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专利号: 2020108938063
申请人: 常州机电职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种矿山锚杆支护巷道的危险度预测与冒顶预警方法,其特征在于,它包括:S1,在云服务器中将相应锚杆的压力和位移数据进行处理,计算相应锚杆的压力比和位移比,将具有相同支护类型的锚杆分在同组,对支护结构中的锚杆按关键程度大小排序;

S2,分别求取压力比和位移比的最佳系数,得到压力比系数和位移比系数的最优化目标函数;

S3,对相应锚杆的压力比和位移比进行量化;

S4,使用软间隔SVM求分类超平面及其法向量;

S5,求得出现事故数据在法向量轴投影后所得到的数据的均值和标准差,求得工作正常数据在法向量轴投影后所得到的数据的均值和标准差,然后通过条件熵求得锚杆支护巷道的危险度,对锚杆支护巷道进行危险度预测;

S6,生成冒顶预警策略,当锚杆支护巷道的危险度大于预警阈值时,启动预警;

所述步骤S1包括:

令第j个锚杆第i个记录数据的压力比为:令第j个锚杆第i个记录数据的位移比为:其中,i为第i个样本数据,i=1,2,......,N;

j为第j个锚杆,j=1,2,......,M,第1个锚杆为最关键锚杆,以下依顺序关键程度逐渐降低;

Pji为第j个锚杆第i个记录数据的压力值;

Pj0为第j个锚杆的压力额定值;

Lji为第j个锚杆第i个记录数据的位移值;

Lj0为第j个锚杆的允许最大位移值。

2.根据权利要求1所述的一种矿山锚杆支护巷道的危险度预测与冒顶预警方法,其特征在于,所述步骤S2包括:所述压力比系数和位移比系数的最优化目标函数为:其中,

C1为压力比系数;

C2为位移比系数;

yi为第i个数据的类标记,yi为‑1时表示出现事故:使用梯度下降法求C,即(C1,C2):*

可得,当L(C)最小时,即 趋近0时,迭代所得的C为最优解;

其中,α表示步长。

3.根据权利要求2所述的一种矿山锚杆支护巷道的危险度预测与冒顶预警方法,其特征在于,所述步骤S3包括:对相应锚杆的压力比、位移比进行量化,量化间隔为0.1,得到

4.根据权利要求3所述的一种矿山锚杆支护巷道的危险度预测与冒顶预警方法,其特征在于,所述步骤S4包括:(1) (2) (j) (M)S41,建立数据向量x=(x ,x ,...,x ,...,x );

(1) (2) (j) (M) (j) (j)S42,建立系数向量w=(w ,w ,...,w ,...,w ),其中,w 为相应特征x 所对应的系数;

S43,xi为第i个训练数据向量,yi为xi的类标记;yi为‑时表示出现事故,yi为+1时表示工作正常,N为训练数据数目;

S44,使用软间隔SVM,求几何间隔最大的分类超平面:S.t yi(w.xi+b)≥1‑ξiξi≥0 i=1,2,...N;

其中F为惩罚系数;ξ为松弛变量;ξi为第i个训练数据的松弛变量;b为偏置;

* *

求得最优分类超平面与系数向量的最优解w,w即为最优分类超平面的法向量:其中, 为拉格朗日乘子向量中对偶问题的解的第i个元素。

5.根据权利要求4所述的一种矿山锚杆支护巷道的危险度预测与冒顶预警方法,其特征在于,所述步骤S5包括:S51,求将数据在法向量上进行投影后所得到的数据,得到出现事故与工作正常两个数据类别的均值与标注差:*

其中,NA为类别y=1的样本数;NB为类别y=‑1的样本数;μB为出现事故数据在w向量轴*

投影后所得到的数据的均值;μA为工作正常数据在w向量轴投影后所得到的数据的均值;δA* *

为工作正常数据在w 向量轴投影后所得到的数据的标准差;δB为出现事故数据在w向量轴投影后所得到的数据的标准差;

S52,预测锚杆支护巷道危险度:*

设xA为所有y=1的样本数据总和,ZA为xA在w向量轴的投影;

*

设当前数据为xc,Zc=wxc;

则当前锚杆支护巷道危险度V为:当wxc≤μA+δA时,危险度V为0;

当wxc≥μB‑δB时,危险度V为1;

当μA+δA≤wxc≤μB‑δB时,危险度V为:其中,

H(ZC|ZA)为在给定zA条件下,ZC的条件熵;

H(μB|ZA)为在给定zA条件下,μB的条件熵。

6.根据权利要求5所述的一种矿山锚杆支护巷道的危险度预测与冒顶预警方法,其特征在于,所述步骤S6包括:S61,当危险度V>γ时,启动预警;

其中,γ为预警阈值,所述预警阈值γ的范围为0.3‑0.4;

S62,预测冒顶发生时间:T=(1‑V)T0;

其中,

T为从当前数据记录时刻开始计时,预测将出现冒顶的时间;

T0为当前锚杆支护结构工作正常时的基准估计工作时间。