煤矿巷道设计系统应用研究

【摘 要】对回采巷道进行支护是为了确保井下采矿活动的有效进行的重要安全保障，由于回采巷道支护的方式及参数都会受到众多因素的影响，并且巷道在来回采矿的过程中会受到干扰而导致失稳，这就给采矿安全带来了极大的隐患，摒弃掉传统依靠个人经验来进行巷道支护的设计，现目前以综合考虑地质、工程、生产技术等各方面因素并依靠计算机系统辅助进行设计的煤矿巷道更具有实际运用的价值，本文将结合相关参考资料对煤矿巷道设计的系统应用进行简要的研讨。

【关键词】煤矿开采；巷道设计；系统应用

煤矿巷道的设计时为了确保地下采矿活动的有效进行，是井下安全采矿的重要保障措施，因此在巷道设计中会采用支护的方法对其进行加固，确保回采巷道所受的干扰降低到最小。由于巷道支护设计会受到地质、工程、生产技术等因素的影响，并且在现目前我国对于矿压的显示规律及支护与周围岩层之间的相互作用规律尚唯有清晰认识的基础之上，对于巷道的设计更应该采用科学有效的方法，要综合以为煤矿巷道的设计经验，分析总结一些设计失败的原因，以宏观的、全面的、科学的依据来作为设计的支撑，从而保证不因为重复进行巷道支护加固而浪费大量的人力、物力、及财力。

1专家系统的概况

专家系统在煤矿巷道设计系统中属于知识库构建中极为重要的一部分，相对于传统的巷道设计理论，专家系统的出现实际上是通过将工程技术人员丰富工程实际经验和相关设计的资源整合基础之上所实现的人工智能。矿业的专家系统开发工作已经有三十多年的历史，尽管研制出的专家系统为数不少，但真正应用与实际的并不多，这主要在于现目前的研究尚处于初级阶段，其系统的成熟需要在实际应用中来获得宝贵的经验。

1.1巷道设计专家系统

在不断的研发之中专家系统已经初具规模，综合国内外的研发成果来看，主要用运用MI开发机研发的煤矿顶板锚杆支护专家系统，用PROLOG语言设计出的回采巷道支护选型与参数确定专家系统、岩体分级专家系统，由自主研发GOLIPS语言设计的坑道分类专家系统，由美国国家矿务局斯波坎研究中心研究设计的专家系统和人工神经网络相结合的评价煤矿顶板支护专家系统，以及由英国煤炭公司设计的巷道支护设计专家系统。这些专家系统虽然较为成熟，但在专家系统研发的过程中一般使用具有较强符号处理功能的人工智能语言来进行，如LISP、PROLOG和CLIPS等语言，这导致了后期在Windows系统下无法正常运用，不能满足于实际应用的要求，并且这些专家系统大多会在时间上耗费大量资金，运行的效率也较低，移植性能较差，设计的实现方便性能差。但随着计算机技术的不断改进和完善，以人工智能技术应用于回采巷道支护设计中的设计知识库体系和理论已经渐渐成熟，并取得了丰硕的成果，其中较为典型的便是锚喷网支护设计专家系统SBSDES和PIES系统。

1.1.1 SBSDES专家系统

SBSDES专家系统采用C语言编写成模块状系统结构，将岩体分级、支护设计、设计决策、绘图等功能集为一体，通过以喷锚网支护设计为核心进行专家知识的构建，以知识库、推理机、学习机、解释器、人机接口等五个部分组成了完善且典型的专家系统结构，并囊括了围岩分类知识、支护设计知识、参数验算与决策知识、监控信息反馈知识，旗下更细分出了22个子知识库，建立起了庞大的信息知识数据库，能够准确做到对工程围岩的稳定性分类，并根据巷道围岩的变形情况及相关反馈信息给出设计方案，并依照相关参数的变化实现对设计的快速修改，通过学习新的成功的工程实例来扩充知识库，以方便后期支护设计参考。

1.1.2 PIES专家系统

PIES专家系统是由西南交通大学等研发的锚喷网支护设计专家系统，其由知识库、数据库、推理机、解释器、知识获取器、用户接口等六个部分构成，通过对工程围岩分类知识和锚喷网支护形式及支护参数选择的经验知识的分层来细化知识库结构，从而实现了分层推理，并且使系统的知识库结构更为清晰，推理过程中所依据的规则相对减少，以加快推理的速度实现了整体设计效率的提高。

1.2巷道支护设计专家系统的基本特征

结合上文所涉及的相关知识点可以看出，现目前在煤矿巷道支护设计专家系统中基本上已经形成了较为完善的知识库、推理机、学习机、人工界面体系，其知识库的主要来源是集合了对国内地下支护设计工程的大范围调查和对一些典型的支护设计工程的深入研究来获取理论依据，并通过不断的现场支护设计来获取经验以完善知识库，再加上近年来国内外在锚杆支护领域的研究成果较为突出，一些先进理论的提出也完善了专家系统的知识库。

2巷道设计系统的应用及问题

专家系统在知识库中一般以数学公式来表达量化的知识点，以IF……THEN的语言构造来表示经验知识，运用常量和变量来对数值型的数据知识进行表达。推理机在推理过程中以正向推理和反方推理为主，在设计人员将相关经过实验后的参数输入计算机后，推理机便能对其进行快速有效地推理，并结合知识库、数据库的相关数据获得推理结果。其中一些带有图形输出功能的专家系统能够对工程的效果进行预测，现目前对于三维可视化技术在矿山开采设计中的应用将大大促进专家系统对于工程效果预测方面的技术水平，从而使得在通过观察预测的过程中结合实际来进行智能化的修改，确保设计的有效性和可靠性。

3 巷道设计专家系统的问题

专家系统现目前依旧不够完善，其存在的问题主要表现在知识获取和表示方面，对于“宽而浅”技术问题上的知识获取较不完整，从而影响了推理机的正常运行，导致推理的失误。此外，在推理机遭到不确定性问题时，推理就会显得模糊，这一问题的解决需要依靠人工神经网络与计算机网络的有效结合，其对于系统研发者而言则是极大的挑战。

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