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中国矿业大学学报990 6 11 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH INA U NIVERSIT Y O F M INING 2 松动圈发展过程中的碎胀变形 剪胀 是地下工程支护的主要对象; 3 松动圈的厚度是围岩分类的一个可靠指标，由此得到了松动圈理论岩石分类表［4］. 但是，由于目前碎胀变形或碎胀力的定量还相当困难，所以利用松动圈支护理论解决问题时，主要还是 使用有关专家的理论、经验知识，而不是纯粹的理论计算. 因此，该理论解决问题的方法为 现场围岩松动圈变 化规律调研; 确定围岩的稳定类型; 选取合理的工程断面形状; 确定支护参数; 选取合理的施工工艺和质量监控方 法等. 1. 2 松动圈理论支护专家的知识表达 经过对松动圈理论解决问题的过程分析，该理论的人类专家使用3种类型的知识 1 量化的知识 它由一些数学公式组成，如支护参数计算和断面计算等; 2 经验知识 它是专家过去获得知识的一个重要组成部分，如围岩分类知识等; 3 数值型数据知识 它们主要是一些力学的或者几何的数据，如岩石的强度、锚杆的锚固力和工程的尺 寸等. 为了全面反映人类专家的知识，可分别采用3种方法来表达上述3种知识类型. 采用数据库和程序模块方式 建立专家知识库，存储松动圈支护专家知识. 3种知识类型的表达方法如下 1） 用数学公式来表达量化型知识. 如锚杆长度计算公式之一为 L Lp L0. 2 ） 用规则和事实来表达经验知识. 如围岩分类的经验之一为 a 规则，如 IF顶部是砂岩，岩层厚大于1. 0 m ，f 4～6 ，松动圈值为0 ～40 c m ; A ND 两帮为煤，煤层厚大于0 . 5 m ，f 2 ～4，松动圈值为40 ～10 0 c m ; A ND 底板为泥岩，厚度大于1. 0 m ，f 3～6 ，松动圈值为40 ～10 0 c m ; T H EN顶部为1类围岩，两帮为2 类围岩，底板为2 类围岩. b 事实，如 1类围岩是稳定性最好的岩石; 2 类围岩是稳定性较好的岩石; 3类围岩是稳定性一般的岩石; 4类围岩是稳定性差的岩石; 5类围岩是稳定性较差的岩石; 6 类围岩是稳定性最差的岩石. 3） 数值型数据知识用变量来表达. 1. 3 专家知识的运用 模仿人类专家做决定的工作方式，开发了本系统的知识调用引挚 e n g i n e . 按照用户对系统提问的回答，这 一引挚首先区分提问知识类型，然后到知识库中查找相应的公式、规则、事实和常数变量. 如果查找成功，该 系统运用这些知识进行计算、分析，最后生成一个地下工程支护方案. 如果查找不成功，它告诉用户原因，由 专家进行必要知识补充. 该专家系统的组成部分为 知识库，决策引挚和用户界面 图1 . 图1 专家系统的原理结构示意 Fi g . 1 Pr i n c i p l e s t r u c t u r e o f t h e e x p e r t s y s t e m f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 11. h t m （第 2 ／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 51 中国矿业大学学报990 6 11 2 专家系统的特点 2 . 1 系统的主要特点 首先，系统采用窗口菜单技术，用户界面友好, 一般的采矿技术人员经过简单指导后就可以使用. 第二，提 供了比较完善的功能. 目前的2 . 0 版本，除支护设计外，还有问题咨询、松动圈测试数据处理、工程统计、报告 输出和系统服务等功能. 第三，该系统运用模块结构方式编程，系统容易维护. 该系统可以给出地下工程支护方 案的报告和支护布置图. 实际应用表明，系统可以满足煤矿开拓、准备和回采巷道锚喷支护参数设计的要求. 2 . 2 系统的主要功能 如图2 所示，系统具有6 个大的功能. 各功能简介如下 1） 支护设计模块. 完成围岩分类、巷道断面选择、支 护形式与参数确定、支护布置、断面特征及材料用量计算、支护工艺选择和成本估算；2 ） 问与答模块. 完成有 关松动圈支护理论等支护问题的咨询；3） 工程记录模块. 完成统计、查询松动圈支护理论所做的主要应用工程 情况；4） 试验数据模块. 完成有关支护的测试与监测的数据处理工作；5） 结果输出模块. 完成设计和咨询结果 的打印输出；6 ） 系统服务模块. 完成系统的维护工作. 图2 专家系统功能组成示意图 Fi g . 2 Fu n c t i o n a l s t r u c t u r e o f t h e e x p e r t s y s t e m 3 工程验证与应用 在本系统开发完成后，用实例进行了验证, 并在一些工程中进行了应用. 其验证情况及主要应用见表1. 从表1 的对比可知，本系统的支护设计结果与人类专家的意见是相一致的. 本专家系统可完成人类松动圈支护专家的 主要工作. 表1 松动圈理论支护专家系统的部分工程验证与应用 T a b l e 1 En g i n e e r i n g v e r i f i c a t i o n a n d t e s t s o f t h e s y s t e m o n s o m e p r o j e c t s 工程名称 完成年份 净断面积/ m2 岩石 名称 原支护参数 松动圈 值/ c m 人类松动圈 理论专家得 出支护参数 本系统得出 的支护参数 工程长 度/ m 降低支 护 费用/ 鸡西东海 皮带斜 井，198 7 10 . 2砂岩 锚杆L 1. 6 m a 0 . 8 m 0 . 8 m 喷层t 7 c m 40喷层t 7 c m喷层t 7 c m47 910 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 11. h t m （第 3／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 51 中国矿业大学学报990 6 11 徐州王庄 主运输 巷，198 3 12 . 3砂岩 锚杆L 1. 8 m a 0 . 6 m 0 . 6 m 喷层t 10 c m 7 0 锚杆L 1. 2 m a 0 . 8 m 0 . 8 m 喷层t 8 c m 锚杆L 1. 2 m a 0 . 8 m 0 . 8 m 喷层t 8 c m 2 42 59 鸡西东海 皮带机头 硐室， 198 7 10 9. 0 页岩 砂岩 钢筋混凝土 厚t 7 0 c m 12 0 锚杆L 1. 6 m a 0 . 7 m 0 . 7 m 喷层t 12 c m 锚杆L 1. 6 m a 0 . 7 m 0 . 7 m 喷层t 12 c m 34. 830 淮北石台 矿井底车 场，198 5 13. 2 泥岩 页岩 U 2 5可缩支 架，2 架/ m 2 0 0 锚杆L 1. 6 m a 0 . 5 m 0 . 5 m 喷层t 10 c m 钢筋网 d 9 c m 锚杆L 1. 6 m a 0 . 5 m 0 . 5 m 喷层t 11 c m 钢筋网 d 9 c m 40 . 06 0 淮南潘三 运输石 门、上 山、交叉 点等， 1990 10 ～2 1. 5泥岩 U 2 5可缩支 架，2 架/ m 料石 t 40 c m 锚杆 L 1. 7 m a 0 . 8 m 0 . 8 m 2 6 0 ～ 2 8 0 锚杆L 1. 8 m a 0 . 5 m 0 . 5 m 喷层t 12 c m 钢筋网 d 9 c m 锚杆L 1. 8 m a 0 . 5 m 0 . 5 m 喷层t 12 c m 钢筋网 d 9 c m 2 8 5730 开栾赵各 庄1 150 m 深井运输 巷道， 1994 2 0 . 8 煤层 砂岩 料石t 40 c m 锚杆L 1. 6 m a 0 . 8 m 0 . 8 m 喷层t 15 c m 2 40 锚杆L 1. 8 m a 0 . 6 m 0 . 6 m 喷层t 12 c m 钢筋网 d 9 c m 锚杆L 1. 7 m a 0 . 6 m 0 . 6 m 喷层t 12 c m 钢筋网 d 9 c m 10 850 永夏陈四 楼皮带斜 井，1995 14. 2泥岩 素混凝土 t 40 c m 12 0 无 锚杆L 1. 6 m a 0 . 7 m 0 . 7 m 喷层t 10 c m 6 015 4 结论 1） 提出用数据库与程序模块进行知识表达的方式，较好地反映了松动圈支护理论专家的经验 与技术，据此开发的系统使用方便，所得的支护设计结果与人类专家的意见相当一致. 该系统的使 用有利于松动圈理论的推广和降低支护费用. 2 ） 建成的支护专家系统功能较为全面. 可合理地对煤矿巷道进行围岩稳定分类、断面形状选 择、支护形式与参数设计和施工工艺选择，并直接输出便于使用的咨询报告和常用巷道断面形状的 支护布置图. 3） 地下工程支护设计是一个有待解决的复杂问题，这一支护设计专家系统有待进一步完善. 作者简介宋宏伟，男，1958 年生，副教授 博士研究生 作者单位宋宏伟 中国矿业大学建筑工程学院 江苏徐州 2 2 10 0 8 参考文献 1 李效莆, 姚建国. 回采巷道支护类型与参数选择专家系统. 北京煤炭工业出版社, 1993. 10 ～36 2 宋宏伟, 郭志宏, 周荣章等. 松动圈支护理论的基本观点. 建井技术, 1994, 6 6 4 1～9 3 董方庭, 宋宏伟, 郭志宏等. 巷道围岩松动圈支护理论. 煤炭学报, 1994, 19 1 2 1～32 4 鹿守敏, 宋宏伟, 梁士杰. 松动圈围岩分类方法. 见中国矿业大学第2 届国际采矿讨论会文集. 徐 州 中国矿业大学出版社, 1991. 116 2 ～116 8 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 11. h t m （第 4／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 51 中国矿业大学学报990 6 11 收稿日期1999－0 5－2 5 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 11. h t m （第 5／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 51
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