采场结构参数的遗传优化

文章编号： （ ） ! 采场结构参数的遗传优化 周科平 （长沙矿山研究院，湖南 长沙 ） 摘 要 阐述了遗传算法的基本原理，并将该算法应用于采场结构参数的优化。通过实例计算，证 明用这种算法能获得可靠的采场结构参数，而且该算法克服了传统方法的不足，因而具有较大的应 用价值。 关键词 遗传算法；采场结构参数；优化 中图分类号： ， 文献标识码： （ ， ， ， ） ， ； ； 采场结构参数优化是采矿设计当中经常碰到的 问题，由于影响采场结构参数的因素十分复杂，所以 很难用一个数学 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式来描述它们之间的关系，从 而给采场结构参数的优化造成一定的困难。传统的 优化方法往往要求有一个明确的数学表达式，并且 连续、可微，这往往是不现实的。现代工程结构设计 中，大量的应用问题要求结构优化能够适合于各种 类型的设计变量、各种类型的约束及各种类型单元 组合结构的线性、非线性、静力、动力或控制结构优 化等。若有一种算法具有这种高度鲁棒性，则有利 于获得安全理想的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。研究指出：近年来受 到工程界广泛重视的基因遗传算法具有这种潜力。 作为一种优化方法，基因遗传具有以下特征： （ ）基因遗传对优化问题的限制极少，既无可 微性要求，也无连续性要求，仅要求为一可计算问 题； （ ）基因遗传与传统优化方法（如梯度法）的主 要区别在于基因遗传同时搜索解空间的许多点，因 而可以有效地防止搜索过程过早地收敛于局部最优 解，而用较大的把握求得全局最优解； （ ）基因遗传虽具有随机性，但它并不是在解 空间中盲目地进行穷举式的搜索，而是一种启发式 的搜索。其趋优的搜索轨迹，往往仅限于解空间中 的一个极小的子集； （ ）基因遗传易于采用并轨机制作并行高速运 算，因而具有很大的发展潜力。 基于以上特点，作者认为可将其有效地应用于 采场结构参数优化的问题中。 遗传算法的基本原理 遗传算法（ ）是基于 的进化论和 的遗传学说。 的进化论认为每一物 种在不断的发展过程中都是越来越适应环境。物体 的每个个体的基本特征被后代所继承，但后代又不 完全同于父代，这些新的变化，若适应环境，则被保 留下来。 的遗传学说认为遗传是作为一种 第 卷 第 期 年 月 矿 业 研 究 与 开 发 """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ! 收稿日期： 作者简介：周科平（ ），男，湖南衡阳县人，高级工程师，博士生，主要从事岩石力学研究 指令遗传码封装在每个细胞中，并以基因的形式包 含在染色体中，每个基因有特殊的位置，并控制某个 特殊的性质，每个基因产生的个体对环境有一定的 适应性，基因杂交和基因突变可能产生对环境适应 性更强的后代，通过优胜劣汰的自然选择，适应值高 的基因结构就保存下来。 是将问题的求解表示成“染色体”，从而构 成一群“染色体”。将它们置于问题的“环境”中，根 据适者生存的原则，从中选择适应环境的“染色体” 进行复制，通过交换、突变两种基因操作产生出新的 一代更适应环境的“染色体”群，这样一代代地不断 进化，最后收敛到一个最适合环境的个体上，求得问 题的最优解。附图示出了 的基本步骤。 附图 遗传算法程序框图 利用遗传算法来解决一个具体的优化问 题，一般分为以下三个步骤。 首先找到有效且通用的编码方法，将问题的可 能解编码成为限位的字符串。根据编码方法定义一 个适应度函数，用以量测和评价各解的性能。确定 遗传算法所使用的各参数的取值，如群体规模 ，交 叉概率 ，突变概率 。 第二步是由遗传算法寻找最佳串： （ ） ，随机产生几个串，构成初始群体 ； （ ）计算各串和适应度 ， ， ⋯ ； （ ）根据 对群体进行复制操作，以概率 对群体进行交叉操作，以概率 对群体进行突变 操作，产生新的群体； （ ） ，计算各串的适应度 ； （ ）终止条件是否满足，若不满足，返回（ ）； （ ）找出最佳串 ，结束。 第三步是根据最佳串 ，给出实际问题的最 优解。 目标函数的确定 用遗传算法求解优化问题，需要首先定义一个 目标函数。长期以来，工程中一直沿用以安全系数 作为评价工程结构的稳定性依据，即： （ ） 式中： ———安全系数； ———系统或结构的抗力； ———系统或结构的荷载效应。 因此该方法是用定值处理结构的不定性问题， 理论上有一些明显的缺点，主要表现在： （ ）由于在实际工程结构中， 和 都是变化 的，不确定的，为随机变量，无法知道其精确值，所以 无法保证安全系数的准确性； （ ）安全系数的取值，主要靠经验，有一定的任 意性，所以不能反映工程的实际安全程度； （ ）由于安全系数不能反映实际安全，所以尽 管确定了安全系数，各种不同材料的结构和不同受 力状态的岩体，它们的安全程度无法比较。 采用以可靠度表示的可靠性设计法则是以概率 分布表示不确定性因素的一种设计方法，认为荷载 及材料参数均为服从一定分布规律的随机变量，将 确定型的设计方法转化为概率型设计方法，能更全 面地考虑影响结构可靠性诸因素的客观变异性，与 工程实际更相符。因此，采场结构参数优化的目的 是选择合适的采场结构参数，使采场结构的可靠性 最大。 采场结构可靠度计算 计算结构可靠度的方法有多种，目前主要有 法、 法、随机有限元法、有限元正交设计 算法等。本文采用以正交计算法与 程序来计 算采场结构的可靠度。 假定第 个岩石力学参数 为服从正态分布 的随机变量，该变量在其下限 附近变化， 就在 和 之间计算。令随机变量 的中值为 （ ）／ ，变化区间! （ ）／ ， 矿 业 研 究 与 开 发 第 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 卷 其标准差为 。工程中 通常取为 ，则 的上、 下限分别为： （ ） （ ） 对每个随机变量作线性变换： （ ） （ ） 这样就建立了 与 取值的一一对应关系， 变换后，结构功能函数 与岩石力学参数 的关 系转化为与标准化变量 与 的关系。 选用适当的正交设计表，在标准化变量空间中 进行数次有限元计算，并根据正交设计表构造出适 当的正交回归多项式，求出各回归系数，最后算出功 能函数 的值 和方差 ，则采场结构的可靠指 标为： 。 （ ） 结构破坏概率为： ｛ ＜ ｝ （ ） （ ） 在岩土工程结构的稳定可靠性分析中，一般考 虑内摩擦角 ，内聚力 ，弹性模量 ，泊松比 ，容 重 ，地下水及外载荷等参数。在地下工程结构中， 通常采用库仑—纳维尔破坏准则为基础，将围岩中 的主应力及内摩擦角和内聚力视为随机变量，其极 限状态方程取为： （ ） 式中： ， ———分别为第一、三主应力； ， ———分别为内摩擦角和内聚力，均视为 随机变量。 应用实例 本文以某矿山的一个采场为例，分析优化其结 构参数。经过优化分析选择，适合的采矿方法为空 场采矿嗣后崩落采矿法，因此所选择的采场结构参 数必须保证在顶板崩落之前整个采场结构的稳定 性。表 为该矿体的岩石物理力学参数。其中弹性 模量、粘结力、内摩擦角、抗拉强度均为服从正态分 布的随机变量，其统计参数见表 。 表! 岩石物理力学参数 岩 石 密度试验 密度 !（ ／ ） 劈裂试验 抗拉强度 " （ ） 单轴压缩试验 单轴抗压强度 " （ ） 弹性模量 （ ） 泊松比 斜面剪切试验 粘结力 （ ） 内摩擦角 （ ） 三轴压缩试验 相关系数 粘结力（ ） 内摩擦角 （ ） 小扁豆状灰岩 灰岩 硅质岩 表" 岩体特性统计参数 参 数 均 值 变异系数 标准差 （ ） #（ ） （ ） " （ ） 按前述方法对随机变量 ， ， ， 进行线性 变换将其转化为相应的标准化变量 与 （ ， ， ， ），选取正交设计表 （ ），按该正交表采用 程序进行 次计算，得到功能函数的正交多 项式： Z Z ＜ Z ＜ ＜ · · · （ ） 其中： Z （ ） Z （ ） Z · · （ ） Z · · · （ ） Z · · · · （ ） 其中： 为第 次 计算； 为第 次 计 算的功能函数值， 为正交设计表中第 个变量的 第 次计算取值。 由（ ）式得功能函数 的均值和方差为： 第 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 期 周科平 采场结构参数的遗传优化 ! "0 （14） #2 3 1 "2 "2 "2 "21234 （15） 进而由（5）式求出各单元的可靠指标，再由（6） 式求出单元的破坏概率。 经过分析可知，采场顶板中部为采场结构的薄 弱环节，分别在采场跨度为10，12，14，16，18，20， 24，26 m 的情况下，计算出顶板中部的可靠性指标， 其结果见表3。 表! 不同跨度采场顶板可靠性指标 跨度（m） 可靠指标! 破坏概率（%） 10 3 .45 1 .30 12 3 .23 1 .75 14 3 .04 2 .85 16 2 .52 3 .62 18 2 .12 4 .87 20 1 .75 5 .14 22 1 .54 6 .38 24 1 .21 19 .25 26 0 .97 25 .37 用表3 中的数据作为初始群体，应用遗传算法 进行优化，优化的采场结构参数为：采场跨度22 .41 m，此时的可靠性指标为1 .48，破坏概率为7 .43 %。 经过FLAC 数值计算验证，采场顶板最大拉应力为 4 .092 Mpa，没有超过顶板岩石的最大拉应力，因此 结果是可靠的。 5 结 论 （1）采用遗传算法来优化采场结构参数，从根 本上克服了传统方法的不足，所取得的结果是可靠 的。 （2）采用可靠度作为目标函数来优化采场结构 参数，能较好地接近于工程实际。 参 考 文 献 1 王维钢.高等岩石力学理论.北京：冶金工业出版社，1996 . 2 姚宝魁，刘竹华.矿山地下开采稳定性研究.北京：中国科学技术 出版社，1996 . 3 肖专文等.遗传算法与神经网络协同求解采矿工程中的优化问 题.中国矿业，1998（1）. 4 周麟.房柱采矿法采场顶板的可靠性分析.金属矿山，1998（1）. 5 王家臣，刘琦，骆中洲.边坡可靠性分析的非线性有限元正交设 计算法.化工矿山技术，1994（2） . （上接第"页） !.! 注浆量及注浆效果分析 利用注浆锚杆进行壁后充填时，每孔注浆量均 较大，平均每米巷道的注浆量约2 t 水泥。从注浆 施工来看，随围岩裂隙发育程度不同，浆液扩散范围 变化较大，一般均在2 m 以上。 4 技术经济效益分析 祁南煤矿中央风井车场绕道砌碹段自1997 年 5 月25 日采用锚注支护技术修复加固后，巷道十分 稳定。据观测，巷道无变形。采用锚注支护技术对 该巷道进行修复加固，仅用了15 天时间，如采用拆 碹架棚修复加固，至少需要30 天时间，可见采用锚 注支护技术对砌碹巷道修复加固比采用架棚支护施 工速度至少提高一倍。 中央风井车场绕道砌碹段采用29 U 型钢修复 加固的单价要达到6442 .85 元／m，而采用锚注支护 的单价为2065 .55 元／m，每修复加固1 m 巷道节约 4377 .3 元。祁南煤矿采用锚注支护技术修复加固 中央风井车场绕道砌碹段及同类巷道207 .6 m，节 约成本90 .61 万元。 参 考 文 献 1 林登格，韩立军等.组合注浆锚杆及喷射混凝土加固斜井井筒. 建井技术，1996（3）. 2 易恭猷等.极不稳定巷道合理支护技术.中国煤炭，1996（6） . 俄罗斯两大铝厂达成合作 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 俄罗斯第四大铝厂西伯利亚- 乌拉尔铝公司日前宣布，将同俄罗斯Trast konsalt 公司联合，后者 拥有俄罗斯第六大铝厂———博格斯洛夫斯基铝厂。 去年这两家铝厂的产量总计约占俄罗斯铝产量的16 %。据悉，两家公司已签署了一合作意 向，并将在今年秋天探讨具体的合并方式。 01 矿 业 研 究 与 开 发 第20 卷 采场结构参数的遗传优化 作者： 周科平， ZHOU Ke-ping 作者单位： 长沙矿山研究院,湖南,长沙,410012 刊名： 矿业研究与开发 英文刊名： MINING RESEARCH AND DEVELOPMENT 年，卷(期)： 2000,20(3) 被引用次数： 4次 参考文献(5条) 1.王家臣;刘琦;骆中洲 边坡可靠性分析的非线性有限元正交设计算法 1994(02) 2.周麟 房柱采矿法采场顶板的可靠性分析 1998(01) 3.肖专文 遗传算法与神经网络协同求解采矿工程中的优化问题 1998(01) 4.姚宝魁;刘竹华 矿山地下开采稳定性研究 1996 5.王维钢 高等岩石力学理论 1996 引证文献(4条) 1.任红岗.谭卓英.蔡学峰.黄真劲 分段空场嗣后充填法采场结构参数AHP-Fuzzy优化[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-北京科技大学学报 2010(11) 2.崔少东 石人沟铁矿采场结构参数的优化研究[学位论文]硕士 2006 3.韩现民 石人沟铁矿露天转地下过渡期开采采场结构参数研究[学位论文]硕士 2005 4.郭忠林 2000年云南采矿年评[期刊论文]-云南冶金 2001(2) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kyyjykf200003003.aspx