D0I:10.13374/j.issn1001053x.2003.02.003 第25卷第2期 北京科技大学学报 Vol.25 No.2 2003年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2003 基于人工神经网络的地下矿山岩层移动研究 王艳辉蔡嗣经宋卫东 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要提出了采用人工神经网络方法进行地下金属矿山岩层移动预测，结合模糊数学对选 取的地表移动影响因素进行了处理.计算结果表明，所选取的各因素之间及其与岩层的移动 角之间存在着较强的非线性关系，移动角的大小与选取因素有着密切的联系，进而从理论上 证明可以预测由于开挖引起的岩层和地表移动的范围问题， 关键词人工神经网络；岩层移动；隶属度 分类号TD325*.1 地下金属矿床复杂的地层结构、多变的采场 关系方面具有其他方法无法比拟的优越性，由于 边界条件以及众多采矿因素的影响，不仅导致围 地下开采引起的岩层移动影响因素错综复杂，为 岩变形破坏的连续和非连续并存，拉、压及剪切 了估计各种因素的作用大小，本文将采用BP神 破坏机理共在，而且在采场围岩中还潜在着形状 经网络进行地下开采引起的岩层移动预测. 各异的节理、裂隙，同时，其介质的力学性质、变 形破坏机理以及空区、空洞等，在复杂多变的采 1影响岩层移动的因素选取 矿因素影响下，随空间和时间的不同而发生相应 1.1输入因素的选取 的变化.因此，地下采矿围岩移动和变形破坏机 根据已有的研究结果和国家规范标准彻， 理研究属于非线性领域和非连续范畴，具有非确 遵循重要性、独立性和易测性原则，同时考虑实 定性特征.非线性不仅体现在力学特性（应力一 际工程经验，并综合已调查地下开采引起地表 应变关系)方面，还体现在对预测结果的影响方 移动的原因和结果的实际情况，最后选取10个 面：非连续性涉及围岩中固有的节理、裂隙和断 主要的作用因素作为因素论域集，各因素集又分 层以及由于围岩崩落、离层等所导致的空区、空 为子因素集，见表1. 洞：非确定性不仅在于力学与变形参数的可变 1,2输出因素的选取 性，关键还在于影响因素的模糊性和随机性. 对于金属矿山，由于岩石岩性坚而脆，所以 80年代发展起来的神经网络在研究非线性 移动角与崩落角的差别较小，只相差5~10°9.根 表1地下开采岩层移动选取影响因素及其变化范围 Table 1 Select factors and its change ranges influencing strata movement due to underground mining 地表相对上盘围岩下盘围岩侧压力 矿体埋矿体倾 开采深 开采跨 采场长 矿体形态 高差/m 指标。 指标 系数 深m 角) 度m 度m 跨比 0-20 81-100 81-100 0-1.0 0-30 0-20 0-500-50 00.5 单一 21-50 61-80 61-80 1.0-1.5 30-100 21-40 51-10051-1000.6-2.0 较单一 >51 4160 41-60 >1.5 100-200 41-60 101-150101-150 >2.0 复杂 21-40 2140 200-300 61-80 151-~200151-200 较复杂 0-20 0-20 >300 81-90 >200 >200 很复杂 收稿日期200209-04 王艳辉男，27岁，博士研究生 据本次矿山岩层与岩层移动的调查结果，选取矿 *2003年国家安全生产监督管理局重点科技攻关项目 体上、下盘的移动角为岩层输出指标，上、下盘移第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 基于人工神经 网络的地下矿 山岩层移动研究 王 艳辉 蔡嗣 经 宋卫 东 北 京科技大学 土 木 与环 境工 程学 院 ， 北 京 摘 要 提 出 了采用 人 工 神经 网络 方法 进行 地 下 金 属矿 山岩层 移 动预 测 ， 结合模糊数学对 选 取 的地 表移动 影 响 因 素进行 了处理 计 算结果表 明 ， 所选取 的各 因素之 间及其与岩 层 的移动 角之 间存 在着较 强 的非线 性关系 ， 移动 角 的大 小与选 取 因 素有着密 切 的联系 ， 进 而 从 理 论上 证 明可 以预测 由于 开挖 引起 的岩层 和 地 表移 动 的 范 围 问题 关键词 人 工 神经 网络 岩层 移动 隶属度 分 类号 十 地 下 金 属矿 床 复 杂 的地 层 结 构 、 多变 的采 场 边 界条件 以及 众 多采矿 因素 的影 响 ， 不 仅 导致 围 岩 变 形破 坏 的连 续 和 非 连 续 并存 ， 拉 、 压 及 剪切 破 坏 机理 共在 ， 而 且在 采场 围岩 中还潜在着形状 各 异 的节 理 、 裂 隙 同时 ， 其 介质 的力学性 质 、 变 形 破坏 机理 以及 空 区 、 空洞 等 ， 在 复 杂 多变 的采 矿 因素影 响下 ， 随 空 间和 时 间 的不 同而 发 生相 应 的变 化 因此 ， 地 下 采矿 围岩移 动 和 变 形 破 坏 机 理研 究属 于 非线 性领 域 和 非连续 范 畴 ， 具有 非确 定性 特 征 非 线性 不 仅 体 现 在 力学特 性 应 力一 应 变 关系 方 面 ， 还 体现 在 对 预 测 结果 的影 响方 面 非连 续性涉 及 围岩 中 固有 的节 理 、 裂 隙和 断 层 以及 由于 围岩 崩落 、 离层 等所 导致 的空 区 、 空 洞 非 确 定 性 不 仅 在 于 力 学 与变 形 参 数 的可 变 性 ， 关键 还 在 于 影 响 因素 的模糊 性 和 随机 性 年代 发 展 起 来 的神 经 网络 在研 究 非 线 性 关系方 面 具 有其他方 法 无 法 比拟 的优 越性 由于 地 下 开采 引起 的岩层 移 动 影 响 因素错 综 复杂 ， 为 了估 计 各 种 因素 的作 用 大 小 ， 本 文 将采 用 神 经 网络 进 行 地 下 开采 引起 的岩层 移 动 预 测 影 响岩 层 移 动 的 因素选取 输入 因素 的选 取 根 据 已有 的研 究结果 ‘喇 和 国家规 范标 准 ‘ ，， 遵 循重 要 性 、 独立 性 和 易测 性 原 则 ， 同 时考虑 实 际 工 程 经 验 ，，， 并综合 已调 查 地 下 开采 引起 地 表 移 动 的原 因和 结 果 的实际情 况 ， 最 后 选 取 个 主要 的作用 因素作 为 因素论域集 ， 各 因素集 又 分 为子 因素 集 ， 见表 输 出因 素 的选取 对 于 金 属 矿 山 ， 由于 岩 石 岩 性 坚 而 脆 ， 所 以 移 动 角与崩落 角 的差 别 较 小 ， 只 相 差 一 “ ‘ ， 根 表 地 下 开 采岩 层 移动选取 影响 因素及 其 变化范 围 口 地 表 相 对 高 差 上 盘 围岩 指标 下 盘 围岩 指 标 侧 压 力 系 数 矿 体 埋 开 采深 采场 长 跨 比 矿 体 形态 时 深 度 矿 体倾 角 开采跨 度 单一 较单一 复杂 较 复杂 很复杂 收稿 日期 一 刁 王 艳辉 男 ， 岁 ， 博士 研 究生 年 国家安全 生 产 监 督 管理 局 重 点科技攻关项 目 据本 次矿 山岩层 与岩层 移动 的调 查 结果 ， 选 取矿 体上 、 下 盘 的移 动 角为岩层 输 出指 标 上 、 下 盘移 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．02．003