專利名稱：一種煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦巷道壓力與圍巖控制，特別是一種煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統。
背景技術：
隨著計算機的普及，專家系統已在很多工程上都進行了應用。西南交通大學開發的“錨網噴支護設計專家系統PTES”，煤科院北京開采所開發的“回采巷道支護選型與參數確定專家系統”等。但是，這些專家系統涉及的對象僅是煤礦巷道的錨桿支護，而沒有涉及煤礦復雜困難條件下軟巖巷道的錨注支護。錨注支護技術是維護煤礦復雜困難條件下軟巖巷道圍巖穩定的一項有效技術。但是，進行煤礦軟巖巷道錨注支護是一個涉及到煤層開采條件、水文地質、工程地質和巖石力學等諸多因素的復雜問題，往往需要具備專業的數學力學知識以及豐富的工程經驗，同時需要花費大量時間和精力來進行復雜的力學計算和工程繪圖，這些對于煤礦現場工程技術人員來講是很難做到的。目前，我國煤礦每年掘進的復雜困難條件下的軟巖巷道總長度達到百萬米以上，但是對這些軟巖巷道的錨注支護卻憑借猜測和假設，主觀隨意性對結果影響很大。當強度過低時，由于錨注支護效果不能得到充分發揮，將導致巷道出現冒頂偏幫等事故，而當設計強度較高時則會造成支護材料的浪費，嚴重影響礦井的經濟效益。對煤礦軟巖巷道的錨注支護設計，尚未有一種能夠定量、全面地考慮新建軟巖巷道工程的具體地質力學環境，以及結合新建軟巖巷道工程周圍其它礦區可借鑒的實際軟巖巷道工程的基礎數據和錨注支護設計參數，來進行新建軟巖巷道錨注支護技術方案與參數的設計和優化，并根據設計結果自動進行錨注支護設計報告編制和工程施工布置圖形繪制的計算機輔助設計系統。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明的目的是要提供一種煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統，解決無法合理、準確、規范地設計煤礦軟巖巷道錨注支護方案與參數的問題。根據本發明的目的是這樣實現的煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統包括
(I)軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊；(2)軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊；(3)新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊；(4)軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊；(5)軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊；(6)軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊；(7)軟巖巷道錨注支護設計報告自動生成模塊；(8)軟巖巷道錨注支護施工布置圖形繪制模塊；
所述的軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊，獲取煤礦巷道錨注支護領域中知名專家與學者的設計經驗與知識，并將這些知識以“基礎知識”和“推理知識”兩種形式存于系統的知識庫中，供系統計算推理時使用；
所述的軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊，存儲全國范圍內各大煤礦成功的軟巖巷道錨注支護工程實踐的案例資料，包括軟巖巷道的基本工程地質資料、軟巖巷道的錨注支護形式以及支護參數，為新建軟巖巷道錨注支護設計提供借鑒；
所述的新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊，基本輸入數據包括:新建軟巖巷道的基本工程地質概況數據、新建軟巖巷道地應力數據、新建軟巖巷道圍巖力學性質數據和新建軟巖巷道圍巖結構性質數據；
所述的軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊，實現如下功能:A.構建軟巖巷道錨注支護形式推理機通過推理機的演繹計算，確定軟巖巷道的最佳錨注支護形式；
所述的軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊，實現如下功能:A.構建軟巖巷道錨注支護參數推理機通過推理機的演繹計算，確定軟巖巷道的最佳錨注支護參數；
所述的軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊，實現如下功能:A.對系統設計的軟巖巷道錨注支護形式與支護參數進行支護結構承載能力評價；B.根據評價結果，進一步修正與優化軟巖巷道的錨注支護形式與參數；
所述的軟巖巷道錨注支護設計報告自動生成模塊，通過建立專家系統與MicrosoftOffice Word軟件之間的數據交換接口，實現自動編制規范的軟巖巷道錨注支護設計報告的功能；
所述的軟巖巷道錨注支護施工布置圖形繪制模塊，通過建立專家系統與AutoCAD軟件之間的數據交換接口，實現自動繪制規范的軟巖巷道錨注支護方案施工布置圖形的功能。有益效果，由于采用了上述方案，該系統建立在煤礦軟巖錨注支護設計專家豐富的知識和經驗以及全國各大煤礦軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例的基礎上，通過模擬“專家”思維進行科學的計算、推理和演繹，對煤礦復雜困難條件下的軟巖巷道的錨注支護進行了準確、定量、規范和自動化的設計，確保了軟巖巷道錨注支護結構與參數選擇的科學性與合理性，提高了軟巖巷道錨注支護系統的可靠性。由于該系統將軟巖巷道錨注支護設計中涉及到的復雜的數學、力學計算分析過程嵌入到了系統的后臺處理中，使得使用者不需要具備專業的數學、力學基礎和現場工程經驗，因而能夠廣泛地面向煤礦現場一線的工程技術人員，具有很強的實用性。同時，該專家系統還通過建立與Microsoft Office Word軟件和Auto CAD軟件之間的數據交換接口，實現了自動編制規范的軟巖巷道錨注支護設計報告以及繪制規范的軟巖巷道錨注支護方案施工布置圖形的功能，將煤礦現場工程技術人員從繁重的報告編寫和工程圖形繪制工作中解脫出來，并大大減少了實際工作中的一些不必要的差錯。解決了無法合理、準確、規范地設計煤礦軟巖巷道錨注支護方案與參數的問題。


圖1是本發明的一種煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統的模塊圖。
具體實施例方式實施例1:在圖1中，該專家系統包括:軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊1、軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊I1、新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊II1、軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊IV、軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊V、軟巖巷道錨注支護結構承載能力模塊V1、軟巖巷道錨注支護設計報告自動生成模塊νπ以及軟巖巷道錨注支護施工布置圖形繪制模塊珊。下面結合附圖，分別對以上8個模塊進行詳細闡述
軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊1:主要用于獲取煤礦巷道錨注支護領域中知名專家與學者的設計經驗與知識，并將這些知識以“基礎知識”和“推理知識”兩種形式存于系統的知識庫中，以供系統計算推理時使用。具體地，通過與錨注支護領域專家合作，挖掘和搜集有關錨注支護設計的領域知識，并將這些知識進行篩選、整理、歸納后，以“基礎知識”和“推理知識”兩種形式存入知識庫中。其中，“基礎知識”是一類用于說明對象的屬性或者條件的知識，例如“某礦2#煤層老頂砂巖單軸抗壓強度是91. 07MPa”，這就是一條典型的基礎知識，它反應客觀的實際情況，這類知識通過一張簡單的二維關系表就能實現在知識庫中的存儲；“推理知識”是將“基礎知識”通過一定的邏輯關系組合起來而形成的知識，可采用產生式規則法(Production Rules)來描述，其基本模式為IF〈前提〉THEN <結論〉，例如IF〈巷道為破壞較輕型巖石巷道〉AND〈巷道圍巖裂隙不發育〉THEN〈注漿錨桿可采用普通注漿錨桿 >，“推理知識”在知識庫中也以一張二維關系表來存儲。通過對知識庫中的知識進行存取、管理和維護，從而為煤礦軟巖巷道錨注支護設計提供服務。軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊I1:主要用于存儲全國范圍內各大煤礦成功的軟巖巷道錨注支護工程實踐的案例資料，包括軟巖巷道的基本工程地質資料、軟巖巷道的錨注支護形式以及支護參數，從而為新建軟巖巷道錨注支護設計提供借鑒。其中，軟巖巷道的基本工程地質資料包括巷道埋深、巷道斷面尺寸、巷道巖性條件和巷道水文地質條件等；軟巖巷道的錨注支護形式以及支護參數包括注漿錨桿(索)材質、注漿錨桿(索)規格、注漿錨桿(索)間排距、注漿泵型號、注漿壓力、注漿時間、注漿量、注漿時機等。這些數據可通過簡單的二維關系表在數據庫中存儲。新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊II1:輸入的原始數據包括新建軟巖巷道的基本工程地質概況數據、新建軟巖巷道地應力數據、新建軟巖巷道圍巖力學性質數據和新建軟巖巷道圍巖結構性質數據等。其中，新建軟巖巷道的基本工程地質概況數據包括軟巖巷道的斷面形狀和尺寸、軟巖巷道埋深、軟巖巷道所在巖層條件、地質構造、水文地質條件、采動影響等；新建軟巖巷道地應力數據包括最大水平主應力大小、最小水平主應力大小和最大水平主應力方向等；新建軟巖巷道圍巖力學性質數據包括單軸抗拉強度、單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比、粘聚力和內摩擦角等；新建軟巖巷道圍巖結構性質數據包括巖體裂隙組數、密度、張開度和粗糙度等。以上數據可以通過數據文件導入，也可以通過鍵盤或鼠標進行輸入。軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊IV :通過構建軟巖巷道錨注支護形式推理機，模擬軟巖巷道錨注支護領域專家思維，進行推理、演繹和計算，確定軟巖巷道的最佳錨注支護形式，具體實現兩個方面的功能:A.首先通過綜合利用產生式規則推理策略和計算模式推理策略，來構建軟巖巷道錨注支護形式推理機。其中，產生式規則推理是利用專家系統知識庫中的專家知識，按照“IF-THEN”模式進行推理；計算模式推理是根據用戶輸入所需的條件，自動搜索知識庫中相應的計算模式，并經過相應的計算后給出所需結果的一種正向推理形式。B.將新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊III中的原始數據輸入到錨注支護形式推理機中，推理機基于軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊I中的專家知識，并結合軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊II中的案例資料，對軟巖巷道的不同錨注支護形式，包括“一次錨噴支護+二次錨注支護”、“局部錨注支護”、“底板臥底后錨注支護”、“全斷面錨注支護”等的錨注支護效果，進行綜合推理、演繹和計算分析，最后給出軟巖巷道的最佳錨注支護形式。軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊V:通過構建軟巖巷道錨注支護參數推理機，模擬軟巖巷道錨注支護領域專家思維，進行推理、演繹和計算，確定軟巖巷道的最佳錨注支護參數，具體實現兩個方面的功能:A.首先通過綜合利用產生式規則推理策略、計算模式推理策略和專業數值模擬軟件優化計算策略，來構建軟巖巷道錨注支護參數推理機。其中，數值模擬軟件優化計算策略是通過借助巖土工程中專業的大變形數值模擬軟件FLAC、UDEC等，選擇多種可行初始支護參數，按照正交試驗設計法的基本原理，合理地安排具有代表性的各種組合計算方案，并根據數值計算的結果，利用數理統計分析確定出最佳的巷道錨注支護參數組合。B.將新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊III中的原始數據輸入到軟巖巷道錨注支護參數推理機中，推理機基于軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊I中的專家知識，并結合軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊II中的案例資料，對軟巖巷道的不同錨注支護參數，包括注漿錨桿(索)材質、注漿錨桿(索)幾何參數、注漿錨桿(索布置參數、注漿壓力、注漿時間、注漿量等的錨注支護效果，進行綜合推理、演繹和計算分析，最后給出軟巖巷道的最佳錨注支護參數組合。軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊V1:將軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊IV和軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊V中確定的錨注錨注支護形式與支護參數組合輸入到軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊VI中，計算軟巖巷道錨注支護圍巖穩
定性的安全系數4，即
權利要求
1.一種煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統，其特征在于:所述的煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統包括(I)軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊；(2)軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊；(3)新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊；(4)軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊；(5)軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊；(6)軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊；(7)軟巖巷道錨注支護設計報告自動生成模塊；(8)軟巖巷道錨注支護施工布置圖形繪制模塊； 所述的軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊，用于獲取煤礦巷道錨注支護領域中知名專家與學者的設計經驗與知識，并將這些知識以“基礎知識”和“推理知識”兩種形式存于系統的知識庫中，以供系統計算推理時使用； 所述的軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊，用于存儲全國范圍內各大煤礦成功的軟巖巷道錨注支護工程實踐的案例資料，包括軟巖巷道的基本工程地質資料、軟巖巷道的錨注支護形式以及支護參數，以為新建軟巖巷道錨注支護設計提供借鑒； 所述的新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊的基本輸入數據包括:新建軟巖巷道的基本工程地質概況數據、新建軟巖巷道地應力數據、新建軟巖巷道圍巖力學性質數據和新建軟巖巷道圍巖結構性質數據等； 所述的軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊，實現如下功能:A.構建軟巖巷道錨注支護形式推理機通過推理機的演繹計算，確定軟巖巷道的最佳錨注支護形式； 所述的軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊，實現如下功能:A.構建軟巖巷道錨注支護參數推理機通過推理機的演繹計算，確定軟巖巷道的最佳錨注支護參數； 所述的軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊VI，實現如下功能:A.對系統設計的軟巖巷道錨注支護形式與支護參數進行支護結構承載能力評價；B.根據評價結果，進一步修正與優化軟巖巷道的錨注支護形式與參數； 所述的軟巖巷道錨注支護設計報告自動生成模塊，通過建立專家系統與MicrosoftOffice Word軟件之間的數據交換接口，實現自動編制規范的軟巖巷道錨注支護設計報告的功能； 所述的軟巖巷道錨注支護施工布置圖形繪制模塊，通過建立專家系統與AutoCAD軟件之間的數據交換接口，實現自動繪制規范的軟巖巷道錨注支護方案施工布置圖形的功能。
全文摘要
一種煤礦軟巖巷道錨注支護設計專家系統，屬于煤礦巷道壓力與圍巖控制。系統包括(1)軟巖巷道錨注支護設計專家知識庫模塊；(2)軟巖巷道錨注支護工程實踐成功案例數據庫模塊；(3)新建軟巖巷道工程原始數據輸入模塊；(4)軟巖巷道錨注支護形式推理設計模塊；(5)軟巖巷道錨注支護參數推理設計模塊；(6)軟巖巷道錨注支護結構承載能力評價模塊；(7)軟巖巷道錨注支護設計報告自動生成模塊；(8)軟巖巷道錨注支護施工布置圖形繪制模塊。系統將軟巖巷道錨注支護設計中涉及到的數學、力學計算分析過程嵌入到了系統的后臺中處理，根據設計結果，快速地編寫錨注支護設計報告和繪制錨注支護施工布置圖形。廣泛地面向煤礦現場一線的工程技術人員，具有很強的實用性。
文檔編號G06F17/50GK103077287SQ20131002277
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月22日 優先權日2013年1月22日
發明者王連國, 陸銀龍 申請人:中國礦業大學