巷道矿山压力可视化分析与评价系统研究.pdf

分类号分类号TP391 密密 级级 公公 开开 U D C 单位代码单位代码 10424 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 巷道矿山压力可视化分析与评价系统研究巷道矿山压力可视化分析与评价系统研究 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业名称专业名称计算机技术计算机技术 指导教师姓名指导教师姓名 李旭健李旭健 职职 称称 副教授副教授 副指导教师姓名副指导教师姓名 刘厚泉刘厚泉 职职 称称 教授教授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一二年六月二零一二年六月 论文题目论文题目 巷道矿山压力可视化分析与评价系统研究巷道矿山压力可视化分析与评价系统研究 作者姓名作者姓名 李念念李念念 入学时间入学时间 2010 年年 9 月月 专业名称专业名称 计算机技术计算机技术 研究方向研究方向 CAD与图形图像处理与图形图像处理 指导教师指导教师 李旭健李旭健 职职 称称 副教授副教授 副指导教师副指导教师 刘厚泉刘厚泉 职职 称称 教授教授 论文提交日期论文提交日期2012 年年 6 月月 论文答辩日期论文答辩日期2012 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期 RESEARCH ON ROADWAY MINE PRESSURE VISUAL ANALYSIS AND UATION SYSTEM A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY MASTER OF PHILOSOPHY from from Shandong University of Science and Technology Shandong University of Science and Technology by by Li Nian Nian Supervisor Professor LiXuJian Professor LiuHouQuan College of Ination Science and Engineering Li Nian Nian Supervisor Professor LiXuJian Professor LiuHouQuan College of Ination Science and Engineering June 2012 声声 明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和公认的文 献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学 术机关作鉴定。 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和公认的文 献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学 术机关作鉴定。 工程硕士生签名工程硕士生签名 日日 期期 AFFIRMATION I declare that this dissertation, ted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been ted for qualification at any other academic institute. Signature Date 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 摘要 随着计算机信息化在各行各业的应用，有效地提升了行业生产的效率。但煤矿生 产的不稳定性大，更没有一个完整的系统能够有效地预测危险的发生和合理的支护。 本文设计的专家系统,以生产力的发展、节约型社会的建设、生产效率的提高、煤矿生 产的安全性为目的。本文首先综述了国内外采用模糊逻辑、神经网络等算法的专家系 统,在矿山设计方案决策、参数优化、生产系统评价、生产信息化管理、故障预测及诊 断、灾害预测与防治等方面的应用现状。然后给出了解决上述问题的矿压理论方法 , 设计出了可视化软件系统，对表面位移分析、顶板离层分析等五个分析进行合理的设 计，并给出在开采过程中巷道的支护设计。该系统对煤矿开采的安全预测和支护有着 重要的意义。 论文主要从五个方面阐述了巷道矿山压力可视化分析与评价系统表面位移分析 与评价、顶板离层分析与评价、深部位移分析与评价、托锚力分析与评价、锚索工作 阻力分析与评价以及巷道支护设计。基于巷道矿压理论，运用面向对象技术、数据库 技术等技术设计出系统。 用系统工程的方法设计巷道矿山压力可视化分析与系统，基于多源监测数据，在 矿压理论模型的基础上设计出各个分析评价系统与支护设计的软件模型。巷道表面位 移分析研究工作面超前支承压力位于工作面前方的距离，顶板离层（深部位移）分析 研究顶板的危险等级及风险，锚杆托锚力分析研究巷道锚杆工作状态以及锚杆的利用 率，锚索托锚力分析研究巷道锚索工作状态以及锚索的利用率，巷道支护设计根据当 前巷道的顶板破坏高度与巷道的两帮破坏深度确定巷道支护方式和参数。 巷道矿山压力可视化分析与评价系统已在煤炭行业使用，应用情况表明系统能 很好地提高煤矿生产的安全性与稳定性。 关键词矿压分析与评价；安全生产和预测；可视化 ；巷道支护； 山东科技大学硕士学位论文 摘要 ABSTRACT With the development of computer, computer ination system has been used more and more widely in all kinds of applied fields, it improves the efficiency of industrial production effectively. Coalmine production means great instability, but there is no complete system which can predict the occurrence of danger effectively and provide a reasonable support . The expert system designed in the article aims to the development of productivity, the construction of resource-economized society, the improvement of productivity, and the safety of mineral production. This paper firstly reviews the progress situations of expert systems both at home and abroad which use fuzzy logic or neural-network algorithm, and applied to decision-making in mine design, parameter optimization, uation of production systems, production ination management, fault forecast and diagnosis, disaster prediction and prevention. Then gives the theory of mine pressure to solve these problems, and develops a visualization software system. This thesis gives a reasonable and fine design scheme on surface displacement, roof separation and other three aspects, it also introduces a kind of design thinking for roadway support. All in all, it is important for coal mining safety prediction and support to introduce the system proposed in this paper. The thesis elaborates the visual analysis and uation system of mine pressure from the five following aspects surface displacement analysis and uation, roof-off-the-strata analysis and uation, deep displacement analysis and uation, bolt working resistance analysis and uation, cable working resistance analysis and uation and roadway support design. By applying rock pressure theory, the system is designed by using object-oriented and database technology. Visual analysis and uation system of mine pressure is designed by using the way of system engineering, using multi-source-based monitoring data, each software model of analysis and uation system and support design is designed on the model of rock pressure. The roadway surface displacement analysis considers distance in the front abutment scope ahead of the coal face; roof-off-the-strata deep displacement analyzes 山东科技大学硕士学位论文 摘要 danger level and risk of the roof; anchor and drag anchor force analyze the operating state and utilization of bolt anchorage; cable and drag anchor force analyze the operating state and utilization of cable, respectively; while roadway support design determine the s and parameters of the roadway based on the current failure height of hanging wall and damage depth of both sides of the roadway. Our visual analysis and uation system of mine pressure is already in use in the coal industry, and it effectively improves security and stability of coalmine production. Key Words Analysis and uation ofvisualization; Safety production and forecasting; Visualization; RoadWay Support design; 山东科技大学硕士学位论文 目录 目目 录录 1. 绪论绪论1 1.1 研究背景 1 1.2 研究的目的和意义1 1.3 国内外研究现状2 1.4 研究方法及技术路线 3 1.4.1 研究方法4 1.4.2 技术路线4 1.5 论文的主要工作5 1.5.1 论文的主要工作 5 1.5.2 系统的意义6 2.巷道矿压理论巷道矿压理论 7 2.1 巷道矿压监测数据分析理论7 2.1.1 表面位移数据监测与分析7 2.1.2 顶板离层数据监测与分析11 2.1.3 深部位移数据监测与分析15 2.1.4 锚杆托锚力监测与分析18 2.1.5 锚索托锚力数据监测与分析20 2.2 巷道两帮破坏深度和顶板破坏高度确定21 2.2.1 巷道两帮破坏深度确定21 2.2.2 巷道顶板破坏高度确定24 2.3 巷道支护参数和方式的确定26 2.3.1 顶板锚杆支护参数和方式的确定26 2.3.2 巷帮锚杆支护参数和方式的确定31 2.3.3 顶板锚索支护参数和方式的确定33 3. 系统设计系统设计34 3.1 需求分析34 3.1.1 巷道矿压观测数据分析功能需求34 3.1.2 巷道支护功能需求35 3. 2 系统运行环境35 3. 3 系统处理流程36 3.3.1 系统架构37 3.3.2 巷道矿压观测方法40 3.3.3 矿井地质、开采及生产技术41 3. 4 数据库设计44 3.4.1 巷道基本信息表 44 3.4.2 巷道观测方法表 46 3.4.3 巷道观测数据表 48 山东科技大学硕士学位论文 目录 3.5 用户界面设计50 4.系统实现系统实现53 4.1 系统结构53 4.2 .NET开发环境和数据库技术54 4.3 主要功能实现56 4.3.1 表面位移数据分析57 4.3.2 顶板离层（深部位移）分析58 4.3.3 锚杆锚索分析 58 4.3.4 计算顶板破坏高度和两帮破坏深度 59 4.3.5 Word导出功能主要实现59 4.4 系统安全实现60 5. 结论与展望结论与展望 62 5.1 结论62 5.2 展望63 6. 致谢致谢64 7. 附录附录-专业术语释义专业术语释义65 8. 参考文献参考文献68 山东科技大学硕士学位论文 目录 CONTENTS 1. Introduction1 1.1 Background1 1.2 The purpose and significance of the study1 1.3 Research status2 1.4 Research s and technology roadmap3 1.4.1 Research s4 1.4.2 Technology roadmap4 1.5 The main contents5 1.5.1 The main contents5 1.5.2 The significance of the system6 2. Roadway pressure theory7 2.1 Rock pressure monitoring data analysis theory7 2.1.1 Surface displacement data monitoring and analysis 7 2.1.2 Roof separation data monitoring and analysis11 2.1.3 Deep displacement data monitoring and analysis15 2.1.4 Anchor care monitoring and analysis of the anchorage18 2.1.5 Anchor the Soto anchor force data monitori