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《辽宁工程技术大学》 2004年
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煤岩体后破坏的理论研究及预测

陈刚  
【摘要】:本论文针对煤岩体材料变形的后破坏进行了分析,从破坏的终结形式和后果的预测 两个方面进行了详细的讨论,其主要结果如下: 首先,对煤岩体材料后破坏的机理和过程进行了理论上的研究。本文应用应变梯度塑性理论对煤岩体材料在单轴压缩条件下的变形局部化问题进行了探讨。在一维条件下,本文得到煤岩材料在单轴压缩条件下塑性应变的解析表达式,给出了变形局部化带宽度的计算公式;在二维条件下,建立了Mises屈服准则下平面应变、平面应力两种情况的煤岩体材料变形局部化带宽与其倾角的关系式,讨论了在不同条件下倾角的变化范围;讨论了带宽最大值和最小值形成的条件;给出了煤岩体材料Ⅰ、Ⅱ类变形破坏的条件并推出破坏的临界角度;平行地建立了在Drucker-Prager屈服准则下平面应力情况煤岩体材料变形局部化带宽与其倾角的关系式。同时,考虑到应变梯度塑性模型的局限性,本文把率模型与梯度塑性模型结合起来研究了一维情况下四阶及二、四阶混合模型下的内尺度变化的规律及稳定性条件,并把上述结果推广到二维情形,讨论了一维、二维情形下煤岩材料变形局部化带宽及相关问题。 其次,对煤岩体材料后破坏的结果进行了预测—冲击地压最大震级的神经网络预测及遗传算法与神经网络的融合预测。首先对BP 算法进行改造,建立了多层前向神经网络异步迭代算法和一种带有松弛因子的动态异步迭代算法,上述算法能够有效克服网络的麻痹现象及局部极小问题,仿真试验结果验证了理论分析的正确性;利用上述得到新算法,对煤岩体材料变形后破坏的宏观表现形式—冲击地压进行了预测,提高了冲击地压预测方法的精度。另外,鉴于BP 算法自身缺陷,对基本遗传算法进行了改进,提出了一种具有全局搜索能力混合优化算法—基于遗传模拟退火的优化BP 算法。本文利用该算法对网络结构、权值和阈值进行了优化,经优化后得到网络的一组权值和阈值,在此基础上对新汶煤业集团华丰矿1999年—2000年的现场冲击地压数据进行了预测,其效果达到了预定要求。 最后,在上述预测方法的基础上开发了矿山灾害—冲击地压的预测系统。系统选用MATLAB 6.1软件,完成了集查询、训练、预测功能为一体、界面友好、操作简单的系统设计。该系统具有算法评价、系统训练和实际预测等八种功能。用户可自主选择算法,从实例库中提取典型震例进行训练,可用于现场的实际预测。
【学位授予单位】:辽宁工程技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TD324

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