【正文】 地質(zhì)條件 ⑴ 采煤方法，短壁體系采煤法因采掘巷道多，巷道交叉多、遺留煤柱多，易形成多多處支撐壓力疊加而引發(fā)沖擊地壓。采掘順序，采掘順序不當(dāng)，相鄰區(qū)段追逐回采，以及采場形狀不規(guī)則或留下待采煤柱時(shí)，都會(huì)增大集中應(yīng)力，造成發(fā)生沖擊地壓的條件。3 ）應(yīng)力區(qū)巷道變形特征 巷道圍巖的應(yīng)力分布和其本身的穩(wěn)定性與巷道斷面形狀。地應(yīng)力測量和數(shù)值計(jì)算來確定應(yīng)力集中區(qū)和應(yīng)力分布狀態(tài)。巖性不同則巖石力學(xué)性質(zhì)不同。如下表： 表11 煤層頂板巖體巖性類型[7]頂板巖體巖性類型K值/%主要巖性硬質(zhì)巖體≥65砂巖，粉砂巖和石灰?guī)r中硬巖體35～65粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖和泥巖軟質(zhì)巖體35泥巖，粉質(zhì)泥巖和煤層當(dāng)K值大于或等于65%時(shí)，反映在頂板巖體中硬質(zhì)巖石主要部分，說明硬質(zhì)巖石厚度增大或?qū)訑?shù)增多，在構(gòu)造應(yīng)力作用下或在采動(dòng)影響下頂板巖體的力學(xué)性質(zhì)主要由這些硬脂巖石所決定。）粘聚力μPa彈性模量μPa泊松比1中粗粒砂巖361042砂質(zhì)泥巖195663泥巖182614煤184805砂泥巖互層184806細(xì)砂巖364107粉砂巖208718斷層破裂帶介質(zhì)91310 頂板穩(wěn)定性評價(jià)煤炭科學(xué)院北京開采研究所，中國礦業(yè)大學(xué)等34個(gè)單位，根據(jù)350個(gè)工作面的礦山壓力觀測資料，于1981年提出了〈〈緩傾斜煤層工作面的頂板分類方案〉〉，這一方案被煤炭工業(yè)部采用為部頒試用方案。巖層厚度在2～5米以上。C1值可按測量所得的節(jié)理列席間距b，然后查表32得出；C2值可按測量所得的分層厚度h，然后查表33得出。在生產(chǎn)實(shí)踐中我們可以利用表11來判斷頂板的巖性；根據(jù)巖性對比表21,22所示的巖石強(qiáng)度來確定頂板的穩(wěn)定性，因?yàn)閹r石強(qiáng)度值也是決定頂板穩(wěn)定性的因素之一。下面將分別就影響圍巖穩(wěn)定性的各種因素進(jìn)行討論。決定圍巖巖石的強(qiáng)度和變形特征的主要因素是巖石的巖性。 巖體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)面性質(zhì) 巖體是一種地質(zhì)介質(zhì)，在它的形成過程中以及在以后的億萬年時(shí)間內(nèi)，大都經(jīng)歷過許多次強(qiáng)烈程度不同的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。 地應(yīng)力 巖體中任何一點(diǎn)都受到力的作用，處于受力狀態(tài)。它主要由自重應(yīng)力、現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力和殘余構(gòu)造應(yīng)力等應(yīng)力分量疊加綜合而成。另外，在用現(xiàn)代的數(shù)值計(jì)算方法來分析洞室穩(wěn)定性時(shí)，沒有地應(yīng)力的參數(shù)，也無法得出任何有意義的結(jié)果。 工程因素 工程因素主要是指巖洞的方向、規(guī)模、形態(tài)、施工方法、支護(hù)形式及其它工程活動(dòng)的影響等等。許多圍巖失穩(wěn)和破壞現(xiàn)象往往要經(jīng)過一段時(shí)間才開始顯現(xiàn)，有的是開挖后幾天，而有的是幾個(gè)月甚至幾年到幾十年后才發(fā)生。如開洞后溫度、濕度的變化，氣流及地下水的風(fēng)化侵蝕作用，施工爆破的沖擊振動(dòng)作用或機(jī)械振動(dòng)引起的疲勞作用等都可以逐漸或大大地削弱圍巖的剛度和強(qiáng)度，從而導(dǎo)致圍巖變形的增加、塑性或松動(dòng)破裂區(qū)的擴(kuò)大等。而對于軟弱巖體且地應(yīng)力較大者，則主要取決于巖石本身的強(qiáng)度及變形特性[11]。BP算法是適合多層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的有導(dǎo)師條件的一種學(xué)習(xí)，它是建立在梯度下降法的基礎(chǔ)上的。這一特性給非線性控制問題帶來新的希望。 BP網(wǎng)絡(luò)模型一、 結(jié)構(gòu)[13]BP網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由輸入層、隱層和輸出層組成。圖為一個(gè)典型的三層BP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 所示。 誤差進(jìn)入平坦區(qū)另外，在BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程中，有時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)誤差在一定時(shí)間內(nèi)的減少極度緩慢，但是的確是在減少。 第五章 需求分析要實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件系統(tǒng)首先應(yīng)該進(jìn)行需求分析，這樣才能令設(shè)計(jì)出的軟件滿足用戶的要求。用戶可以將井下監(jiān)測到的數(shù)據(jù)輸入這個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，從而判斷出煤礦頂板的穩(wěn)定性。2）網(wǎng)絡(luò)模型的檢驗(yàn)樣本集：可以查詢網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)樣本并且看到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測結(jié)果。6）屏幕報(bào)警：工程人員可以根據(jù)系統(tǒng)報(bào)警做出相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生，確保礦井的安全。另外，根據(jù)各種典型的學(xué)習(xí)規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程，用MATLAB編寫出各種網(wǎng)絡(luò)權(quán)值訓(xùn)練的子程序。為此，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)初始化處理到結(jié)論評價(jià)輸出的一系列功能，包括數(shù)據(jù)優(yōu)化、模型建立、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果處理輸出等。 模型建立通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和權(quán)值等模型參數(shù)，并存儲(chǔ)于模型庫中。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是否得當(dāng)，直接影響訓(xùn)練時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)性能。我們以徐州礦務(wù)局張集礦為例。對輸入變量中的定性變量的處理方法是采用數(shù)量化理論中的二態(tài)變量取值法，即用“0”和“1”來表示某種屬性的“無”和“有”。按照《沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定》中的要求，工作地區(qū)按照沖擊危險(xiǎn)程度分為三級：Ⅰ級—嚴(yán)重沖擊危險(xiǎn)區(qū)；Ⅱ級—中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)；Ⅲ級—無沖擊危險(xiǎn)區(qū)。輸出層有2個(gè)輸出神經(jīng)元，與輸出變量—沖擊地壓危險(xiǎn)性的兩個(gè)子變量相對應(yīng)。 鑒于只含一個(gè)隱層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能解決模式識別問題，故這里不再對網(wǎng)絡(luò)的隱層層數(shù)選擇作進(jìn)一步探討，本文只對含一個(gè)隱層的三層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行討論。因此BP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有一個(gè)最佳隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)。 初步確定網(wǎng)絡(luò)的模型綜上所述，我們將這個(gè)BP 網(wǎng)絡(luò)模型定義為只含有一個(gè)隱含層的三層網(wǎng)絡(luò)模型。輸出層有2個(gè)輸出神經(jīng)元，與輸出變量—沖擊地壓危險(xiǎn)性的兩個(gè)子變量相對應(yīng)。～。前兩種為非線性函數(shù)，分別將x(,+)的輸入壓縮為y[0,1]和y[1,1]的輸出。 網(wǎng)絡(luò)的建立BP網(wǎng)絡(luò)生成函數(shù)newff：它是用來生成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行初始化，可以確定網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、每層中的神經(jīng)元數(shù)和變換函數(shù)。tansig39。traingdm39。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱提供的初始化函數(shù)及調(diào)用格式為：net = init(net)。 網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練為了應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在選定所要設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)后，（其中包括的內(nèi)容有網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)、每層所含神經(jīng)元的個(gè)數(shù)和神經(jīng)元的激活函數(shù)），首先應(yīng)考慮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程。使用批處理模式不需要為每一層的連接權(quán)值和閾值設(shè)定訓(xùn)練函數(shù)，而只需為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)指定一個(gè)訓(xùn)練函數(shù)，使用起來相對方便，而且許多改進(jìn)的快速訓(xùn)練算法只能采用批處理模式。 設(shè)置期望誤差最小值=。 設(shè)置動(dòng)量參數(shù)%網(wǎng)絡(luò)是批處理動(dòng)量下降法net=train(net,pn,tn)。 網(wǎng)絡(luò)的仿真通過函數(shù)sim實(shí)現(xiàn)，它根據(jù)已訓(xùn)練號的網(wǎng)絡(luò)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真計(jì)算。我們采用附加動(dòng)量法來改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 ，其參數(shù)有：訓(xùn)練次數(shù)epochs、誤差函數(shù)指標(biāo)goal、學(xué)習(xí)速率lr、動(dòng)量因子mc（）、訓(xùn)練步長show。如果學(xué)習(xí)速率小，那么在訓(xùn)練時(shí)權(quán)值的修改比較小，收斂的速度慢，但是輸出會(huì)較平滑的向期望輸出靠近。然而，通過大量的識別訓(xùn)練，我們發(fā)現(xiàn)很難確定一個(gè)從始至終都合適的學(xué)習(xí)速率。本文采用了自適應(yīng)改變學(xué)習(xí)速率的方法。對于一個(gè)具體網(wǎng)絡(luò)都存在一個(gè)合適的學(xué)習(xí)速率。下面給出在相同情況下，當(dāng)分別采用單一學(xué)習(xí)速率（）和自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率是，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間的比較。當(dāng)然，還有歸一化與輸出數(shù)據(jù)的還原等。 頂板穩(wěn)定性分析系統(tǒng)仿真平臺(tái)。 圖81濺射界面 圖82 主窗體界面 影響煤層穩(wěn)定性參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示選擇菜單項(xiàng)“煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)結(jié)果表”后，仿真平臺(tái)將彈出下面的窗口。用戶從樣本數(shù)據(jù)記錄集中選擇一組樣本數(shù)據(jù)的同時(shí)，上部可以實(shí)時(shí)地顯示預(yù)測頂板的各種參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練結(jié)果將24組樣本分成穩(wěn)定（0,1）、中等穩(wěn)定（1,0）和不穩(wěn)定（1，1）三個(gè)等級。圖87顯示了當(dāng)用戶輸入完參數(shù)后，仿真平臺(tái)將彈出網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測結(jié)果。這里就不再詳細(xì)說明。無論是從窗口還是從預(yù)測結(jié)果圖中，都可以看到這個(gè)圍巖是不穩(wěn)定的。選擇完成后點(diǎn)擊查詢按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一條SQL的select語句然后執(zhí)行該語句將結(jié)果存放在下方的表格中。但是VB的數(shù)值計(jì)算能力不是很強(qiáng)，而由美國MathWorks公司推向市場的Matlab軟件恰好彌補(bǔ)了這一缺陷。 要實(shí)現(xiàn)VB應(yīng)用程序與Matlab的接口，也就是說實(shí)現(xiàn)VB應(yīng)用程序與Matlab間的數(shù)據(jù)交換，要先了解Matlab輸入、輸出的方法。⑵ 由于VB應(yīng)用程序在前臺(tái)運(yùn)行，因此可在應(yīng)用程序中調(diào)用Winadows API函數(shù)Winexec來啟動(dòng)Matlab。他包括自動(dòng)化服務(wù)器和自動(dòng)化控制器。例如：Private Sub Command1_Click() Dim Matlab As Object Dim Result As String 39。delete(gct)”) 39。GetFullMatrix([in]BSTR Name,[in]BSTR Workspace,[in,out] SAFEARRAY(double)*pr,[in,out] SAFEARRAY(double)*pi).該方法將指定的Matlab工作空間中的一個(gè)一維或二維數(shù)組送到VB 程序中，Name指定了Matlab中的矩陣變量名，Workspace指定了該矩陣所在的工作空間，pr和pi分別是數(shù)組的實(shí)部和虛部，實(shí)部和虛部被分別存放到兩個(gè)單獨(dú)的Double型數(shù)組中。訓(xùn)練結(jié)束后，將仿真輸出再反映射到原數(shù)據(jù)范圍。訓(xùn)練是應(yīng)該用歸一化滯后的數(shù)據(jù),即:net = train(net,pn,tn)。anew = postmnmx(anew,mint,maxt). 繪制BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練圖 　仿真數(shù)據(jù)的圖形化市廣大科技工作者研究問題所部可缺少的手段，在MATLAB中，用函數(shù)plot(x,y)可以實(shí)現(xiàn)繪制二維曲線，用函數(shù)mesh(x,y,z)可以實(shí)現(xiàn)繪制三維曲線。程序?qū)崿F(xiàn)如下：figure。m*39。畫出網(wǎng)格線xlabel(39。輸出樣本值39。)。1 0：中等穩(wěn)定39。hold on。這個(gè)式子來表示網(wǎng)絡(luò)的期望輸出，如果t1＝0，t2＝1，那么t5＝1；如果t1＝1，t2＝0，那么t5＝10。程序?qū)崿F(xiàn)如下：figure。)。Ytick39。plot(x,1)。樣本個(gè)數(shù)39。)。legend(39。,0)。⑵　將深入實(shí)際所得的重要影響參數(shù)加入系統(tǒng)，如支護(hù)布局，開采深度，開采過程中的巖體等，構(gòu)成多判據(jù)系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。⑸ 本系統(tǒng)可推廣到隧道、地下建筑等穩(wěn)定性預(yù)測預(yù)報(bào)領(lǐng)域。因?yàn)榫垲惛拍钤从凇皵?shù)據(jù)挖掘”中的數(shù)據(jù)組織及壓縮領(lǐng)域。她教會(huì)我如何去做學(xué)問和研究，對我來講這是非常寶貴的財(cái)富。參考文獻(xiàn)[1]張吉軍，2004,23（4）：1～2 [2]邱秀梅，（自然科學(xué)報(bào)）,2002,33(1):62～65[3]張洪，鄒樂君，2002,38（6）：63～65[4]朱向彩，（自然科學(xué)版）, 2003,22(2):60～62[5]鄒艷榮. ，1998,8（3）：16～19[6] 彭蘇萍，:地質(zhì)出版社，2002年 88～95[7]張先塵，. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2003年，186～188[8]張先塵， 2003,6 . 15～23[9]彭蘇萍，—，2002,7. 200~207. 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