地下矿山崩落法作业采场稳定性决策的专家系统模块的新发展(1)

1、地下矿山崩落法作业采场稳定性决策的专家系统模块的新发展摘要：对于深度在地面以下500到2000米的延迟回填的崩落法，这是第一份有关专家最新发展的对3 d采场稳定性评估的研究与开发(R&D)项目报告。通过加拿大矿产和能源技术中心(CANMET)规则启发和历史案例，一个采场稳定性评估项目(SSAP)的新专家系统模块的发展基于最先进的三维弹塑性有限元分析所生成数据。这个模块模拟了岩石力学专家给开采者在决定战略规划和可行性研究提供建议的合理过程。结果就是可以在快速和有效的方式下产生规划和决策，这样就减少了地面塌陷的风险和优化采矿成本。所以要适当地管理煤矿安全风险和生产力。关键词：专家系统；采场

2、稳定性；有限元分析；损坏区域；离散体1.介绍本文的目的在于新开发的专家系统模块项目的研究与发展(R&D)。模块可以用来帮助采矿者的在采场稳定性做决定、地下崩落法的进行可行性研究指导，用来降低地表塌陷的风险和优化采矿成本。1.1.背景专家系统是人工智能的一个分支，以人类专家的水平大量使用专业知识来解决问题。这些知识是嵌入到软件，模拟人类专家的决策能力。专家系统经常应用在下表中1决策支持系统资讯管理系统管理控制系统顾客/产品互动系统产品选型/推荐背景监控系统配置系统不一致性检测系统解决问题诊断系统调查问卷系统数据分析系统进程控制系统事实上全世界所有人在很多现实生活的应用中都会使用专家系统。

3、比如，流行的微软视窗系统的微软整合专家系统技术，微软办公软件以及微软协同办公平台对未加工数据的抽取、分类，搜寻、利用，以及翻译本利语言和知识的管理。货物贸易用专家系统来监管内部交易以及投资战略的分析。航天工业的安全系统、交通运输和航班表都会使用专家系统。当银行用这个系统来抵押、审计以及金融的计算。在制造业，追踪产品的变化，制表统计，识别和信号处理是否与之前预料的匹配都需要专家系统。在1990年代早期，一个应用于地下采矿的专家系统首次引入到加拿大矿产和能源中心科技采矿和矿物科学实验室(CANMET-MMSL) 2。四个专家系统模块开发并成功地应用于鹰桥公司，萨德伯里操作公司， 嘉能公司，加拿大，

4、他们在中央控制室操作液压回填的设计和生产调度(3 - 6)。因此，抽出大量的项目进行了爆炸损伤测量来创建数据库，主要提取在高应力的地区的岩石力学和地面控制应用程序的边界矿柱，下水平后退式回采、充填法开采 (7 - 10、11、12)。尽管其效用在一系列应用程序中，专家系统的发展和同样的数值模型一样是有限的，比如合理的有意义的数据库，如原岩应力，地质学(包括断层和不连续体)、岩石强度和压力诱导行为。在个人电脑工作站的技术加工能力上专家系统的发展也是在有限的。大多数专家系统必须使用大型计算机，从而限制了在矿业行业的广泛使用，特别是偏远地区的小矿山。最近由于计算机技术的进步，高端台式电脑对小型矿山都

5、是供应无缺且价格合理，如PC和一个64位的平台，12GB同步动态随机存储器，2 TB HD和2.8 GHz CPU，当前列出的价格不到1500美元。这些允许了为解决复杂的地下采矿作业的问题的专家系统软件的开发。1.2.目标这个研发项目旨在开发一种新的专家系统模块在三维空间中来提高采场效率稳定评估，结合经验启发和历史案例，通过整合数据库生成的三维有限元应力分析(尤其是潜在的损伤区范围和矿山巷道周围连着的松散体)。最终目标是协助采矿者在采场稳定性和可行性研究做出决定，以减少地面崩塌的风险，和优化采矿成本。2.方法论从三维弹塑性有限元分析结合启发式规则和工程方程的生成数据转化为专家系统的知识库。在这

6、个研发Exsys Corvid1专家系统被用于开发一个新模块对3d采场稳定性评估。然后就会编程和测试逻辑和命令块。2.1 专家系统模型图1显示了专家系统的结构和运算。专家以工程师的知识解决问题。这些信息然后被编码到专家系统基础知识中。除了有限元数据库，还要从技术报告、论文和案例历史进一步获得的知识。知识库中的信息包括所有必要的了解，制定和问题的解决。推理引擎，这是专家系统的“大脑”，由一个解释器，调度器和一致性执行者组成，它提供关于信息的方法推理知识库组。而且可以处理正向和反向推理规则。专家系统还包含一个用户友好的输入界面，这个界面用来实现用户和计算机之间的交流，扩大知识库和请求报告。2.2

7、有限单元数据库使用由CANMET-MMSL13开发的最先进的三维弹塑性有限元应力分析软件，一系列的地下矿山巷道的模拟是用来建立潜在的破坏区域和相关联的巷道松散体的数据库。在这个分析中， 选中非线性的统一强度准则(NUSC)。NUSC可以表示如下(14、15):岩体的抗拉强度比抗压强度可以评价为s1、s2和s3是主要的应力，中间值和最小主应力，分别是抗拉强度比抗压强度(sc)和Hoek-Brown参数16;b从0到1的中间压力参数。这一标准是适用于坚硬的岩石开挖设计的地下矿山17。图2显示了不同采矿顺序的一个有限元分析周期这个项目选择事后充填深孔采矿法。采场尺寸比例，宽度和深度都不同:H / W

8、 = 1，2，4，6，L / W = 1，2，4，6，8，10;W = 5，10，15，20米;Z = 500，1000，1500，2000米，(H =高度、W =宽度、L =长度，Z =深度，如图3所示)，采场垂直下降。所有输出，尤其是潜在的损伤区区段(DZ)和相关的有限元模拟产生离散体都转化为专家系统的格式。对软岩(RMR 5 60)、历史案例和知识数据库被编译，并且该系统将在不久的将来成为软岩开发模块。3.建立专家系统原型模块图4显示了一个专家系统模块。它模仿岩石力学专家合理的执行任务的方法，判断并提供建议采矿者。逻辑和命令块制定如下:3.1.逻辑块对于软件简单的维护和修改，(如果/那么

9、规则)规则制定在几个逻辑块。每个块包含特定方面的决策规则和任务。这些包括:起始矿块这个块包含在岩体分类决策的规则。RMR被指定为默认变量(RMR _60)。然而，其他大家都知道的Q和GSI分类系统是可以接受的。如果用户没有岩体分类的信息，在继续下一步之前，系统就会建议用户确定岩体分类。岩石强度逻辑块这个块确定采场位于一个好的地表条件(RMR _60)。如果答案是否定的，那么，系统认为它是软弱岩石，不会继续下一步。如果是的，提示用户输入口的宽度和深度，然后，可以确定损伤区域的潜在应力区段。经验规则设置潜在的损伤区(a)的最大限度。例如，如果DZ大于一个，然后，采场是不稳定的。损伤区域块决定了DZ

10、值。用户界面的用户将被要求提供信息等各种采场尺寸W H、L和开挖步骤增加L方向和可以计算DZ值。在这个模块中，插值方程应用在的网格节点逻辑块。获得网格节点逻辑块分配节点值H / W， l / W和DZ的采场宽度在特定深度。数据输入知识库，为了提高效率使用XML格式来确定DZ特殊采场尺寸。显示图表逻辑块，如果用户请求在3d空间中显示潜在的破坏区扩展表面和离散区域。图5 a和b分别显示了典型的知识库的潜在范围的3 d表面损伤区和离散区域。锚杆逻辑块包含地面支持的规则需求。如果拟议中的采场尺寸需要地面支持(即_DZ _b)，那么，工程方程知识库会将锚杆长度提供指导，以及进行所需的锚杆和锚固模式。a和

11、b的值来自经验公式。图3.采场尺寸的示意图图4.该专家系统模块图3.2 命令块命令块指导专家系统如何进行。在这个原型，命令块告诉系统从数据库网格节点块，获得精准的变量和显示结果来确定任何特定点。3.3.运行系统一旦逻调试好了逻辑和命令块，就可以由专家系统单击名称/图标来4.结果图6显示了典型的标准的结果。矩形框和单选按钮显示为用户输入数据或回答这个问题。在这种情况下，用户要求由专家系统提供输入矩形框，该采场维度，即宽度、高度、长度和增加的步距。图5.(a)3维模型在采场顶壁表面的潜在的崩落区段。(b)采场产生离散体的潜在区域这种方式，通过改变的采场尺寸和深度的变量值，该系统允许用户以快速和有效

12、的方式来确定影响地面上的崩落区和相关地面支护区的采场尺寸。图6.典型的专家系统标准的结果:(a)请求用户输入该采场维度，即。长度，宽度，高度，和增量步。(b)用户要求选择岩体分类系统。(c)请求用户输入的值岩体分类系统。(d)用户要求输入采场的深度。(e)专家系统将计算DZ和相关的稀释。如果bDZ，那么建议可以给(假设锚杆支护强度=10吨)。通过点击“信息”，该专家系统允许用户获得标准的关于岩石锚杆的信息。5.结论一个叫采场稳定性评估项目(SSAP)的新专家系统模块，成功的开发3维采场稳定性评估。数据库的生成是从一个最新的三维弹塑性有限元分析(使用非线性的统一强度准则)，对潜在损伤区和地面支持经验公式和方程编译到软件中。在执行插值方程用XML数据格式来提高效率。在加拿大地盾矿床，这个专家系统模块验证了在坚硬的岩石下的地下矿山采用延迟回填纵向深孔采矿法。四个采场宽度(W =5、10、15和20米)位于不同深度(D =500、