[发明专利]煤矿井下巷道锚护网络结构的多目标智能优化设计方法

摘要

一种煤矿井下巷道锚护网络结构的多目标智能优化设计方法，属于锚护网络结构设计方法。将煤矿井下锚护网络参数设计建模为一个多目标优化问题，以支护质量和支护成本为目标函数，其中对于支护质量，建立支护质量代理模型，同时兼顾锚杆布局存在的多种约束，建立煤矿井下巷道锚护网络结构参数设计的两目标优化模型，最后，采用多目标智能优化方法求解上述两目标优化模型，得到最佳锚护网络结构参数方案集，采用该解集的锚护方案，指导巷道锚护网络结构的设计。将本方法用于指导煤矿井下巷道锚护网络结构的设计，有效地保证了锚护网络结构的合理性和科学性，从而保证了煤矿井下安全、经济的施工。

主权项

1.一种煤矿井下巷道锚护网络结构的多目标智能优化设计方法，其特征在于：建立煤矿井下巷道锚护网络结构参数设计的多目标优化模型，并采用多目标智能优化方法对建立的多目标模型进行求解，实现对锚护网络结构的优化；方法步骤如下：(1).建立锚护网络结构参数的支护质量代理模型锚护网络采用锚杆和锚索构成的组合支护形式；巷道支护质量反映在锚护网络作用下，巷道围岩的稳定性程度，通过巷道顶底板移近量和巷道两帮移近量来加以度量，对锚护网络结构参数和围岩变形量之间的高度非线性关系进行辨识，得到支护质量的代理模型；(2).兼顾支护质量与支护成本的多目标优化设计模型为满足煤炭开采的安全性和经济性要求，锚护网络结构方案的相应评价指标包括两个部分；其一，采用支护质量Quality(x)体现安全性要求；其二，采用支护成本Cost(x)体现经济性要求；兼顾支护质量和支护成本两方面要求，建立煤矿井下巷道锚护网络结构参数的二目标优化模型；二目标优化模型为：针对支护质量，建立支护质量代理模型；针对支护成本，选取巷道打设锚杆和锚索所需支护材料的总价来表示支护成本的数学模型，将决策变量在实际应用中的取值范围，作为约束条件加到数学模型中，最终建立煤矿井下巷道锚护网络结构参数设计的两目标优化模型；(3).采用进化算法求解多目标数学模型采用多目标进化算法对上述建立的兼顾支护质量与支护成本的多目标优化模型进行求解，得到Pareto最优解集，实现锚护网络结构参数优化设计；支护质量代理模型采用以下步骤获得：Step1：采用正交试验法和数值模拟方法，产生样本数据集；Step2：采用监督学习方法训练样本数据，对锚护网络结构参数和围岩变形量之间的高度非线性关系进行辨识，得到支护质量的代理模型。