文摘

我国幅员辽阔,资源丰富,但它是一个国家有更多的煤炭,减少石油了,可怜的气体。随着人口的增加,社会的发展,更严重的国际形势,煤炭已经成为更重要的是对我们国家的经济发展和能源。安全发挥着不可替代的作用。基于神经网络,本文研究和控制地下压力法煤矿软岩的正脸,针对安全、高效开采的第一个脸和提供一个体验未来的脸。本文主要使用BP神经网络学习算法和算法支持压力测量和研究煤矿软岩的地面压力法正脸,建立地面压力在线监测系统,用于分析和总结了地面压力异常区工作面开采期间,提供工作面安全开采的基础。通过现场实测数据,初始压力和周期性的压力在上一步,步中间,工作面和较低的地区,平均阻力工作的支持在工作面压力,和动载荷系数的支持。分析,支持中间的工作面大负荷和压力是显而易见的。实验结果表明,最初支持的力量整个工作面大约是正态分布,最初的支持力量的比例在10 - 30 MPa占总数的85%以上统计,和最初的支持力量的频率上,中间,和更低的站在十到二十五MPa是55% - -65%。

1。介绍

1.1。背景

煤炭是我国最重要的一次性能源,这是一个突出的制约我国经济发展的瓶颈。近年来,随着国家宏观调控,我国煤炭消费总量已逐渐开始减少。据预测,煤炭仍将在2050年占一次能源消费的50%左右。模式不会改变太多。煤炭工业的发展,广泛受到关注资源的开发利用,和各种复杂煤层的开采已逐渐被关注。近年来,近距离煤层的开采也被各方学者关注。有两个主要原因。一方面,由于中国的煤炭资源丰富,地域辽阔,和截然不同的煤层结构,一些煤矿在山西、内蒙古、安徽、和其他地方有一些软岩层的挖掘问题。另一方面,因为煤炭是一种不可再生资源,中国一直是煤炭开采多年,导致逐渐减少的储备easy-to-mine在一些矿区煤层。与此同时,有一些矿业领域。 Due to the backward technology and equipment in the early stage, some of the short-distance coal seams that have not been mined are left. With the advancement of mining technology, with the development of supporting equipment, it is necessary to effectively recover this part of the resources, not only to protect the resources but also to extend the use time of the mining area. The pressure display of the mine during coal seam mining and how to control the pressure have always been hotspots in scientific research and engineering at home and abroad, but it is a pity that most domestic research stays on a relatively shallow single coal seam face. Regarding the behavior of underground pressure in deep layers, the foundation layout and support protection methods of the lower coal seam roadways are mainly improved under the condition of close mining. These are based on engineering research, and there is little research on theoretical laws, which is the focus of this paper.

1.2。意义

中国学者进行了很多研究煤矿软岩开采条件下相关问题。根据知网的搜索结果中,有超过10000件的研究文献从1963年到2016年近距离煤层。2000年之后,这是一个快速发展阶段。文档的数量显示指数增长。自2015年以来,有超过1000个研究文件每年煤矿软岩开采。上述研究成果为我们提供更好的理解各种近距离煤层开采的问题。它也表明,研究煤矿软岩矿业繁荣仍继续在这个阶段。虽然取得了许多有益的结果密切相关的问题的煤层,采矿工程的各个研究方向表现出不平衡的状态。根据相关文献的关键词词频排序结果在短途煤层在知网,前20名排名数值模拟,短途煤层,采空区,煤与瓦斯突出、瓦斯抽放,近距离煤层群上行开采,瓦斯抽放,气体控制、近距离、道路布局、巷道支架,极近距离煤层,煤矿瓦斯抽放,保护层开采,螺栓的支持,岩爆,矿山压力显现,完全机械化开采的脸。其中,瓦斯抽放和治疗上有近600篇文章,350篇文章道路布局和支持,只有在工作面95篇文章。 Among them, there are very few related to working face rock pressure law and its control. The laws of mineral pressure appearance under the condition of the distance coal seam and the related theory of its control are not mature and perfect, and there is still a certain degree of blindness in the mining of the coal face near the coal seam. Therefore, it is necessary to systematically and in-depth study the behavior and control of rock pressure under the condition of short-distance coal seam mining, especially the research on the behavior and control of rock pressure on the lower coal face under the condition that the upper coal seam has been mined.

1.3。相关工作

煤炭在我国的经济发展中发挥着不可替代的重要作用和能源安全。燕等人依靠大量的青岛地铁3号线测量数据,分析和研究地面沉降的规律在大跨度浅埋出土。通过数据拟合的回归分析结果表明,一级三次多项式能更好的拟合效果。这项研究已经积累了大量的地表沉降监测数据,可以为后续的设计提供一定的参考类似的1]。Lv等人使用的盾构隧道工程Tongdewei广州地铁8号线的车站上步路站为研究背景和使用有限元模拟和现场监测研究方法分析了盾构隧道施工对地面沉降的影响在不同条件下。研究结果可以为类似的盾构施工提供参考价值上软下硬复合层(2]。剑等人提出,风扇的冷却能力的风冷冷凝器(ACC)将影响不同废气再循环装置和轴向耦合在不同的地区。这是通过使用风扇集群泵水和使用计算流体动力学(CFD)方法。的研究结果表明,尽管通风风扇很大,翅片管束的传热效率的气冷式单位并不一定高,可为进一步研究提供了理论和实验依据轴流式风扇气冷式的控制岛(3]。吴等人试图解释封闭相关杨氏模量的影响在地上山隧道的响应分析。基于第四龙格-库塔方法,semianalytical解决方案。考虑围压对杨氏模量的影响,分析和数值方法用于计算的应力和变形岩体隧道(4]。基于实地测试、案例研究和数值建模、张等人进行了一次全面调查的地面稳定性煤巷深埋1公里深。地应力测量和机械性能测试首先在测试网站。然后,应用FLAC3D软件被用来模拟门口的变形行为,压力和收益率的分布区域,螺栓负载。模型结果表明,高地应力软岩属性是深门不稳定的主要因素,和剪切滑移失效引起的高应力是深部岩体的主要失效模式(5]。张等人提出,地热交换和温度场变化是复杂的,与移动边界,内部热源和相位变化。的前提下确保冻结施工的安全,重要的是要合理确定冻结区和冻结温度。作者总结了横渡英吉利海峡的冻结法的研究方法,介绍了冷冻原状土本构模型和计算冻结壁理论,以加深理解的变形机制横跨海峡的埋在软土由于冻融6]。虽然分析过程和理论是有价值的,提出的理论缺乏实用价值。

1.4。创新

本文的创新如下:(1)首先是选题的创新角度。本文是一个新视角从选题的角度。目前,并没有太多研究,集成无线网络,神经网络,煤矿软岩形成、工作面,我压力。它具有探索性意义。(2)第二种是研究方法的创新。本文运用BP神经网络学习算法和支持压力计算研究地面压力法煤矿软岩的标题的脸,有较高的理论价值和探索性意义。(3)此外,它是工程实践的创新。本文研究矿物的法律压力,上覆岩层裂缝的发展规律,和表面裂缝的发展特点在8101工作面开采的金矿Selian 1号,这是重要的安全、高效开采的矿业的脸和接下来的工作。表面的采矿经验提供了更大的理论和实践意义。

2。相关技术

2.1。BP神经网络学习算法

BP神经网络的计算过程包括向前和向后计算过程。在正向传播过程中,输入模式处理层通过隐藏层从输入层单元层和转移到输出层,每层神经元的状态只影响下一层神经元的状态。如果在输出层不能得到期望的输出,转向反向传播,在返回误差信号沿原来的连接路径,误差信号是最小化通过修改每个神经元的权重。

特定的BP算法推导如下:假设输入层神经元有P [7),p其中任何一个神经元;隐藏层神经元V,其中任何一个神经元;输出层神经元C元素,c是任何神经元。代表了卓越的权重pth神经元在输入层和 - - - - - -th在隐藏层神经元代表了突出重量(8)的p隐藏层和th神经元 - - - - - -th在输出层神经元(9]。

错误的信号pth在输出层神经元

定义神经元的均方误差p作为 ,然后错误的总和所有神经元的输出层

当所有的样品都进入一次,总误差

当网络的学习误差得到后未能达到预期的精度水平,它将输入图像的反向传播。在传播过程中,每一层神经元的权重在不断修改以获得想要的精度(10]。

网络是纠正的重量根据误差函数的梯度下降法(11),也就是说, (学习步长)来调整网络的重量(12];你可以得到

让当地的梯度

当激发函数采用公式(4),然后

因此,

根据三角洲学习规则,修正量是

的公式,学习步长,可以获得的(7),可以获得信号的正向传播过程公式(7)。然后,隐层神经元之间的重量在P和输出层V在下一次迭代

2.2。基本的神经元结构

神经网络模型的基本组件(13是神经元。神经元有一个基函数和一个激活函数(10]。与基础函数对于多输入变量的函数,它的作用是非线性映射到输出的基函数。通过映射函数的设计,产品到达指定范围的输出。这个非线性变换的特点为神经元合成至关重要。通过这种方式,它可以让这些网络来处理复杂的和复杂的问题。

为常见的基函数,通常有以下选项。

2.2.1。线性组合

线性函数作为基本连接方法通过大量的复杂网络,如延时和Hopfield神经网络。当使用一个线性函数时,基函数的输出是输入和阈值的加权和14];也就是说,

2.2.2。径向基函数

径向基函数的核心是“距离”的选择;例如,

的公式,一个是基函数的中心15)的选择距离不会局限于欧几里得距离(16)和替代范式也是可能的。在径向基函数,径向基神经网络的连接距离函数的基函数。

2.3。常见的激活函数类型

2.3.1。乙状结肠函数

乙状结肠函数是目前最早和最广泛使用的激活函数的人工神经网络模型。它将实数输入映射到区间 ,乙状结肠函数是一个严格single-increasing光滑函数和渐近特性17),它的一般形式如下:

的公式,λ是乙状结肠的增益函数,控制函数曲线的斜率。更大的λ是,单调曲线越陡峭。此外,乙状结肠函数具有良好的连续性和光滑性。在实际计算中,乙状结肠函数具有重要的属性:

但乙状结肠有更明显的缺点;也就是说,当输入是大或小,整个神经元处理函数的梯度几乎为零。因此,它是非常谨慎的初始化参数;否则,它将使神经网络很难学习。乙状结肠函数的另一个缺陷是,它的输出不为零的意思是,这可能会导致偏差在原始输入数据的处理,如图1。

乙状结肠函数,它的两个主要缺陷限制他应用在这篇文章中,但在其操作的过程中,我们可以找到法律为本文的方法提供参考,有效改善效率的方法。

2.3.2。双曲正切函数

双曲正切函数图(18),作为改进乙状结肠函数,具有以下形式:

作为一个隐藏层前馈神经网络,RBF神经网络(19)是特殊的,因为它使用径向基函数作为激活函数的中间节点,因此网络具有结构简单的特点,快速学习收敛性和它可以方法任意非线性函数。输出层神经元隐层的线性组合。所谓的径向基函数,函数值是一个对称的多变量函数中心点。RBF网络的结构简单数据所示2和3。

有许多径向基函数的选择,和常用的如下:(1)高斯函数: (2)反射乙状结肠功能: (3)逆multiquadratic功能:

隐藏的神经单元的激活函数是一个函数与当地的敏感性(20.]。只有当输入向量是足够接近某一个中心点(中心附近点)在输入空间,如图3,隐藏的单位将积极和有意义的反应。这个函数的特点是,靠近中心点(21)(中心点的距离越小),对应的函数值越大。换句话说,这径向基函数的特征决定了它是非常敏感的本地信息的处理。

2.4。计算轴承的压力

根据弹塑性理论,计算公式的支承压力极限平衡区前的工作表面支承压力塑性区。 在哪里d层之间的摩擦系数;θ煤体内摩擦角;任意点的距离在煤壁的塑性区;和N是煤层的厚度n;身体是自营的煤(22]。

让 是支承压力峰值点之间的距离和煤壁 : 在哪里W是应力集中系数;B煤层埋深,n;和x上覆地层的体积密度,WB /n。

在上面的公式中,假设内摩擦角θ(23)是一个固定值,得出结论只会增加随着煤层的厚度的增加在同一煤层条件下。因此,支承压力峰值点的工作面(前24)与矿业的高度增加。煤是转移到深的增加煤炭的身体的一部分。

支承压力分布的表达在弹性区域如下: 在哪里侧压力系数。

假设弹性区域的范围和 ;然后替换 上面的公式,

从上面的公式可以看出,范围支承压力的弹性区在工作面前随开采厚度N的增加,和两个公式(20.)和(21)构成的分布形式支持在工作面前的压力。可以看出内的支承压力塑性区增加一个指数函数,直到峰值支持能力WzB随着安装煤壁距离的增加;在弹性区,支持压力增加负指数和减少最初的支持能力zB。前面的支承压力范围工作面开采厚度增加而增加。

3所示。研究实测的地下压力定律在煤矿软岩驾驶的脸

3.1。工作面矿山压力观测计划

3.1.1。测点布置

在8101工作面,KJ653-F2的工作面安装,实现本质安全的屋顶压力无线监控变电站在线监测系统监测液压支架的压力变化。每个测点配备两个左和右通道,左边通道监控的压力离开支柱,和正确的通道监控对柱的压力。液压支架的工作阻力监测数据可以实时传送到地面和存储。它可以提供基本的数据挖掘研究法律工作面临的压力,分析和总结了异常矿业开采的工作面压力区,并提供一个基础安全开采的工作面。的布局在工作面矿山压力观测区域图所示4。

根据矿山压力监测Selian 1号,有三个测量领域在8101工作面,1-35 #上测量面积,40 - 65 #中间测量面积,和70 - 90 #是较低的测量区域。测量表面点的布局计划如表所示1。

由于测量的不同安排点进行全面挖掘支持地下压力监测系统在生产期间工作面和全面的测点布置在地下压力监测和分析中,选择了以下支持地下压力分析:23 #、25 #、27 #、25 # 29 # 31 #,35 #,38 #括号。

3.1.2。我的压力在线监测系统

本质安全变电站传输接收到的传感器数据信息通过总线监控主站。监控主站和多个本质安全变电站形成一个上下主从关系,和监控主站传送的数据检验通过的主人。系统发送到控制室,接收主机的生产技术部门,和屋顶KJ653-F2煤矿本质安全压力无线监控变电站在线监测系统用于实时数据监控和存储(25- - - - - -27]。在线监测系统的结构如图5。

根据我的实际开采条件,相关监测系统,分别为煤炭开采装备的脸和两个下游渠道,如图6。

根据实际情况的8101工作面支持,压力值之间的差异的左和右列支持很小,并没有多少区别的一流的支持,因此,液压支架的压力值的左列被选中为准绳的压力值。结果如表所示2。

3.2。研究的特点的屋顶上工作所面临的生活压力

3.2.1之上。在工作表面上压力的特点

图7显示的循环工作阻力的变化曲线的支持上站5 #、15 #的工作面推进的工作面。

从图可以看出7的平均距离步第一个紧迫的工作的上部表面上是32.56米,平均周期紧迫的一步距离是15.23米。17.25米的距离并没有太大的区别。

3.2.2。中间的工作面压缩特性

图8显示的循环工作阻力的变化曲线的支持30 # 45 #上站的工作面推进的工作面。

从图可以看出8平均一步距离的初始输入压力和周期的平均距离步输入压力测量站在中间的工作面。与上面的测量站相比,最大工作阻力的支持是37.05 MPa和平均工作阻力36.26 MPa,增加与上测量站的工作面。它是符合法律的压力在中间的工作面大于两端根据上述理论分析。

3.3。研究特征工作面倾角压力和轴承的特点和适应性支持

当工作面移动55米,110米,155米远离开挖工程,加权平均分配工作阻力和阻力最大工作时间每个站的支持在斜率工作面方向图所示9。从图9,当工作面55米,110米,155米,分别的总体趋势的平均工作阻力和最大工作阻力三个工作站工作表面上保持不变。的平均和最大阻力不变,操作时间的加权值的中央车站支持大于工作面上下站的支持。从上面的支持周期工作阻力的分析,可以看出仪器的特点基本上是相同的上下部分的工作面,和液压支架的工作阻力分布沿工作面倾斜方向。作品的特点,中间部分大于上下两部分,上半部分是略大于下部,如图9。

为了分析其适应性的支持和承载特性的工作面,根据布局的8105 - 1工作面测量站,中间的支架上,中间,和更低的选择测量站,分别即15 #支架上测量站,中间测量站的55 #支架,和95 #支架的测量站,根据阻力统计分析进行间隔的时间间隔5 MPa。支持负载分布直方图如图10,整体环境力和工作阻力统计工作面临的如表所示3。

从数据9和10和表3,我们可以得到的轴承特征工作面支持如下:(1)设置的力量的支持整个工作面大约是正态分布,设置10 ~ 30 MPa区间的占总数的85%以上的统计数据,设置的力量上,中间,和较低的三个站是10。−25 MPa的频率在55%和65%之间。从上述分析,可以看出,设置的工作面支持普遍偏低是由于支持底部钻孔的影响。因此,有必要规范操作和支持加强对液压泵站的管理和其他设备,通过及时补液等措施,以确保设置的支架符合要求。(2)工作面支架工作阻力主要是分布在10 - 35 MPa的范围,和工作阻力的分布相对集中,大约在一个正态分布。作为一个整体,支持分布式的频率的高阻(> 20 MPa)面积大于低电阻(< 20 MPa)。区域的频率,在图中,显示正常曲线的峰面积是偏右边的高阻区,部分,基本上是没有超过额定工作阻力间隔大于35 MPa,表明支架的整体支持效果很好。

4所示。结果和分析矿山压力观测

4.1。监测结果和分析工作面支架工作阻力

解决的实际工作阻力25支持(3 #、13 #、43 # 23 #,85 #,27 #,127 #,和35 #),左和右列,并比较平均工作阻力,最大工作阻力,整个工作阻力,左和右列的平均电阻工作在每一个操作周期的支持。

14202工作面距切孔2 m,在矿山压力观测设备可以调试完全机械化开采的脸。实际观测时间是70天。观察工作完成时,工作面先进了142米。除了上面的停电时间和设备故障因素,连续观测的数据信息支持抵抗每五分钟已经完成在某种程度上,信息收集和数据手动电源故障阶段。相关的监测结果表明,地面压力观测工作可以大致了解这工作的地面压力表示法律的脸,它提供了一定科学依据实际受力情况和运行特点的分析相关的支持在14202工作面和创建和分析煤层顶板结构。工作面监控系统,获得的数据监测的13 #,85 #,98 #,……,127# supports are processed to obtain the internal law that the actual working resistance of each observed support changes with the change of the actual distance of the working face, as shown in Figure11。

第二个压缩之前,在每个观察点应该支持下工作(31.5 MPa)的控制力量。中断的工作开始后,40 m midprojection阶段的总体趋势是稳步增加,但观测点的支架阻力的变化相对较小。这一现象表明,在首次主要屋顶破裂之前,屋顶的移动范围相对较小,支架的阻力也很大程度上限制由于更换屋顶。在正常情况下,当按下顶板,应变电阻变化显著。在实际的开采阶段,左派和右派之间的工作阻力支柱千差万别。左和右列的实际工作阻力的支持在其他位置的工作表面相对较小,和部分负载是不可见的。这在一定程度上表明,大部分的左派和右派的阻力支柱工作表面相对统一,一些观测点有严重的偏心负载,实际力量的左列高于右列。当这些支持长期严重偏心载荷条件下,屋顶的应用程序将增加观测点的支持的压力在某种程度上,这将导致不平衡力的支持。然后,液压支架的破坏方式的屋顶表面工作的管理。有一定的风险。 In order to avoid this phenomenon, it is necessary to balance the distribution of stent resistance. Factors leading to eccentric load are as follows: during the lifting process, the total amount of liquid injected into the length of the left and right arms of the observation point was not checked correctly, resulting in an imbalance between the left and right pillars of the valve stem. It is caused by leakage in the actual operation stage of the observation point arm. The first is an important factor that causes the eccentric load of the stent. Strictly designing the stent perfusion procedure, especially, the injection should achieve the nominal adjustment force of the stent, and strengthening monitoring and management is an effective way to solve this problem.

4.2。观察结果,分析先进的支持工作面沿槽

分别观察网站设置,在运输和工作面的返回通道。这是为了更好地观察推进工作面支架阻力。如图所示的细节12。

测站采用循环操作形式完整先进的支架阻力监控。监测站应搬到结束的工作表面在每一个监测周期。根据这些观察,期间流入压力,推进支架阻力的上升将会显著增加。一般来说,网站之间的距离越短,工作表面,越快推进支架阻力将会上升。因此,当预测工作面压力,正则曲线支持抵抗和工作表面之间的距离可以完全使用。在观察期间,单柱松了一口气的压力由于仪器的安装。初始计量压力相对较低,但回车和转移设置上下都处于良好状态,最后,没有监督,影响了变化的方法。分析相关道路矿山压力观测结果,可以发现,工作面周围的区域变成了一个新的支持板上的岩石,并全力支持可以远离煤壁的压力。先进的支承压力的分析可以证明最大支持压力的出现,从实际的支承压力的影响4 - 6米的炸弹墙前30厘米的工作。

4.3。统计观测结果和分析工作面

4.3.1。屋顶工作面和煤炭板块下跌

根据统计观测结果,当工作面进步40米,55米,80米,125米,135米,屋顶将落在梁上端的支持平台。屋顶秋天通常是3 - 6米长,1 - 3米宽。大多数职位都是集中在工作和脸的中心部分。在正常情况下,工作结束的面宽0.5 - -0.75米0 - 2.5米长。当使用工作面时,有时会出现煤壁渣。一般来说,渣深度是0.4 - -0.64 m和渣的长度是1 - 2.5米。一般来说,滑动和屋顶会发生当压力下降应用在工作。当周期性的压力和初始压力是应用在屋顶上,会发生严重的岩层压力。与此同时,一些支持的顶梁不容易接触。它将导致隧道和屋顶。

4.3.2。暂停屋顶工作面框架和沉没背后的步骤

当工作面推进40 m, 55米,80米,125米,135米,后悬挂装置现象就会发生。悬挂环通常位于上部和下部的工作面,和框架背后的长度是3 - 6米。工作面是38 m - 84 m,和工作面煤壁屋顶的裂缝。裂缝宽度是8 -第5 - 11毫米,长度是m。然而,没有屋顶沿煤壁一步沉没。

5。结论

本文的一系列地面压力监测和围岩控制措施和分析方法进行了研究,特别是对岩层的基本结构和法律短程煤层开采过程中,和对应的煤层特征的差异在短程详细解释。结合在工作面围岩的变形规律,得到了更合适的支持方法和参数。和尺寸设计方法生成奠定了更好的基础高效,安全,可靠的矿业在随后的矿区。本文系统地阐述了地面压力观察和结果分析煤矿7706工作面。首先,结合工程地质条件的煤矿7706工作面Datun中国煤矿地面压力观测方案设计,建立了一个观测站15持有者之间的工作面,所以观测点的总数是5,和调查的数量是5和1,以方便测量。然后,第一工作面压力的特点进行了深入分析,包括测定方法的判断基础第一工作面压力,压力的第一步的判断方法,第一压强度的判断方法。接下来,工作面周期性压力的具体特点进行了分析,主要包括屋顶上周期性压力的解释基础,周期性的判断压力在屋顶上,周期性压力的统计分析步骤,周期性的强度压力,屋顶的特点不同部分的压力。最后,推进在采场支承压力的分布和影响进行了深入分析,包括分布范围的决心推进压力和推进的影响支持屋顶变形的压力。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者认为他们没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的法律研究软岩地层蠕变变形和巷道的加固技术(全省高校基础研究业务收费项目在黑龙江省,中国,2020号- kyywf - 0526);研究感应脉冲叠加效应的机制和风险预警的动态和静态加载在断层构造带(联合指导黑龙江省自然科学基金的项目,中国没有。HL2020E108);和研究深部巷道开挖临时支护技术。