深部硬巖巖爆傾向性動態(tài)預測模型及其應用.pdf

1、巖爆傾向性預測是防治巖爆災害的基礎。根據(jù)預測結(jié)果及時進行巖石工程反饋設計并采取安全防治措施，對于深部硬巖開采和高應力地下工程的建設具有重要的理論意義與應用價值。論文針對巖爆傾向性預測方法的發(fā)展趨勢及現(xiàn)存的局限性，結(jié)合國家“十五”重點攻關項目“復雜難采深部銅礦床安全高效開采關鍵技術研究”之子項目—冬瓜山高應力開采巖爆預測預報研究，應用巖石工程系統(tǒng)理論和相關的數(shù)據(jù)挖掘技術，對深部硬巖巖爆傾向性動態(tài)預測模型及其應用價值展開了以下主要研究：

2、 (1)建立了巖爆傾向性動態(tài)預測的概念，從系統(tǒng)分析與系統(tǒng)控制的研究思路出發(fā)，提出了基于先驗信息和數(shù)據(jù)挖掘技術的巖爆傾向性動態(tài)預測研究方法并給出了其實現(xiàn)流程。 (2)引入巖石工程系統(tǒng)理論方法構(gòu)建工程巖爆傾向性的動態(tài)預測模型。以客觀存在或易于量測的工程地質(zhì)因素、工程環(huán)境因素和開挖因素作為系統(tǒng)輸入?yún)?shù)，通過構(gòu)造交互作用矩陣列舉巖爆傾向性的影響因素并研究其交互作用的機理，既可以實現(xiàn)深部硬巖巖爆傾向性的動態(tài)預測，又能夠分析各因素的相對

3、作用強度大小，進而確定巖爆啟動的主控因素。 (3)研究了基于改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡的巖爆動態(tài)預測模型實現(xiàn)方法。在深入研究BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法原理及神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)分析原理的基礎上，對整體相對作用矩陣的計算式進行改進，提出了(整體)相對作用強度的統(tǒng)一計算式(G)RSE；采用異變換函數(shù)法、動量法和自適應調(diào)整學習率等綜合方法對典型BP網(wǎng)絡進行改進，并應用于預測模型的交互作用矩陣編碼，豐富了巖石工程系統(tǒng)理論的編碼方式；推導了基于改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡的(整

4、體)相對作用強度(G)RSE的算法流程。 (4)以巖爆傾向性的主要影響因素作為輸入層，巖爆傾向性作為輸出層，構(gòu)建三層改進算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，對深部VCR法采場和冬瓜山深部巷道的巖爆傾向性進行預測和檢驗，同時，在選定樣本范圍內(nèi)，分別對這兩種情況下各因素的交互作用機理進行研究，確定了其相對作用大小、時空變異特性以及巖爆啟動的主控影響因素。 (5)應用模糊數(shù)學和模糊信息優(yōu)化的相關理論和方法，構(gòu)造了一種新的巖爆傾向性動態(tài)預測

5、模型，即模糊神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型，變傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡的點-點映射關系為集合-集合的映射關系，變典型的黑箱學習方式為被人容易接受的“IF-THEN”表達方法，同時充分利用模糊理論與神經(jīng)網(wǎng)絡融合于一體的強大優(yōu)勢，較好地解決了復雜條件下巖爆傾向性動態(tài)預測可能存在的矛盾樣本點帶來的網(wǎng)絡不收斂、小樣本情況下的信息不足以及知識表達困難的問題，拓展了巖爆傾向性動態(tài)預測模型的應用范圍。 (6)結(jié)合實例，研究了深部采場巖爆傾向性模糊神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的關鍵

6、環(huán)節(jié)實現(xiàn)方法。在缺少或無法得到更詳細資料的情況下，采用模糊C均值聚類和減法聚類相結(jié)合的分析方法對先驗信息進行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)函數(shù)隸屬程度的大小和聚類樣本的特性對各樣本的巖爆烈度進行較精細劃分；基于模糊信息優(yōu)化理論研究了各影響因素與采場巖爆傾向性之間的模糊關系；提出了一種新的多因素交叉作用下各因素的權重確定方法。 (7)應用所構(gòu)造的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡模型對深部采場實例的巖爆傾向性進行了預測和檢驗，預測結(jié)果表明該模型對于先驗信息的知識挖掘，