PSA-ANFIS方法及其在礦山巖土工程災(zāi)害預(yù)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、應(yīng)用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)研究采礦工程中巷道和采場(chǎng)失穩(wěn)、露天礦邊坡滑坡、開采地面沉陷以及導(dǎo)水裂隙擴(kuò)展淹井這四大巖土工程災(zāi)害時(shí)所遇到的最大難題是，ANFIS的訓(xùn)練參數(shù)和模型結(jié)構(gòu)的確定具有人為性、隨意性和無(wú)規(guī)則性，這使得它的收斂需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)調(diào)試才可能實(shí)現(xiàn)，而且難以收斂到所要求的精度。針對(duì)這些問(wèn)題，本文首次采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法和模式搜索算法研究了ANFIS的訓(xùn)練參數(shù)和模型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，提出和建立了基于模式搜索算法的自適應(yīng)

2、神經(jīng)模糊推理方法(PSA-ANFIS)，并進(jìn)一步采用這一方法研究了采礦工程中上述四大巖土工程災(zāi)害的預(yù)測(cè)問(wèn)題，取得了如下研究成果： (1)采用一多峰函數(shù)進(jìn)行離散，構(gòu)建了訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)、檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)，首次采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、模式搜索算法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，建立了PSA-ANFIS方法。 (2)采用同一多峰函數(shù)，對(duì)ANFIS和PSA-ANFIS進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明，無(wú)論是在擬合精度和預(yù)測(cè)精度上，還是在訓(xùn)練參數(shù)的

3、調(diào)整、模型結(jié)構(gòu)的建立和訓(xùn)練過(guò)程上，PSA-ANFIS均優(yōu)于ANFIS。 (3)采用一標(biāo)準(zhǔn)彈塑性問(wèn)題進(jìn)行解析計(jì)算，構(gòu)建了訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)、檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、模式搜索算法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，建立了圍巖力學(xué)參數(shù)位移反分析的PSA-ANFIS方法，并將其應(yīng)用于湘西金礦老采區(qū)圍巖力學(xué)參數(shù)的反演，進(jìn)而采用反演結(jié)果建立數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)采場(chǎng)圍巖的變形進(jìn)行了模擬計(jì)算，與此同時(shí)，還對(duì)采場(chǎng)圍巖的變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，模擬

4、計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果吻合較好，從而驗(yàn)證了這種圍巖力學(xué)參數(shù)位移反分析新方法的工程適用性。 (4)搜集了大量圓弧滑動(dòng)邊坡工程實(shí)例，構(gòu)建了訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)、檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、模式搜索算法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，建立了圓弧滑動(dòng)邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的PSA-ANFIS方法，并將這一方法應(yīng)用于前河露天礦1號(hào)滑坡的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與邊坡的實(shí)際穩(wěn)定狀態(tài)吻合良好。 (5)搜集了大量開采地面沉陷工程實(shí)例，構(gòu)建了訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)、

5、檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、模式搜索算法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，建立了開采地面沉陷預(yù)測(cè)的PSA-ANFIS方法，并采用這一方法，對(duì)新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦一采區(qū)西翼二層煤采區(qū)地面沉陷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合良好。 (6)搜集了大量導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度工程實(shí)例，構(gòu)建了訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)、檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、模式搜索算法和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，建立了導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)測(cè)的PSA-ANFIS方

6、法，并應(yīng)用這一方法對(duì)水口山礦務(wù)局康家灣鉛鋅金礦水體下III-1采場(chǎng)的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，同時(shí)還對(duì)其進(jìn)行了實(shí)測(cè)，結(jié)果表明，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好。進(jìn)而根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，為III-1采場(chǎng)設(shè)計(jì)了上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，且已實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)的安全回采，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 研究ANFIS的訓(xùn)練參數(shù)和模型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)前沿研究課題。本文率先采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法和模式搜索算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)ANFIS的訓(xùn)練參