jié)果與上述六個類型相對應(yīng)。所述的預(yù)測方法，其中，上述步驟B中的指標(biāo)數(shù)據(jù)包括直接頂板抗壓強度、直接頂板強度指數(shù)、綜合弱化常量與弱化系數(shù)。所述的預(yù)測方法，其中，上述步驟B中建立貝斯分類器預(yù)測模型的步驟具體的包括：上述選取部分直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，剩余的直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為待測樣本；將上述選取部分直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入式(1)進行歸一化處理，其中：xij是歸一化前測試樣本，sij是歸一化后測試樣本；min(xj)是原始測試樣本中的最小值；max(xj)是原始測試樣本中的最大值；將歸一化處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入式(2)進行離散化處理，得到訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)；其中：zij為離散化后樣本，min(sj)為歸一化后測試樣本的最小值，max(sj)為歸一化后測試樣本的最大值，Q為步長,Q由下式所得：通過上述訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)建立上述貝斯分類器預(yù)測模型。所述的預(yù)測方法，其中，上述步驟B中具體的還包括：統(tǒng)計上述訓(xùn)練樣本數(shù)S、類別為Ci的訓(xùn)練樣本數(shù)Si、第k個屬性Ak等于xk且類別為Ci的訓(xùn)練樣本個數(shù)Sik，然后通過式(4)與式(5)獲得直接頂板穩(wěn)定等級；其中：Sc為所有分類數(shù)量，Sk表示訓(xùn)練樣本中第k個屬性取值數(shù)目；然后通過式(6)預(yù)測對應(yīng)訓(xùn)練樣本X的類型分類結(jié)果：本發(fā)明提供的一種用于直接頂板穩(wěn)定性的預(yù)測方法，具有算法簡單，操作方便，邏輯清晰，容易實現(xiàn)；并且分類過程中時間、空間范圍小，適用于小樣本實例，分類性能穩(wěn)定，對于不同類型的數(shù)據(jù)分類效果影響不大，即模型適應(yīng)性比較好，預(yù)測準(zhǔn)確率達到88.89％以上，能非常準(zhǔn)確的為煤礦現(xiàn)場直接頂板控制設(shè)計，比如直接頂板支架選型、支架阻力確定等設(shè)計提供準(zhǔn)確而詳盡的參數(shù)。附圖說明圖1為本發(fā)明中預(yù)測方法的示意圖。具體實施方式本發(fā)明提供了一種用于直接頂板穩(wěn)定性的預(yù)測方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種用于直接頂板穩(wěn)定性的預(yù)測方法，如圖1所示的，其包括以下步驟：步驟101:將直接頂板類型分為極不穩(wěn)定頂板、復(fù)合頂板、中下穩(wěn)定頂板、中上穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板與非常穩(wěn)定頂板這六個類型；步驟102：獲取多組直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)，從中選取部分直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為輸入向量，建立貝斯分類器預(yù)測模型，將剩余的直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入上述貝斯分類器預(yù)測模型進行處理得到相應(yīng)結(jié)果，將相應(yīng)結(jié)果與上述六個類型相對應(yīng)。更進一步的，上述步驟102中的指標(biāo)數(shù)據(jù)包括直接頂板抗壓強度、直接頂板強度指數(shù)、綜合弱化常量與弱化系數(shù)。在本發(fā)明的另一較佳實施例中，上述步驟102中建立貝斯分類器預(yù)測模型的步驟具體的包括：上述選取部分直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，剩余的直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為待測樣本；將上述選取部分直接頂板之測試樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入式(1)進行歸一化處理，其中：xij是歸一化前測試樣本，sij是歸一化后測試樣本；min(xj)是原始測試樣本中的最小值；max(xj)是原始測試樣本中的最大值；將歸一化處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入式(2)進行離散化處理，得到訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)；其中：zij為離散化后樣本，min(sj)為歸一化后測試樣本的最小值，max(sj)為歸一化后測試樣本的最大值，Q為步長,Q由下式所得：通過上述訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)建立上述貝斯分類器預(yù)測模型。更進一步的，上述步驟102中具體的還包括：統(tǒng)計上述訓(xùn)練樣本數(shù)S、類別為Ci的訓(xùn)練樣本數(shù)Si、第k個屬性Ak等于xk且類別為Ci的訓(xùn)練樣本個數(shù)Sik，然后通過式(4)與式(5)獲得直接頂板穩(wěn)定等級；其中：Sc為所有分類數(shù)量，Sk表示訓(xùn)練樣本中第k個屬性取值數(shù)目；然后通過式(6)預(yù)測對應(yīng)訓(xùn)練樣本X的類型分類結(jié)果：為了更進一步的描述本發(fā)明之預(yù)測方法，以下列舉更為詳盡的實施例進行說明。實施例1本實施例涉及的預(yù)測方法，其具體步驟如下：(1)直接頂穩(wěn)定性數(shù)據(jù)處理①獲取樣本數(shù)據(jù)：選取直接頂穩(wěn)定性的影響因素4個，統(tǒng)計部分礦井的直接頂穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，形成樣本數(shù)據(jù)；在本實施例中選擇34個樣本數(shù)據(jù)。②對樣本數(shù)據(jù)的各樣本中的影響指標(biāo)數(shù)據(jù)進行歸一化處理，得到訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，為下面的離散化處理所使用；其中，xij是歸一化前樣本，sij是歸一化后樣本；min(xj)是原始樣本中的最小值；max(xj)是原始樣本中的最大值。③對歸一化處理后的樣本數(shù)據(jù)進行離散化處理，得到訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)；其中，zij為離散化后樣本，min(sj)為歸一化后樣本的最小值，max(sj)為歸一化后樣本的最大值，Q為步長,如下式(3)所示：(2)基于貝葉斯分類器對直接頂穩(wěn)定性進行預(yù)測：①模型的建立：選擇直接頂板的抗壓強度、直接頂板強度指數(shù)、綜合弱化常量、弱化系數(shù)這四個指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)作為貝葉斯分類器模型的輸入向量，同時，將煤層直接頂板穩(wěn)定性等級分為極不穩(wěn)定頂板、復(fù)合頂板、中下穩(wěn)定頂板、中上穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板與非常穩(wěn)定頂板等六個等級：②預(yù)測模型訓(xùn)練：將樣本數(shù)據(jù)進行了歸一化、離散化處理，作為預(yù)測模型的訓(xùn)練樣本：③預(yù)測模型檢驗：檢驗直接頂穩(wěn)定性的預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，一般從混淆矩陣和節(jié)點錯誤率兩個方面來對比分析。(3)直接頂板穩(wěn)定性預(yù)測與分析①利用貝葉斯公式法進行預(yù)測：第一步：對提供的34組樣本數(shù)據(jù)進行歸一化、離散化處理；第二步：統(tǒng)計出訓(xùn)練樣本的個數(shù)S、類別為Ci的樣本數(shù)Si、第k個屬性Ak等于xk且類別為Ci的訓(xùn)練實例樣本個數(shù)Sik；第三步：分別計算：式(4)與式(5)中，Sc為所有分類數(shù)量，Sk表示訓(xùn)練樣本中第k個屬性取值數(shù)目。第四步：利用分類器：通過式(6)得出預(yù)測實例樣本X的歸屬分類結(jié)果。②利用weka軟件進行直接頂穩(wěn)定性預(yù)測；③預(yù)測結(jié)果分析對比。實施例2本實施例按照實施例1的步驟收集某典型礦井的直接頂穩(wěn)定性樣本數(shù)據(jù)，見表1，表1為礦井的直接頂板穩(wěn)定性樣本數(shù)據(jù)表。表1：為了保留數(shù)據(jù)的完整性和有效性，需要對樣本數(shù)據(jù)進行歸一化處理。為了使數(shù)據(jù)處理更加方便，將“抗壓程度”記作“X1”、“強度指數(shù)”記作“X2”、“綜合弱化常量”記作“X3”、“弱化系數(shù)”記作“X4”和“煤層直接頂板穩(wěn)定程度”記作“Y”。歸一化處理后的結(jié)果如表2所示，表2為歸一化結(jié)果。表2：表2就是25組訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)歸一化之后的結(jié)果，最后保存成.arff格式文件，為下面的離散化處理所使用。為了更高抽象層次的離散數(shù)據(jù)值，能夠更好的建立模型，我們下面還需要對訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)進行離散化處理。表3為表2數(shù)據(jù)的離散化結(jié)果。表3:表3是訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)離散化結(jié)果，保存為.arff文件。下面利用ULtraEdit軟件對離散化樣本數(shù)據(jù)進行編輯處理，使之得到更加清晰方便的離散化數(shù)據(jù)，為屬性約簡提供了便利的條件。在ULtraEdit中打開離散化樣本數(shù)據(jù)(.arff文件)，將“-inf-0.333333”、“0.333333-0.666667”、“0.666667-inf”三段分別替換為0、1、2。編輯完成后，就可以得到更加清晰方便的離散化結(jié)果，如表4所示，表4為編輯后的離散結(jié)果。表4通過weka軟件(WaikatoEnvironmentforKnowledgeAnalysis：懷卡托智能分析環(huán)境)來檢驗基于貝葉斯分類器的直接頂穩(wěn)定性預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，分別從混淆矩陣和節(jié)點錯誤率兩個方面：混淆矩陣表5為節(jié)點錯誤率表5平均絕對誤差均方根誤差相對絕對誤差相對平方根誤差10.4％17.96％49.5677％59.428％由前面得知，我們選用34組訓(xùn)練樣本中的25組作為訓(xùn)練樣本，第26-34共9組作為待測樣本。煤層直接頂板穩(wěn)定性等級分為六級，類別記為Y＝{Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6}＝{極不穩(wěn)定頂板,較不穩(wěn)定頂板,中下穩(wěn)定頂板，中上穩(wěn)定頂板，穩(wěn)定頂板，非常穩(wěn)定頂板}，屬性記為X＝{X1,X2,X3,X4}＝{直接頂抗壓強度、直接頂強度指數(shù)、綜合弱化常量、弱化系數(shù)}。對于直接頂抗壓強度(X1)、直接頂強度系數(shù)(X2)、綜合弱化常量(X3)、弱化系數(shù)(X4)共四個數(shù)值型屬性我們進行歸一化、離散化處理后分為三段，分別用(X11，X12，X13)、(X21，X22，X23)、(X31，X32，X33)、(X41，X42，X43)表示直接頂抗壓強度、直接頂強度系數(shù)、綜合弱化常量、弱化系數(shù)的三個級別。因此訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)如表6所示，表6為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。表6由貝斯分類器預(yù)測模型分別計算煤層直接頂板穩(wěn)定程度等級發(fā)生概率P(Yi)及P(Yi)的后驗概率，由上述得到的概率，結(jié)合貝斯分類器預(yù)測模型，我們對第26-34組待測樣本進行煤層直接頂板穩(wěn)定性預(yù)測，得到9組待測樣本的預(yù)測結(jié)果如表7所示。表7將前面利用貝斯分類器預(yù)測模型的結(jié)果與實際情況的結(jié)果相比較，表8為預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果對比表。表8通過分析上述實施例可知，預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果基本相同，預(yù)測的正確率達88.89％。由此可以得出，本發(fā)明的預(yù)測方法具有較好的預(yù)測結(jié)果，能為煤礦現(xiàn)場直接頂板控制設(shè)計提供準(zhǔn)確而詳盡的參數(shù)。當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護。當(dāng)前第1頁1 2 3