D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.05.029 第25卷第5期 北京科技大学学报 Vol.25 No.5 2003年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0et.2003 大尺度采空区围岩断裂失稳信号数据 挖掘及破坏预测分析 来兴平2)蔡美峰) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)西安科技大学能源学院，西安710054 摘要随着监测技术数字化和信息化程度逐步提高，获得的大尺度采空区围岩损伤演化过 程，以及包括各种数据格式的图形、矢量等信息量呈数量级增加.将小波变换、固体断裂非平 衡统计和神经网络理论用于对非线性采空区围岩断裂失稳信号进行数据挖掘以及综合分析， 竹利于正确认识和理解采空区围岩体损伤演化的全过程. 关键词大尺度采空区；围岩断裂失稳；数据挖掘 分类号TD315 随着监测手段和仪器的精密、数字化和信息 工智能中的专家系统)、数据库和统计学三者相 化程度逐步提高，获得的岩石力学（系统）的信息 结合的产物网.知识发现就是从数据库中发现有 量大幅度增加（包括各种数据格式的图形、矢量 用知识的整个过程（包括抽取出潜在的、不为人 等)，形成了岩石力学参数的“体数据”(Volume 知的有用信息、模式和趋势).一般认为数据挖掘 Data).例如为了分析坚硬岩石介质组成的采空 是知识发现过程中的一个特定步骤，它用专门算 区破坏的复杂性、多尺度非均匀性、系统学及动 法从数据中抽取模式，然后再通过知识发现中的 力学非线性的耦合效应，利用多种监测手段，详 解释和评价模块转换成最终用户可以理解的知 细记录了断裂失稳的时间、空间、强度演化过程. 识，其目的在于检测异常模式或临界现象以及预 在这种情况下，识别有效、正确的力学参数和围 测预报等 岩断裂失稳模式等信息极为困难，这就需要先进 数据挖掘在实现过程中常用的算法有： 的信息处理系统， (1)统计学方法.数据挖掘最早来源于统计学 本文尝试将子波变换、神经网络与固体断裂 领域，因此统计学方法是其最常用、最实用的方 非平衡统理论用于山东玲珑金矿255m主运输巷 法.基于经典统计学方法有回归分析、相关分析、 围岩断裂失稳信号的数据挖掘以及综合分析，以 主成分分析；基于现代统计学理论方法主要有人 便正确认识及理解大尺度采空区围岩体从群体 工智能技术（包括神经网络算法）、决策树方法、 微裂纹萌生、扩展、汇合到破坏的损伤演化全 集合论方法、可视化技术等线性模型和非线性模 过程 型.其中线性回归用于预测：线性差别分析技术 用于分类：非线性技术用于估值、抽样、神经元网 1数据挖掘的定义及特性 络、遗传算法， (2)规则推理法，该方法在训练数据集合中搜 数据挖掘(Data Mining,DM)来源于基于数据 索规则空间，寻找对目标数据进行分类最有效的 库的知识发现，是机器学习（包括数值计算和人 规则（一般用f-then结构）.每次做出的预测都是 收稿日期2002-11-04来兴平男，30岁，副教授，博士 根据每条已有规则做出组合预测.由于每一条规 ★国家白然科学基金(No.50074002)和尊土点基金(No 则都带有响应的关联强度，用户可以由此得到每 2000000802)联合资助项目第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、勺 劝 。 大尺度采空 区围岩断裂失稳信号数据 挖掘及破坏预测分析 来兴 平 ’， 蔡 美峰 ” 北 京科技大 学 土 木与环 境 工 程 学 院 ， 北 京 西 安科技 大 学 能源 学 院 ， 西 安 摘 要 随着监 测 技术数字化 和 信 息化 程 度 逐步提 高 ， 获得 的大尺 度采 空 区 围岩 损伤 演化过 程 ， 以及 包 括 各种数据 格式 的 图形 、 矢量 等信 息 量 呈 数量 级 增加 将小波变换 、 固体断裂 非平 衡统 计和 神 经 网络 理 论用 于对非线性采 空 区 围岩断裂 失稳信 号进 行数据挖 搁 以及 综 合 分析 ， 有利 于正 确 认 识 和 理 解 采空 区 围岩 体损伤演化 的全过 程 关键词 大尺 度采 空 区 围岩 断裂 失稳 数据 挖 掘 分 类号 随着 监 测 手 段 和 仪 器 的精密 、 数 字 化 和 信 息 化 程度逐 步 提 高 ， 获得 的岩石 力学 系统 的信 息 量 大 幅度 增加 包 括 各种 数据 格 式 的 图形 、 矢 量 等 ， 形 成 了岩 石 力 学 参 数 的 “ 体 数 据 ” 例 如 为 了 分 析坚 硬 岩 石 介 质 组 成 的采 空 区破 坏 的复 杂 性 、 多尺 度 非均 匀 性 、 系 统 学及 动 力 学 非 线性 的祸 合 效应 ， 利用 多种 监 测 手 段 ， 详 细记 录 了断裂 失稳 的时 间 、 空 间 、 强度演 化过程 在这 种 情 况 下 ， 识 别 有 效 、 正 确 的力学 参 数 和 围 岩 断裂 失稳模 式 等信 息极 为 困难 ， 这 就 需 要 先进 的信 息 处 理 系 统 本文 尝试 将 子波 变换 、 神 经 网络 与 固体 断裂 非平 衡 统 理 论用 于 山东玲珑 金矿 主运 输巷 围岩 断裂 失稳信 号 的数 据 挖 掘 以及 综合 分 析 ， 以 便 正 确 认 识 及 理 解 大尺 度 采 空 区 围岩 体 从 群 体 微 裂 纹 萌 生 、 扩 展 、 汇 合 到破 坏 的损 伤 演 化 全 过程 ，·〕 数 据 挖 掘 的 定 义 及 特 性 数据 挖 掘 ， 来源 于基 于数 据 库 的知 识 发现 ， 是机 器 学 习 包 括 数值 计 算和 人 收稿 日期 一 一 来 兴 平 男 ， 岁 ， 副教授 ， 博 士 国家 自然 科 学 基 金 和 博 士 点 基 金 联合 资助项 目 工 智 能 中 的专 家系 统 、 数 据 库 和 统 计 学 三 者 相 结 合 的产 物 ‘ ， 知 识 发现 就 是 从 数据 库 中发现 有 用 知 识 的整 个 过 程 包 括 抽 取 出潜在 的 、 不 为人 知 的有 用 信 息 、 模式 和 趋 势 一般 认 为数据 挖 掘 是 知 识 发现 过程 中 的一个特 定步骤 ， 它 用 专 门算 法 从数 据 中抽 取 模 式 ， 然 后 再通 过 知 识 发现 中 的 解 释 和 评 价模块 转 换 成 最 终 用 户 可 以理 解 的知 识 ， 其 目的在 于 检测 异 常模式 或 临界现 象 以及 预 测 预 报 等 口一 ， 数 据 挖 掘 在 实现 过 程 中常用 的算 法 有 统 计 学方 法 数 据 挖 掘 最 早来源 于 统 计 学 领 域 ， 因此 统计 学 方 法 是其 最 常用 、 最 实用 的方 法 基 于 经 典统计 学方 法 有 回 归分 析 、 相关分 析 、 主 成 分分析 基 于现代 统 计 学理 论 方法 主 要 有 人 工 智 能技 术 包 括 神经 网络 算法 、 决 策树 方法 、 集合 论 方 法 、 可 视 化 技 术等 线性 模型和 非线性 模 型 其 中线 性 回 归用 于 预 测 线 性 差 别分 析 技 术 用 于 分类 非线性技术 用 于估值 、 抽 样 、 神经 元 网 络 、 遗 传 算法 规 则推 理法 该 方法 在 训 练数据 集合 中搜 索规 则空 间 ， 寻 找对 目标数据 进 行 分类最 有效 的 规 则 一 般用 结构 每 次做 出 的预 测 都 是 根 据 每条 已有规则 做 出组 合 预测 由于 每一条规 则都 带有 响应 的关联 强度 ， 用 户 可 以 由此 得 到每 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．05．029