專利名稱：一種煤礦巷道錨桿支護(hù)智能設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法，特別是一種煤礦巷道錨桿支護(hù)智能 設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
錨桿支護(hù)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(cè)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?jī)?yōu)劣、 是否安全可靠以及經(jīng)濟(jì)是否合理等重要問題。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，即要么巷道支護(hù)強(qiáng)度不夠，不能有效控制圍巖的變形，進(jìn)而導(dǎo)致巷道出現(xiàn) 冒頂偏幫等事故；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。我國煤礦每年掘進(jìn)巷道總長(zhǎng)度達(dá)千萬米，但是由于煤礦工程地質(zhì)條件以及生產(chǎn)技 術(shù)條件的復(fù)雜性，巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)一直存在著很大的問題，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法廣泛地采 用工程類比分析法，這種設(shè)計(jì)方法缺乏有效的技術(shù)手段去從根本上定量地計(jì)算分析錨桿支 護(hù)的一些關(guān)鍵性的技術(shù)問題，譬如，在支護(hù)設(shè)計(jì)上無法定量的考慮地應(yīng)力這一最重要因素 的影響，對(duì)許多問題只能憑猜測(cè)和假設(shè)，在實(shí)際應(yīng)用中暴露出了很大的缺點(diǎn)和局限性，設(shè)計(jì) 者的主觀隨意性對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果影響很大。目前，國內(nèi)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法長(zhǎng)期地停留在工程類比法或經(jīng)驗(yàn)法的水平上，沒有 真正建立起符合巷道圍巖變形破壞特征的錨桿支護(hù)理論和設(shè)計(jì)方法。錨桿支護(hù)方式的先進(jìn) 性與支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的粗糙性之間的矛盾是制約煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。煤礦復(fù)雜困 難條件下錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)以及一般條件下錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化是難以解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種煤礦巷道錨桿支護(hù)智能設(shè)計(jì)方法，解決煤礦復(fù)雜困難 條件下錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)以及一般條件下錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化難題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該設(shè)計(jì)方法是利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài) 信息反饋設(shè)計(jì)的方法，具體步驟為
(1)收集巷道基本地質(zhì)及生產(chǎn)情況資料，測(cè)試巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力水平， 建立錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；
(2)利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，評(píng)價(jià)巷道圍巖穩(wěn)定性等級(jí)，獲得 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)所需的相關(guān)參數(shù)；
(3)利用智能專家系統(tǒng)建立巷道錨桿支護(hù)方案及參數(shù)推理、計(jì)算、優(yōu)化模型，確定一種 或幾種合理的錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)方案；
(4)選擇一種初始方案在現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)反饋到智能專家系統(tǒng)中；
(5)利用智能專家系統(tǒng)判斷初始設(shè)計(jì)方案的合理性，對(duì)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行必要 的修正，修正后的設(shè)計(jì)再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，直至最終設(shè)計(jì)形成；所述的智能專家系統(tǒng)，首先通過用戶接口進(jìn)入圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估模塊，在該模塊中輸 入相關(guān)圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)后，系統(tǒng)在后臺(tái)自動(dòng)建立圍巖地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫；然后進(jìn) 入系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)推理模塊，在該模塊中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用已建立的圍巖地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)庫，分別 進(jìn)行巷道圍巖變形破壞的數(shù)值計(jì)算分析、巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析、錨桿初始支護(hù)方案優(yōu) 化計(jì)算分析，初步確定一種或幾種合理的支護(hù)設(shè)計(jì)方案；然后進(jìn)入系統(tǒng)的后處理模塊中，通 過后處理模塊將系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果反饋給用戶，在系統(tǒng)后處理模塊中，用戶可以根據(jù)自己需要 查看錨桿支護(hù)施工布置圖，分析錨桿支護(hù)成本及經(jīng)濟(jì)效益，生成錨桿初始支護(hù)設(shè)計(jì)報(bào)告；當(dāng) 用戶接受系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以后，可立即組織工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工和監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí) 地反饋到系統(tǒng)修正設(shè)計(jì)模塊中；在系統(tǒng)修正設(shè)計(jì)模塊中，系統(tǒng)自動(dòng)判斷初始設(shè)計(jì)方案的合 理性，對(duì)不合理的支護(hù)方案依據(jù)一定的原則自動(dòng)進(jìn)行修正，給出反饋修正設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì) 報(bào)告；當(dāng)用戶接受反饋修正設(shè)計(jì)方案以后需再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，直至最終 設(shè)計(jì)方案形成。有益效果是將錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)看作一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，能較好地適應(yīng)煤礦巷道地質(zhì)條 件復(fù)雜、多變的特點(diǎn)；以實(shí)驗(yàn)室圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)力學(xué)的評(píng)估信 息為基礎(chǔ)，利用智能專家系統(tǒng)對(duì)錨桿支護(hù)的全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)、定量的分析與優(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，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)的健康發(fā)展；錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的過程有機(jī) 地集成于智能專家系統(tǒng)，繁雜的計(jì)算、優(yōu)化、推理過程嵌入到軟件的后臺(tái)處理中，不需要操 作者具備深厚的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)和豐富的現(xiàn)場(chǎng)錨桿支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能夠廣泛地面向煤礦現(xiàn)場(chǎng)一 線的工程技術(shù)人員，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。解決了煤礦復(fù)雜困難條件下錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)以 及一般條件下錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的難題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點(diǎn)利用智能專家系統(tǒng)對(duì)錨桿支護(hù)的全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)、定量的分析與優(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；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)的健康發(fā)展； 不需要操作者具備深厚的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)和豐富的現(xiàn)場(chǎng)錨桿支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能夠廣泛地面向煤 礦現(xiàn)場(chǎng)一線的工程技術(shù)人員，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法流程圖。圖2是本發(fā)明的智能專家系統(tǒng)的基本功能模型圖。圖3是本發(fā)明的智能專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本發(fā)明將錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)視為一個(gè)隨圍巖條件變化的動(dòng)態(tài)過程，主要包 括以下步驟
(1)收集巷道基本地質(zhì)及生產(chǎn)情況資料，測(cè)試巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力水平， 建立錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；
對(duì)礦井進(jìn)行全面的地質(zhì)力學(xué)調(diào)查，系統(tǒng)測(cè)試巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力水平，獲得錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)所需的基本地質(zhì)力學(xué)參數(shù)。(2)利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，評(píng)價(jià)巷道圍巖穩(wěn)定性等級(jí)， 獲得錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)所需的相關(guān)參數(shù)；
進(jìn)行圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估主要包括地應(yīng)力評(píng)估、圍巖力學(xué)性質(zhì)評(píng)估、工程地質(zhì)狀況評(píng)估 以及巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。①地應(yīng)力評(píng)估針對(duì)具體礦區(qū)地域分布特點(diǎn)以及巖層構(gòu)造的特征，采用應(yīng)力解除 法或其它方法，進(jìn)行系統(tǒng)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)工作，建立整個(gè)礦區(qū)的地應(yīng)力數(shù)據(jù)庫，以供專家系統(tǒng) 進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)查詢使用。②圍巖力學(xué)性質(zhì)評(píng)估主要包括兩個(gè)方面，一是從具體礦井的主采煤層中收集典 型的巖石試樣，對(duì)其圍巖物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試與分析，建立巷道圍巖物理力學(xué) 性質(zhì)數(shù)據(jù)庫；二是考慮巖體節(jié)理裂隙以及地下水等情況，對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，并根據(jù) 評(píng)估結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)室獲得的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修正，得出可以用于指導(dǎo)工程實(shí)踐的巖體力學(xué) 參數(shù)。③工程地質(zhì)狀況評(píng)估主要包括巷道使用特征調(diào)查、地質(zhì)構(gòu)造影響程度評(píng)估和巷 道受到周圍采動(dòng)影響程度評(píng)估。其中，巷道使用的特征主要包括巷道類型、巷道斷面尺寸和 方位、巷道埋深以及巷道掘進(jìn)方式等；地質(zhì)構(gòu)造影響程度評(píng)估依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的不同作用特 征進(jìn)行，將其對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響程度分為4個(gè)等級(jí)輕微、較重、嚴(yán)重和很嚴(yán)重；巷道 受到周圍采動(dòng)影響程度評(píng)估采用采動(dòng)影響時(shí)圍巖的最大法向應(yīng)力值與巷道所處位置的自 重應(yīng)力的比值來描述。④巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)通過對(duì)巷道地應(yīng)力、圍巖力學(xué)性質(zhì)以及巷道工程地質(zhì)狀 況進(jìn)行準(zhǔn)確、科學(xué)評(píng)估，依據(jù)具體礦區(qū)的調(diào)研、統(tǒng)計(jì)和實(shí)測(cè)樣本，采用模糊聚類分析方法和 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性狀況評(píng)價(jià)。(3)利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，建立巷道錨桿支護(hù)方案及參數(shù)推 理、計(jì)算、優(yōu)化模型，確定一種或幾種合理的錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)方案；
針對(duì)礦區(qū)的具體工程地質(zhì)條件與生產(chǎn)技術(shù)條件，以正交數(shù)值模擬試驗(yàn)分析為主，以工 程類比與理論計(jì)算分析為輔的方法，確定錨桿幾何參數(shù)、力學(xué)參數(shù)、鉆孔與錨固參數(shù)、錨桿 布置參數(shù)、護(hù)網(wǎng)參數(shù)、托梁參數(shù)及錨索補(bǔ)強(qiáng)參數(shù)等。確定錨桿支護(hù)方案后，需對(duì)每種方案的 錨桿支護(hù)成本進(jìn)行核算分析，力求以最少的生產(chǎn)耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。①正交數(shù)值模擬試驗(yàn)分析依據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定性分類結(jié)果，從宏觀上確定巷道所 需支護(hù)強(qiáng)度，初步選擇幾種可行的錨桿支護(hù)參數(shù)，按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本原理，合理地 安排具有代表性的各種試驗(yàn)方案，借助大變形數(shù)值模擬軟件FLAC進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，最后根據(jù) 數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，通過極差分析確定出最優(yōu)的支護(hù)參數(shù)組合。②理論計(jì)算分析根據(jù)巷道圍巖的具體條件，選擇合適的錨桿支護(hù)理論(如懸吊 理論、組合拱理論等)，建立力學(xué)模型，通過計(jì)算給出錨桿支護(hù)參數(shù)解析解。③專家系統(tǒng)推理分析通過收集錨桿支護(hù)專家的豐富經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及地質(zhì)學(xué)和巖石 力學(xué)信息知識(shí)，將其總結(jié)分析，形成錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)知識(shí)庫，系統(tǒng)利用知識(shí)庫與推理機(jī)模擬專 家思維進(jìn)行推理，全面考慮各種影響因素，合理的確定各種可行的支護(hù)方案。錨桿支護(hù)專家 系統(tǒng)的水平和實(shí)用化程度取決于專家知識(shí)的水平和推理的科學(xué)性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是知識(shí) 庫的結(jié)構(gòu)和推理機(jī)制。根據(jù)知識(shí)庫中的知識(shí)選用合適的搜索控制策略去求解問題，是推理機(jī)的任務(wù)。根據(jù)錨桿支護(hù)工程專家在處理巷道支護(hù)問題時(shí)的基本思維過程，采用3類基本 推理機(jī)制(即產(chǎn)生式規(guī)則推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理，計(jì)算模式推理)來合理地確定巷道錨桿支護(hù)方案。④錨桿支護(hù)成本分析為了保證礦井在安全生產(chǎn)的前提下節(jié)約巷道成本，需要對(duì) 礦井生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)、合理的管理，力求以最少的生產(chǎn)耗費(fèi)取得最大的 經(jīng)濟(jì)效益。錨桿支護(hù)成本的計(jì)算并不復(fù)雜，只需要羅列出每米巷道所用到的各種錨桿支護(hù) 材料單價(jià)和數(shù)量，則很容易計(jì)算出每米巷道錨桿支護(hù)成本。設(shè)每米巷道頂板錨桿、左幫錨
桿、右?guī)湾^桿、錨索數(shù)量分為風(fēng)，
AT3 ,馮，Jf4套/米，其單價(jià)為與，i|,巧元/套；托梁數(shù)量為馮千克/米，其單價(jià)為J| 元/千克；護(hù)網(wǎng)為數(shù)量為街米，其單價(jià)為趕元/米2 ；樹脂錨固劑的數(shù)量為瑪根/米，其單 價(jià)為芎元/根，則每米巷道錨桿支護(hù)成本i 可用下式計(jì)算
7
P = J^P, N,
j-4
因此，整條巷道的錨桿支護(hù)成本茗可以表示為
P 二 p_ L
式中P—每米巷道的錨桿支護(hù)成本，元/米； ￡ 一巷道總長(zhǎng)度，米。(4)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)反饋到智能專家系統(tǒng)中；
依據(jù)錨桿初始支護(hù)設(shè)計(jì)所提供的參數(shù)進(jìn)行實(shí)際施工以后，第二階段的現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控即 隨之開始。現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)主要是對(duì)巷道圍巖變形與破壞狀況，錨桿(索)受力分布和大小 進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，獲得巷道圍巖及支護(hù)的實(shí)際信息，從而驗(yàn)證錨桿初始支護(hù)設(shè)計(jì)的合 理性和可靠性，判斷巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性，并為下一步修正錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提 供科學(xué)準(zhǔn)確可靠的信息。選擇與巷道頂板圍巖穩(wěn)定狀況有關(guān)的監(jiān)控內(nèi)容包括頂板下沉量，錨固區(qū)內(nèi)、外的 離層值，圍巖深部位移，錨桿受力及其分布狀況；選擇與巷道兩幫圍巖穩(wěn)定狀況有關(guān)的監(jiān)測(cè) 內(nèi)容包括巷道表面收斂、圍巖深部位移、錨桿受力等，基本內(nèi)容包括巷道表面收斂、圍巖深 部位移、幫錨桿的受力、頂板下沉量、頂板錨固區(qū)內(nèi)外的離層值、頂板錨桿受力的大小及分布。(5)利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行信息反饋修正設(shè)計(jì)，判斷初始設(shè)計(jì)方案的合理性，對(duì) 錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行必要的修正，修正后的設(shè)計(jì)再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證， 直至最終設(shè)計(jì)形成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)眾多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從中篩選出能夠綜合反映巷道圍巖穩(wěn)定狀況和錨桿支 護(hù)效果的反饋指標(biāo)，利用工程數(shù)學(xué)方法進(jìn)行回歸分析，給出觀測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線，得出信息反 饋內(nèi)容；結(jié)合巷道具體的條件和圍巖穩(wěn)定性分類情況，綜合考慮確定每個(gè)反饋指標(biāo)的一個(gè) 極限“警界值”，如果信息反饋數(shù)據(jù)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)超過該“警界值”時(shí)，就需要對(duì)初始支護(hù) 設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)地修正。修正后的設(shè)計(jì)再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，直至最終設(shè)計(jì)形
6成。監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)選取及警界值確定選擇巷道錨桿支護(hù)頂板離層值、兩幫相對(duì) 移近量、錨桿與錨索受力3個(gè)方面的6個(gè)指標(biāo)作為監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)，分別采用瑪、S。、r/、
c、U表示
瑪一錨固區(qū)內(nèi)頂板離層值，mm ； 足一錨固區(qū)外頂板離層值，mm; i/一兩幫相對(duì)移近量，mm;
C一全長(zhǎng)錨固測(cè)力錨桿桿體測(cè)點(diǎn)屈服數(shù)與桿體測(cè)點(diǎn)總數(shù)的比值； 忍一端部錨固錨桿軸向載荷，KN ； ^一錨索軸向載荷，KN。監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)的警界值必須準(zhǔn)確確定，它是關(guān)系到巷道錨桿支護(hù)的安全性和 經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，如果反饋指標(biāo)值過于保守，將增加巷道支護(hù)成本，導(dǎo)致材料浪費(fèi)；反之， 不能保證巷道安全，容易出現(xiàn)事故，失去監(jiān)測(cè)的意義。針對(duì)礦區(qū)具體工程地質(zhì)條件與生產(chǎn)技 術(shù)條件，可以通過現(xiàn)場(chǎng)較長(zhǎng)時(shí)間的礦壓觀測(cè)與支護(hù)監(jiān)測(cè)，總結(jié)巷道圍巖位移發(fā)展規(guī)律，結(jié)合 巷道圍巖穩(wěn)定性的分類結(jié)果，利用巖土工程力學(xué)計(jì)算軟件FLAC2d進(jìn)行的數(shù)值模擬優(yōu)化分析
計(jì)算，來初步確定巷道的錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)的警界值，分別記為[劃、[氏]Λυ]、由于煤礦巷道圍巖條件的復(fù)雜性，因此根本不可能理想地確定錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)信息 反饋指標(biāo)的警界值，初步提出的監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)警界值在使用時(shí)必須考慮一定的安全系 數(shù)。此外，由于不同巷道的監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)相差很大，因此，必須針對(duì)待研究巷道的具體條件 及特殊性，將參考值與實(shí)測(cè)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)警界值。②修正設(shè)計(jì)修正設(shè)計(jì)是根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和信息反饋的情況，依據(jù)已經(jīng)確定的反饋 指標(biāo)警界值，將實(shí)測(cè)值與其進(jìn)行逐項(xiàng)比較分析，進(jìn)而判斷初始支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性，并及時(shí)地 進(jìn)行修正。設(shè)錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值為爲(wèi)、.S。、f/、c、I；、Tt ,各指標(biāo)的“警界值”為、[？/j、[c]、[rs]、[i]；則根據(jù)它們之間的相互關(guān)系，可以確定修正與不修正錨桿
初始支護(hù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。當(dāng)監(jiān)測(cè)信息反饋指標(biāo)同時(shí)滿足以下6個(gè)條件時(shí)，錨桿初始支護(hù)設(shè)計(jì)不需 要進(jìn)行修 1]· Si^Si] ； S0<[S0] ； U<[U] ； C<[C] ； 0.45 [Γ6]<Γ4 <0.70 [T61 ；
0.45 - [Tt ]< Tc <0.70-[ Tj。在上述6個(gè)條件中有1個(gè)或者多個(gè)不滿足時(shí)，就需要修正初始支護(hù)設(shè)計(jì)。修正時(shí)， 需遵循以下基本準(zhǔn)則
(a)錨固區(qū)內(nèi)頂板位移量處于臨界警界值或超過警界值，即禺，說明錨桿間排距
過大，應(yīng)適當(dāng)減小錨桿間排距或外加錨桿根數(shù)；若巖層變形位移量過小，說明錨桿間排距過小，可適當(dāng)放大錨桿間排距。(b)錨固區(qū)外頂板位移量處于臨界警界值或超過警界值，即S。2[S。j，說明錨桿
長(zhǎng)度不夠，應(yīng)適當(dāng)增加錨桿長(zhǎng)度；若巖層變形位移量過小，說明錨桿長(zhǎng)度偏大，可適當(dāng)減小 錨桿長(zhǎng)度。(c)兩幫表面位移量處于臨界警界值或超過警界值，即 /2[ /，說明兩幫錨桿長(zhǎng)
度和間排距不夠，應(yīng)適當(dāng)增加錨桿長(zhǎng)度和減小錨桿問排距；反之若兩幫相對(duì)位移量過小可 適當(dāng)增大錨桿間排距。(d)若錨桿受力過大，錨桿處于臨界屈服狀態(tài)，即，說明錨桿桿體太細(xì)，應(yīng) 適當(dāng)增大錨桿桿體直徑或采用錨索補(bǔ)強(qiáng)。(e)若錨桿或錨索的錨固力過小，即.Oiri]或者K.2〗，說明錨桿結(jié)構(gòu)不合 理，應(yīng)增加錨桿或錨索長(zhǎng)度，改進(jìn)托盤形狀與錨桿錨固方式。以上5條準(zhǔn)則在具體實(shí)施的過程中，可以按照表1來確定具體的錨桿初始支護(hù)設(shè) 計(jì)的修正方案與參數(shù)。表1信息反饋修正設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
權(quán)利要求
一種煤礦巷道錨桿支護(hù)智能設(shè)計(jì)方法，其特征是該設(shè)計(jì)方法是利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息反饋設(shè)計(jì)的方法，具體步驟為(1) 收集巷道基本地質(zhì)及生產(chǎn)情況資料，測(cè)試巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力水平，建立錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；(2) 利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，評(píng)價(jià)巷道圍巖穩(wěn)定性等級(jí)，獲得錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)所需的相關(guān)參數(shù)；(3) 利用智能專家系統(tǒng)建立巷道錨桿支護(hù)方案及參數(shù)推理、計(jì)算、優(yōu)化模型，確定一種或幾種合理的錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)方案；(4) 選擇一種初始方案在現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)反饋到智能專家系統(tǒng)中；(5) 利用智能專家系統(tǒng)判斷初始設(shè)計(jì)方案的合理性，對(duì)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行必要的修正，修正后的設(shè)計(jì)再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，直至最終設(shè)計(jì)形成；所述的智能專家系統(tǒng)，首先通過用戶接口進(jìn)入圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估模塊，在該模塊中輸入相關(guān)圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)后，系統(tǒng)在后臺(tái)自動(dòng)建立圍巖地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫；然后進(jìn)入系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)推理模塊，在該模塊中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用已建立的圍巖地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)庫，分別進(jìn)行巷道圍巖變形破壞的數(shù)值計(jì)算分析、巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析、錨桿初始支護(hù)方案優(yōu)化計(jì)算分析，初步確定一種或幾種合理的支護(hù)設(shè)計(jì)方案；然后進(jìn)入系統(tǒng)的后處理模塊中，通過后處理模塊將系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果反饋給用戶，在系統(tǒng)后處理模塊中，用戶可以根據(jù)自己需要查看錨桿支護(hù)施工布置圖，分析錨桿支護(hù)成本及經(jīng)濟(jì)效益，生成錨桿初始支護(hù)設(shè)計(jì)報(bào)告；當(dāng)用戶接受系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以后，可立即組織工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工和監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)地反饋到系統(tǒng)修正設(shè)計(jì)模塊中；在系統(tǒng)修正設(shè)計(jì)模塊中，系統(tǒng)自動(dòng)判斷初始設(shè)計(jì)方案的合理性，對(duì)不合理的支護(hù)方案依據(jù)一定的原則自動(dòng)進(jìn)行修正，給出反饋修正設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)報(bào)告；當(dāng)用戶接受反饋修正設(shè)計(jì)方案以后需再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，直至最終設(shè)計(jì)方案形成。
全文摘要
一種煤礦巷道錨桿支護(hù)智能設(shè)計(jì)方法，屬于煤礦巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法包括收集巷道基本情況資料，測(cè)試巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力水平，建立錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；利用智能專家系統(tǒng)進(jìn)行圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，獲得錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)所需參數(shù)；利用智能專家系統(tǒng)建立錨桿支護(hù)方案及參數(shù)推理、計(jì)算、優(yōu)化模型，確定初始設(shè)計(jì)方案；在現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)反饋到智能專家系統(tǒng)中；利用智能專家系統(tǒng)判斷初始設(shè)計(jì)方案的合理性，進(jìn)行必要的修正，修正后的設(shè)計(jì)再次循環(huán)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，直至最終設(shè)計(jì)形成。本方法解決了煤礦支護(hù)材料浪費(fèi)嚴(yán)重、巷道安全性差等問題，能夠面向現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員，有廣泛的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101968825SQ20101055536
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者張蓓, 李玉杰, 王連國, 陸銀龍 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)