一种冲击地压防治措施智能优选设计方法

本发明涉及冲击地压防治措施智能优选决策，特别涉及一种冲击地压防治措施智能优选设计方法。

背景技术：

1、冲击地压是煤矿生产过程中的动力灾害之一，严重制约矿井的安全高效生产，防冲工作仍面临着严峻挑战。目前，大量学者在冲击地压防治的问题上提供了众多解决方案，无论是从理论还是工程实践逐渐形成了有效的防治体系，但冲击地压防治措施的针对性、冲击地压防治人-机-环-管分配的智能性都存在一定不足，而智能化防控是冲击地压灾害的重点攻关方向，目前尚缺乏相应方案。

技术实现思路

1、本发明提供了一种冲击地压防治措施智能优选设计方法，以便于进行冲击地压防治措施的决策设计，解决目前冲击地压防治措施的针对性、冲击地压防治人-机-环-管分配的智能性存在不足的技术问题，为冲击地压防治工作提供科学指导和辅助决策，提高煤矿冲击地压防治智能化水平，增强矿井解危措施实施的针对性和冲击地压防治的高效性，保证矿山安全高效生产。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种冲击地压防治措施智能优选设计方法，包括：

4、从预设文献资料中采集冲击地压防治信息数据，并对采集到的冲击地压防治信息数据进行预处理；其中，所述冲击地压防治信息数据包括实施防冲措施的主控因素以及不同主控因素所对应的防冲建议；

5、对预处理后的冲击地压防治信息数据进行规则提取，利用提取出的规则构建防冲措施优选规则库；其中，每条规则均由主控因素和对应的防冲建议构成；

6、构建防冲措施智能优选决策模型，以根据目标工作面的主控因素，从所述防冲措施优选规则库筛选出至少一种用于目标工作面的防冲建议；

7、构建各防冲措施参数设计模型，以针对筛选出的用于目标工作面的防冲建议进行防冲措施参数设计，得到防冲措施参数设计结果；

8、构建差异性参数决策模型，以根据所述防冲措施参数设计结果，确定最优防冲措施参数值，并基于所述最优防冲措施参数值确定最终的冲击地压防治方案。

9、进一步地，在确定最终的冲击地压防治方案之后，所述方法还包括：

10、对冲击地压防治方案的实施效果进行检验和反馈，随时优化调整参数。

11、进一步地，所述预设文献资料包括法规标准、专家经验以及历史防冲案例。

12、进一步地，所述对采集到的冲击地压防治信息数据进行预处理，包括：

13、针对从法规标准和专家经验中采集到的冲击地压防治信息数据进行提纯和精化，只保留关键部分；其中，所述关键部分指的是主控因素和防冲建议；

14、针对从历史防冲案例中采集到的冲击地压防治信息数据进行数据转换和数据清理预处理；其中，所述数据转换指的是对数据进行规格化操作并将案例数据中的文本语言按照冲击地压防治专业标准进行划分，转化为计算机语言；所述数据清理用于解决缺失值和重复值问题；使得每一个防治案例都能够用相对应的特征向量表示，显示冲击地压防治的各主控因素及防治建议。

15、进一步地，所述对预处理后的冲击地压防治信息数据进行规则提取，利用提取出的规则构建防冲措施优选规则库，包括：

16、分别对预处理后的来自法规标准和专家经验的冲击地压防治信息数据进行规则提取，将其中的主控因素和防冲建议转化为if-then的规则表达式，得到对应法规标准的规则，以及对应专家经验的规则；其中，规则表达式中的if后面的内容为主控因素，then后面的内容为防冲建议；

17、针对预处理后的来自历史防冲案例的冲击地压防治信息数据，运用决策树算法中的id3算法，以信息增益为分支划分标准，实现历史防冲案例的规则提取；其中，历史防冲案例经id3算法进行数据挖掘，得到可提取的防冲措施优选规则，并将其转化为if-then的规则表达式，对不符合预设防治标准和工程实践经验的规则进行删除或剪枝处理，得到对应历史防冲案例的规则；

18、利用对应法规标准的规则构建第一子规则库，利用对应专家经验的规则构建第二子规则库，利用对应历史防冲案例的规则构建第三子规则库；

19、利用第一子规则库、第二子规则库和第三子规则库构建防冲措施优选规则库。

20、进一步地，所述构建防冲措施智能优选决策模型，以根据目标工作面的主控因素，从所述防冲措施优选规则库筛选出至少一种用于目标工作面的防冲建议，包括：

21、确定目标工作面危险区域的主控因素集；

22、分析计算目标工作面的主控因素权重；

23、根据目标工作面的主控因素，结合目标工作面的主控因素权重，从所述防冲措施优选规则库筛选出至少一种用于目标工作面的防冲建议。

24、进一步地，所述确定目标工作面危险区域的主控因素集，包括：

25、运用宏观评价法和多因素耦合法，划定目标工作面的冲击地压危险区域；

26、明确各个危险区域的主控因素集，包括：地质因素和开采技术因素；

27、所述计算目标工作面的主控因素权重，包括：

28、运用层次分析法计算出目标工作面危险区域因素集所含各因素的权重占比；

29、所述根据目标工作面的主控因素，结合目标工作面的主控因素权重，从所述防冲措施优选规则库筛选出至少一种用于目标工作面的防冲建议，包括：

30、将各个危险区域的主控因素集作为初始输入数据与各子规则库中的规则的if部分进行比较选择，选择规则有匹配和冲突解析两种模式，以决策出最合适的一种或几种防冲建议；其中，匹配是指将初始输入数据与规则库中的规则的if部分进行匹配，若能完全匹配，则把这个规则作为用于目标工作面的防冲建议；冲突解析是指规则库中有多条规则的if部分与输入数据相匹配，此时需计算相似度，按照计算出的相似度大小对规则进行排序，选出相似度较高的一个或者多个规则作为用于目标工作面的防冲建议。

31、进一步地，所述相似度的计算公式如下：

32、

33、其中，sd为输入数据与规则库中各规则的相似度值；qi为输入数据与规则中各主控因素的相似度值，一致取1，不同取0；k为规则中包含的主控因素个数；ωi为根据各个危险区域主控因素重新归一化后的权重；n为输入数据与规则库中相同主控因素的个数。

34、进一步地，所述构建各防冲措施参数设计模型，以针对筛选出的用于目标工作面的防冲建议进行防冲措施参数设计，得到防冲措施参数设计结果，包括：

35、从法规标准、理论公式以及历史防冲方案三个角度出发，分别构建不同危险程度下钻孔卸压、煤体爆破、顶板爆破、煤层注水、底板钻孔/爆破共五种防冲措施的参数设计模型；其中，

36、钻孔卸压的参数包括：孔径、孔深、孔间距和孔布置方式；

37、煤体爆破的参数包括：孔径、孔深、孔间距、装药量、装药长度和封孔长度；

38、顶板爆破的参数包括：孔径、孔深、孔排距、装药量、装药长度、封孔长度和孔倾角；

39、煤层注水的参数包括：注水孔径、注水孔深、孔排距、注水压力、注水量、封孔长度和注水时间；

40、底板钻孔/爆破的参数包括：底板钻孔卸压需要确定钻孔深度、孔径、孔间距等，底板爆破卸压需确定爆破深度、孔径、装药量和装药长度。

41、进一步地，所述构建差异性参数决策模型，以根据所述防冲措施参数设计结果，确定最优防冲措施参数值，并基于所述最优防冲措施参数值确定最终的冲击地压防治方案，包括：

42、利用法规标准、理论公式经验和历史防冲方案三种方法求出的防冲措施参数表示为{y1,y2,y3}，不同的防冲措施需要设计的参数会有所不同，各种防冲措施的参数设计情况，可表示为参数集{x1,x2,…,xm}，共同构建参数决策矩阵；

43、依据正向参数指标和反向参数指标的参数性质，结合弱中强冲击危险等级，建立三级决策准则，包括：

44、最大决策准则，表示为：

45、f＝max(y1,y2,y3)

46、

47、其中，f表示决策结果；y1，y2，y3分别表示利用法规标准、理论公式经验和历史防冲方案三种方法求出的防冲措施参数设计值；max表示取最大值；u表示法规标准的取值范围；v表示危险等级，其中，v3，v4分别表示中等危险和强危险；x1，x2，x4，x5，x6，…，xm均为防冲措施参数；

48、最小决策准则，表示为：

49、f＝min(y1,y2,y3)

50、

51、其中，min表示取最小值；x3为防冲措施参数；

52、均值决策准则，表示为：

53、f＝average(y1,y2,y3)

54、

55、其中，v1，v2分别表示无危险和弱危险；average表示取均值；

56、基于参数决策矩阵和三级决策准则，确定最优防冲措施参数值；

57、基于最优防冲措施参数值，经专家综合决策，形成冲击地压防治方案。

58、再一方面，本发明还提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。

59、又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。

60、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

61、本发明方案首先从法规标准、专家经验、历史防冲案例三个方面进行冲击地压防治信息采集与预处理；其次对预处理后的信息数据进行规则提取，使信息转化为“if-then”形式，构建防冲措施优选规则库；接着构建防冲措施智能优选决策模型，实现防冲措施智能优选；随后从法规标准、理论公式、历史防冲方案三个角度出发，分别构建不同危险程度下钻孔卸压、煤体爆破、顶板爆破、煤层注水、底板钻孔/爆破共五种防冲措施的参数设计模型；然后，构建差异性参数决策模型，确定出三个方法中最合适的参数值，经专家综合决策，形成防治方案；最后，对冲击地压防治方案的实施效果进行检验和反馈，随时优化调整参数。采用本发明方案可提高矿井冲击地压防治水平，增强矿井解危措施实施的针对性和冲击地压防治的高效性，促进冲击地压防治决策的智能化发展。