毕业设计（论文）-矿震在线监测预警系统

毕业设计（论文）-矿震在线监测预警系统 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 姓 名: 学 号: 学 院: 计算机科学与技术 专 业: 计算机科学与技术 设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 专 题: 指导教师: 职 称: 副教授 2011年6月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 计算机学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期:2011 年 1月10日 毕业设计日期: 2011年 2月 21日至 2011 年 6月 15日 毕业设计题目:矿震在线监测预警系统 毕业设计专题题目: 毕业设计主要内容和要求: 实现一款矿震在线监测预警系统，可以对矿井的信息进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 预测，煤矿用户可以将监控中心的计算机生成的PLOT报表上传到服务器上，专家可以查看煤矿的PLOT报表，根据报表的数据给出相应的建议，使煤矿对工作面的矿震情况及其危险情况有一定的了解。煤矿可以及时的做出相应的应对措施，来减少财产损失和人员伤亡。 矿震监测预警系统主要包括用户、专家、管理员三个模块，主要完成包括用户注册、用户登录、新建工作面、上传PLOT报表、查看专家建议等用户操作以及查看所选工作面信息、发表建议等专家操作和添加专家账户、管理用户信息、管理专家信息等管理员操作。 院长签字: 指导教师签字: 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语(?基础理论及基本技能的掌握;?独立解决实际问题的能力;?研究内容的理论依据和技术方法;?取得的主要成果及创新点;?工作态度及工作量;?总体评价及建议成绩;?存在问题;?是否同意答辩等): 成 绩: 指导教师签字: 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语(?选题的意义;?基础理论及基本技能的掌握;?综合运用所学知识解决实际问题的能力;?工作量的大小;?取得的主要成果及创新点;?写作的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 程度;?总体评价及建议成绩;?存在问题;?是否同意答辩等): 成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 有一有原提 出 问 题 正 基本 没有 般性则性确 正确 回答 错误 错误 答辩委员会评语及建议成绩: 答辩委员会主任签字: 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩: 学院领导小组负责人: 年 月 日 摘 要 随着矿山浅部资源的逐渐枯竭，面向深部开采将成为煤炭企业可持续发展的一种必然趋势。在深部开采过程中，必将面临着许多安全问题，而矿震(冲击矿压)则是深部开采所面临的最为严峻的安全问题。为了矿山的可持续发展及井下人员的生命安全，非常有必要加强矿震活动规律及其危险性预测预警等基础研究。 本论文分析了矿震的监测与预警问题，讨论了矿震的原理、矿震的监测、矿震的预警等几个重要的问题。着重论述了三者的原理，实现方法等。 利用此系统可以实现矿震的简单监测预警，煤矿可以把各个工作面的实时PLOT报表传到服务器上;专家在登录系统后，便可看到这些报表，同时可以针对每个工作面的安全问题给出相应的建议，煤矿就可以根据专家的建议，对矿震做出相应的应对措施;管理员负责整个系统的安全与稳定问题。 关键词:冲击矿压; 矿震; 监测预警; 微震监测 ABSTRACT As the superficial resource in mine is being exhausted, it's an inevitable trend to mine deeply for sustainable development of company. During mining deeply, there are some secure problems. Mine tremor (rock burst phenomena) is the most serious secure problems in deeply mining. It's necessary for sustainable development of company and people's life to research the response law and risk for prediction of mining-induced seismicity. This paper analyzes the monitoring and early warning of mine tremor; three topics are mainly discussed in the paper: the principles of mine tremor, the monitoring of mine tremor, the early warning of mine tremor and several other important issues. So, the paper focuses on the three principles, implementation method, etc. This system can achieve a simple monitoring and early warning of mine tremor, the user of coal can upload the PLOT to the server, when experts login to the system, they will see the report, and they can give suggestion of the problem of mine tremor to the working face; According to the advice of experts, the user of coal can do something to the mine tremor; Administrator responsible for security and stability of the entire system. Keywords:rock burst phenomena; mine tremor; monitoring and early warning; mine tremor monitoring 目 录 1 绪论 ....................................................................................................................................... 1 1.1 研究意义 ...................................................................................................................... 1 1.2 矿震研究现状 .............................................................................................................. 1 1.3 矿震的监测预警技术研究 ........................................................................................... 2 1.4 矿震监测进一步研究方向的展望................................................................................ 3 2 矿震监测的基本原理及其系统介绍 ..................................................................................... 4 2.1 矿震监测基本原理 ....................................................................................................... 4 2.1.1 地震波理论......................................................................................................... 4 2.1.2 矿震监测震源定位原理 ..................................................................................... 5 2.1.3 矿震监测冲击矿压原理 ..................................................................................... 5 2.2矿震监测系统的基本组成与功能 ................................................................................ 6 2.2.1 矿震监测系统的基本组成 ................................................................................. 6 2.2.2 矿震监测系统的功能 ......................................................................................... 6 3 煤矿安全预警理论研究 ........................................................................................................ 7 3.1 煤矿安全预警内涵及特点 ........................................................................................... 7 3.1.1 煤矿安全预警内涵 ............................................................................................. 7 3.1.2 煤矿安全预警的特点 ......................................................................................... 7 3.2 煤矿安全预警管理理论的方法体系 ............................................................................ 8 3.2.1 组织保障体系 ..................................................................................................... 8 3.2.2 预警的核心内容 ................................................................................................. 8 3.2.3 预警管理基础工作及技术支持 .......................................................................... 9 3.3 煤矿安全预警运转模式及职能 ................................................................................... 9 3.3.1 煤矿安全预警运转模式 ..................................................................................... 9 3.3.2 煤矿安全预警职能 ........................................................................................... 10 3.4 预警界限确定 ............................................................................................................ 11 4 矿震监测预警系统的设计................................................................................................... 12 4.1 系统框架 .................................................................................................................... 12 4.2 系统功能模块设计 ..................................................................................................... 12 4.2.1 煤矿用户模块 ................................................................................................... 12 4.2.2 专家模块 .......................................................................................................... 13 4.2.3 管理员模块....................................................................................................... 13 4.3 矿震监测预警系统数据库设计 ................................................................................. 14 4.3.1 煤矿用户信息表 ............................................................................................... 14 4.3.2 工作面信息表 ................................................................................................... 14 4.3.3 PLOT信息表 ..................................................................................................... 14 4.3.4 建议信息表 ............................................................................................................. 15 4.3.5 专家信息表....................................................................................................... 15 4.3.6 管理员信息表 ................................................................................................... 15 5 矿震监测预警系统详细设计与编码 ................................................................................... 16 5.1 系统流程图与界面设计 ............................................................................................. 16 5.1.1 系统连接图....................................................................................................... 16 5.1.2 界面设计 .......................................................................................................... 16 5.2 主要代码 .................................................................................................................... 19 5.2.1 用于数据库处理的公共类—sqlHelp ................................................................ 19 5.2.2 添加工作面功能主要代码 ............................................................................... 21 5.2.3 更改密码主要代码 ........................................................................................... 21 5.2.4 上传图片主要代码 ........................................................................................... 22 5.2.5 管理员身份验证 ............................................................................................... 24 结 论 ..................................................................................................................................... 25 参考文献 ................................................................................................................................. 26 翻译部分:.............................................................................................................................. 27 英文原文 ........................................................................................................................... 27 中文译文 ........................................................................................................................... 31 致 谢 ..................................................................................................................................... 34 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第1页 1 绪论 1.1 研究意义 煤炭是我国的基础能源，对经济建设和社会发展具有重要的作用，是我国可持续发展战略实施的资源保证。我国煤炭资源分布广泛，总量丰富，储量居世界前列，且煤类齐全、煤质优良。煤炭资源是我国经济、社会发展的物质基础，在我国一次能源的消费构成中占了76.4%的比重，是我国主要的能源，同时又是重要的有机化工原料，从煤中可以提取200多种生产和生活必需品。在未来新能源大规模利用之前，煤炭将是支持我国能源供应的国内主要品种，是我国今后经济可持续发展的保障。 我国的煤炭资源条件较差，90%以上的煤炭产量来自地下开采，经过长期大规模的开采，我国中东部产煤区的浅部煤炭资源已逐渐枯竭，煤炭工业呈现出逐渐向深部转移，向西部迁移的趋势。据不完全统计，到现在为止，超过1000米得矿井达30多处，随着国民经济的发展，对煤炭的需求越来越大，煤矿的深度将进一步加深。 随着煤矿深度的加深，一些问题也就随之出现，与浅部岩体相比，深部岩体表现出以冲击矿压、矿震、突水、顶板大面积垮落为代表的煤矿灾害事故，其中冲击矿压作为采矿活动诱发的破坏性矿震，以其突然、急剧、猛烈的破坏特征严重的威胁着矿山的安全生产，并给我国的煤炭工业造成了巨大的经济损失和人员伤亡。许多原来没有发生冲击矿压的矿井，现在也开始发生;原来发生过冲击矿压的矿井，现在冲击矿压致灾的强度越来越大，频率越来越高。较强的冲击矿压或矿震还会引起地面的强烈震动而导致建筑物的破坏，对于高瓦斯矿井，冲击矿压或矿震还有可能诱发煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸以及顶板突水等重特大恶性事故，使冲击矿压的危害更显现突出。 冲击矿压所造成的破坏后果日益严重，引起了各国的注意。目前世界采矿大会国际岩石力学局成立了冲击矿压研究小组。国内也有一些专家致力于冲击矿压的研究，目前冲击矿压的一些监测手段有:钻屑法、电磁辐射的局部监测手段和微震监测系统，微震监测系统虽然在煤矿安全中起到了较大的作用，但是，所监测的信息仍然没有得到完全的开发和应用，仍处于初级阶段。所以，有待对冲击矿压或矿震的监测系统的完善。 随着Internet的发展与普及，网络的应用逐渐渗透到各个领域，网络的普及同样对于煤矿的安全生产起到了很大的作用，可以更方便的监测煤矿的冲击矿压或矿震等一系列煤矿信息，尽最大可能的为煤矿提供安全预警，及时的做出相应的安全措施，减少财产损失和人员伤亡。 本课题研究了基于ASP.NET的动态网页，实现了对SQL Server数据库的调用和信息的Web发布的B/S模型的监测和预警系统，对煤矿的安全生产具有一定的意义。 1.2 矿震研究现状 矿震即矿山地震，是矿山开采引起的地震活动。矿震是各类诱发地震中危害性最大的一种，直接关系到矿山的安全问题。矿震也是世界深层采矿作业中最难掌握的现象，世界上的许多国家都开展了对矿震的研究。 按矿震发生地点，矿震分为发生在开采面附近的矿震和发生在地质不连续面的矿震。发生在开采面附近的矿震和采矿活动有关，其能量来源于自重及岩体活动。当开采引起的 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第2页 附近应力与构造应力相互作用时，如果引起断裂面的重新滑移，即是发生在地质不连续面的矿震，由于与构造应力有关，有时也称为构造型矿震。 按矿山类型分，矿震分为煤矿中的矿震、钾盐矿中的矿震、金属矿中的矿震，矿山类型的不同，矿震机理也不同，表现出的特征也不同。煤矿中的矿震主要是煤体内弹性能高度集中，超过了煤体强度而发生的。综合看来，矿震具有以下几大特征: 1矿井顶板断裂、滑移失稳、地表塌陷、冲击矿压等由采矿活动直接造成的震动均属于矿震的范畴。 2破坏性矿震(造成冲击矿压)所需要的能量级别因开采和地质条件的变化而各不相同，当震级越大的矿震，造成破坏性后果的可能性也越高。 冲击矿压通常是指在一定条件的高地应力的作用下，煤矿井巷或采煤工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬时释放而产生破坏的矿井动力现象，常伴随有巨大的响声、煤岩体被抛向采掘空间和气浪等现象。它往往造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的破坏。 根据岩体应力状态的不同，冲击矿压可分为: 1重力型冲击矿压:主要受重力的作用，没有或极少构造应力影响的条件下引起的冲击矿压，通常与矿井的开采深度密切相关; 2构造应力型冲击矿压:主要受构造应力的作用引起的冲击矿压，常见的地质构造为断层、褶曲等这种类型的冲击矿压与开采深度关系不大，通常临界深度较浅; 3重力-构造型冲击矿压:受重力和构造应力共同作用引起的冲击矿压。 根据诱发冲击的能量来源，可将冲击矿压分为: 1煤体(煤柱)型冲击矿压:这种类型的冲击矿压主要是高应力状态的煤体或煤柱中所积聚的大量弹性应变能受到采掘扰动而突然释放，往往表现为煤体的突出、片帮等; 2顶板型冲击矿压:主要因较硬煤层上方存在一层较厚甚至巨厚且极其坚硬的砂岩顶板，当坚硬顶板初次或周期性破断时，将会释放大量的弯曲弹性能，能量在完整性岩层以及硬煤层中传播时，衰减较少，很容易诱发冲击矿压，造成煤体突出，破坏井巷。 根据震级强度和抛出的煤量，可将冲击矿压分为: 1轻微冲击(I级):抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击矿压; 2中等冲击(II级):抛出的煤量在10,50t，震级在1,2级的冲击矿压; 3强烈冲击(III级):抛出的煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击矿压。 1.3 矿震的监测预警技术研究 煤矿矿震(冲击矿压)的预警预报是基于煤岩动力灾害的机理认识，目前煤矿动力现象的预测预报是围绕煤矿动力现象发生的强度理论和能量条件进行的，预测方法除了以往的经验类比法外，大致可分为两大类:一类方法是以钻屑法为基础的局部探验法，包括煤岩体变形观察法、煤岩体应力测量法、流动地音检测法、岩饼法，主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度;第二类方法是系统监测法，包括微震系统监测法，电磁辐射法、声发射等采矿地球物理方法，根据连续记录煤岩体内出现的动力现象，预测煤矿动力现象危险状态。由于第二类方法，特别是微震系统监测法，主要采用地球物理的方法进行实时、连续、动态、非接触的监测，并对震源进行精确定位。微震监测系统是一种区域性、局部及时监测手段，具有远距离、动态、三维、实时监测的特定，能够给出震动后的各种信息， 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第3页 并根据震源情况确定破裂尺度和性质，具有不损伤煤柱、劳动强度小、时间和空间连续等优点。该技术目前被公认为煤岩动力灾害，特别是对于煤矿冲击矿压预测预报是最有效和最有发展潜力的监测方法之一，能够为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供依据。 目前，微震监测技术已成为煤矿动力现象监测预警的主要手段之一，南非、波兰、捷克和加拿大等国已形成了国家型微震监测网，并在动力灾害预测预报中得到了广泛的应用，但很多不能直接应用于中国矿区。在我国，采用微震监法预测冲击矿压尚处于试验研究阶段，1984年，从波兰引进的地音-微震观测系统分别在北京门头沟矿、抚顺龙凤矿等几个冲击矿压严重的地区运转，并取得了明显的经济效益。近年来，窦林名、齐庆新等人与波兰、德国、南非、加拿大等外国公司合作，在国内安装了10多套微震监测系统，对推动动力灾害的区域性监测预警起到了促进作用。总之，微震技术在国外进行的较早，相对也比较成熟，并在不同的领域取得了一系列开创性成果，但是，国内微震监测技术对冲击矿压的研究应用还没有深入，目前还不能够满足临场监测的需求。 1.4 矿震监测进一步研究方向的展望 近年来，地震学在矿山矿震(冲击矿压)研究领域日益广泛应用，极大地推动冲击矿压震源机理的研究。已有的矿震研究结果己经证实:矿山地震和天然地震的破裂机制具有相似性。当然，不同矿山地震由于诱发成因不同，破裂机制也各有特点。目前，受冲击矿压震源机理认识的局限，现有微震监测系统的冲击预测精度和各种重要指标的准确性和可靠性尚不够高。不同震动类型诱发冲击矿压的震源机理还没有进行系统的研究，现有的双力偶、集中力偶等震源机制对许多矿山微震事件都无法给予合理解释。因此，揭示不同冲击矿压类型(顶板型、煤柱型、构造型等)的震源过程，寻找较好的矿震理论来解释和指导冲击矿压的监测预报和防治实践，是微震法监测预报冲击矿压的首要任务。 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第4页 2 矿震监测的基本原理及其系统介绍 2.1 矿震监测基本原理 很多种材料在承受荷载时，都会有声发射现象发生。所谓声发射现象，就是材料在外界应力作用下，其内部将产生局部弹塑性能集中现象，当能量积聚到某一临界值之后，会引起微裂隙的产生与扩展，微裂隙的产生与扩展伴随有弹性波或应力波的传播，其后果就是产生声发射，相对于较大尺度的岩体，在地质上也称为微震，并在周围岩体快速释放和传播。一般情沉下，微震信号的强度很弱，人耳不能直接听到，需要借助灵敏的电子仪器来检测。煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出、突水等地质灭害，与伴随岩体破裂、裂隙扩展而产生的微震现象有着必然的联系。 实现矿山动力灭害预警、预报的可能性首先是得益于微震监测技术的出现。下面从几方面介绍矿震监测的基本原理。 2.1.1 地震波理论 1地震波的基本类型及基本定律 地震波是通过地球传播的机械波，地震波主要分为两种: (1)体波，在地球内部传播。体波分为两种:纵波或P波与横波或S波。 (2)面波或导波，沿某些表面传播。面波主要分为以下几种:一是勒夫波(L)和瑞利波(R)，沿地球自由表面传播;二是斯通利波，它与瑞利波有关，沿地球内部不连续面传播;三是通道波，沿地球内部的某些低速层传播。 体波可认为是“自由波”，即它们能在地球内部各方向自由传播。而面波是“限制波”，它们局限于在某些表层或层位传播。 除了传播方式以外，不同波型的质点运动和传播速度也不同。P波传播速度最快，波速的快慢次序分别为P波、S波、L波、R波。因此在离震源一定的距离，首先观察到的是P波，然后是S波，随后记录到L波，最后记录到R波。 对于上述各种不同波型，只有弹性理论才能全面地阐明不同的地震波，换言之即阐明压缩或膨胀(P波)作用下的物质和剪切应力(S波)作用下的物质的性质。各种情况均可用精确的数学表达式来表示。但都遵循一些基本的假设: (1)相邻质点间的相对位移是无限小的。 (2)物质完全是弹性的，即应力是应变的齐次、线形函数、反之亦然。一般使用普通形式的胡克定律。 (3)物质是各向同性的，即弹性参数与方向无关(即各向弹性参数相同)。 (4)外力，如重力、摩擦等可被忽略。 2地震波的波动方程 经典弹性理论是弹性波的理论基础，也是进一步研究地震波在其它介质中传播的理论基础。所以这里只介绍地震波在弹性介质中传播的波动方程，主要是横波和纵波的波动方程，亦即体波的波动方程，因为本课题中的微震监测系统在研究地震波的传播问题时就是把介质看作是均质弹性介质。 对于均匀各向同性的弹性介质，在略去外力的情况下: P波的波动方程为: 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第5页 P波速度为: 式中 —位移的散度; —梅拉系数; —剪切模量。 S的波动方程为: S波速度为: 式中 —位移的旋度。 2.1.2 矿震监测震源定位原理 应用微震技术进行监测，人们所关心的是岩体是否发生此类活动，乃至可能引发地压现象的位置、时间及不稳定程度，其中对微震源进行精确定位是该方法的关键技术之一。在岩体内发生微震现象时，所知道的是各个传感器的坐标和它所接收到信号的时刻，不知道的是声发射与微震发生的位置和时刻。设震源位置的空间坐标为(x, y, z)，发生时刻为t，第s个传感器坐标为(,,)，传感器检测到的时刻为， 声波传播的平均速度为，在震源和第i个传感器之间的方程为: 式中:i=1,2…,m,m是收到信号的传感器个数，(x,y,z,t)是震源的时空参数。此方程为非线性系统，直接求解将非常困难，这就需要寻找一个线性系统来代替此非线性系统。 用第i个测点的走时方程减去第k个测点的走时方程可得到一个线性系统: (i,k=1,2,…,m) 通过i和k的不同组合可以产生个线性方程，其中只有m-1个线性独立的方程。要求解由独立方程组成的方程组，必须有4个以上独立方程，也就是说至少需要5个传感器来接收同一信号。 2.1.3 矿震监测冲击矿压原理 煤岩体在开采影响下发生破裂、滑动过程中，会产生一定频率地震波向周围传播，而波的振幅和频率又取决于煤岩体的强度、应力状态、破裂尺寸和变形速度等。冲击矿压的孕育过程实际上就是煤岩体结构内部损伤裂纹或裂隙发生与扩展的过程;冲击的发生则是 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第6页 损伤裂纹或裂隙的失稳扩展与断裂的过程。利用微震监测系统，通过在空间上不同方位设置微震拾震器，对微震事件进行实时监测，记录和分析震动的地震图，进行震源定位，确定各种震动参数(震动能量，震动频次，震源半径，地震力矩，压力降等)，以此为基础判断推理煤岩体应力状态及破坏情况，并根据微震活动的变化、震源方位和活动趋势来评价和预测冲击矿压危险。 微震监测系统能够对全矿范围进行微震监测，是一种区域性、及时监测手段。相比于其他传统监测手段，该系统具有远距离、动态、二维、实时监测的特点，还可以根据震源情况确定破裂尺度和性质，为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供依据。 2.2矿震监测系统的基本组成与功能 2.2.1 矿震监测系统的基本组成 矿震监测系统的基本要求是满足监测范围和监测精度要求，整个监测系统通过微震拾震器把煤矿的各个工作面的微震数据收集起来，将模拟信号进行数模转换处理，之后将数字微震信号发送至监控中心计算机，生成PLOT报表、SWFER报表，矿震震源图等一系列的图表，然后通过网络实时的上传到服务器上;专家通过网络，把服务器上的这些图表下载到计算机，然后，专家通过这些图表分析，从而给出矿震的危险等级以及应该作何处理等。 系统硬件主要包括:微震拾震器、中心监控计算机、连接各硬件设备的通信电缆、电源及电源线缆和相关网络设备。 系统软件包括系统运行控制软件、数据处理软件和数据可视化解释软件，震源定位软件等。矿震监测系统的基本组成如图2.1。 Internet 数据库服务器微震拾震器计算机 Internet 计算机专家1 计算机 专家2 图2.1 矿震监测预警系统结构图 2.2.2 矿震监测系统的功能 微震监测系统把微震拾震器收集的数字信号利用监控中心计算机转换成模拟信号，生成PLOT报表、SWFER报表、震源位置图等一系列图表，系统控制软件会把这些图表实时的上传到服务器上，专家可以实时的了解每个矿山的实时信息，如果这些数据信息在煤矿自己可处理的能力范围之内，就不需要向专家发出请求，煤矿自己就可以解决，如果问题比较严重，煤矿可以请求专家的帮助，可以进行专家会诊，及时的给出煤矿可行的建议，及时的采取措施，减少不必要的财产损失和人员伤亡。 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第7页 3 煤矿安全预警理论研究 3.1 煤矿安全预警内涵及特点 近年来，我国煤矿事故频发，给国家、企业和人民的生命财产造成了具大的损失。解决煤矿安全问题已是煤矿安全生产过程中的头等大事。目前，煤矿业界及相关学者从不同角度就安全问题进行了积极的探索并取得了一定的成果，煤矿安全理论水平、技术手段等方面都有了进一步的提高，煤矿安全较从前初见成效。但是从煤矿企业管理、技术总体发展水平来看，安全管理手段已滞后于安全生产工作的需要，仍处于经验式的事后处理阶段，难于满足煤矿对风险管理与预控的迫切需要和更高要求。安全信息大部分处于“孤岛”状态，安全系统与其他系统的集成性较差;因而不能充分利用各子系统中各种形态数据所蕴藏的“知识”，进而有效的指导煤矿安全生产工作。因此，建立煤矿科学、动态、智能的安全预警体系，是改善我国煤矿企业安全现状，预防或减少事故发生的重要举措。 3.1.1 煤矿安全预警内涵 煤矿安全预警是以煤矿安全生产法律法规为依据，利用现代化工具和各种技术手段，收集各类数据如人、环、物等状况，同时针对安全生产活动进行评估、审核、整理、分析、监测，发出不同阶段下的安全预警信号。在保证所采集风险信号及时转达的基础上，将信号数据进行归纳处理，与风险管理阀值进行比较，做出不同控制行为的决策，将各种可能风险转化或将发生风险损失降低到最小，形成完整的风险监控管理体系。 3.1.2 煤矿安全预警的特点 1警源的复杂性 煤矿做为高风险企业，涉及到的不确定性因素很多，其本身属于一个复杂系统，从系统的角度看，安全预警系统是煤矿系统中的一个子系统，与其他系统间有着密切的联系。这也决定了煤矿安全预警系统的复杂性，预警警源除预警系统本身特有的数据外，预警信号采集于其他子系统。为了提高系统的效率，要保证系统间信息共享、畅通，在预警分析时也必须考虑到与各系统间存在的种种联系。 2警情的累积性和突发性 煤矿事故的发生不是一朝一夕的事，是经过较长时间积累的结果，出现的异常情况具有很强的累积性，因此在进行系统的预警分析时应涵盖一定的时间和空间范围。 同时，煤矿中涉及到的不确定性因素很多，受人、物、环境等众多因素的影响，在系统的运转过程中，可能发生由量变到质变的状况，警情的发生具有突变性。因此在预警管理过程中重在警情的预报，尽早发现警情并提供切实可行的措施以化解警情。 3警兆的滞后性 由于警情的累积性，所以对复杂系统产生的后果显露要相对滞后一段时间。而且一旦警兆表现出来，警情的危害就已经达到相当大的程度了。因此在预警指标体系构建时，应使指标具有一定的广度和先验性、代表性，以保证预警系统的决策支持提供及时有效的措施，真正达到事先控制的目的。 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第8页 3.2 煤矿安全预警管理理论的方法体系 煤矿安全预警管理研究的最终目的，是建立一套煤矿事故风险预警的可操作体系，既包括管理层面的内容也包括技术层面的内容，从组织保障到技术支持，建立一系列规范的、科学的规章 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 、管理流程、模型方法等，根据统一的识别评价指标，来揭示煤矿生产过程中事故及风险发生前的不良征兆，并对可能出现的事故风险进行预警及预控，对已成事实的事故能够进行分析、矫正，从而达到纠错与防错的免疫目的。安全预警管理理论的方法体系如图3.1。 组织保障 安全预警指标安全预警模型 体系设计建立 安全预警机制预反反测设计馈馈核调调心整整内典型事例应用容研究 预警管理对策 库 预测管理技术支持基础工作 图3.1 煤矿企业安全预警管理理论的方法体系图 3.2.1 组织保障体系 煤矿安全预警系统本身属于煤矿企业系统中不可缺少的有机部分，为了达到预警预控的目的，首先要有强有力的组织保障，进而全面开展预警职能。在煤矿企业内部设立专门的预警机构，进行合理的部门划分、职责分工、人员配备;建立完善的规章制度，如预警管理系统维护制度、警情 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 制度、预警工作评估制度等;设立规范的工作流程，与各部门职能实现有效的整合，保障预警系统的高效运行。 3.2.2 预警的核心内容 1安全预警机制设计 煤矿安全预警系统要求具有独特的功能，它不仅要正确诊断生产中发生矿震等各种不安全状态症状，更要对可能出现的警情寻找警源以便采取有效控制措施;不仅要提前诊断问题，发出警报，更要及时快速地化解危机。这就需要一种特殊的机制来保障诊断预警系统独特功能的实现。 2安全预警指标体系设计 对煤矿生产系统安全发展状态的衡量需要特定的特征向量来加以反映，即必须以具体化指标的选择来表征安全程度，因此体系指标起着重要的作用。必须对预警系统的内涵和系统的构成与结构进行深入分析，找出代表系统安全程度的各类特征指标，以实现对煤矿 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第9页 安全预警系统研究和评价的量化过程。一个好的预警指标体系应该具有时间和空间上敏感性，具有预测性和科学性，并且易于应用和具有针对性，它为预警模型的研究提供必要的条件数据。 3安全预警模型建立 建立的预警模型必须是动态的，并应具有理论上的简明性。这些模型既可以为安全预测提供一种方法，也可以为安全系统提供可视化的依据。模型的目标是在一定的时间尺度内，对各种空间尺度系统演变进行设计和模拟，主要参数是利用上述所提出的各种特征指标。 4典型实例应用研究 实现安全系统的超前管理是进行预警研究的直接动因，它采用已经建立的指标体系和各种系统分析模型对典型区域或者样本区域进行对比研究，找出系统的演变方向和趋势，并对速度加以预测，找出系统安全的警情和警源，并提出控制措施。从个案研究中提取出具有个性并带有共性的内容，反馈到预警指标体系和安全预警模型之中，使复合系统预警指标体系和模型对安全系统演变的模拟更加敏感，更加接近真实情况，并加深二者的耦合程度。 5预警对策库 建立预警对策库是煤矿安全预警管理体系的又一重要构成，其目的是为化解警情及时提出对策提供参考。该对策库主要由三部分组成:一是历史对策，即已往实施的对策(包括本企业及其他企业的成功的、失败的和未评定的对策)。通过对历史对策的归纳、评价、知识挖掘等处理，为提出解决措施时提供借鉴。二是预控对策，即根据未来安全状况发展形势的预测所提出的对策。三是对策模拟，即采用模拟的方法对所提出的对策达到的效果进行评价、择优筛选。通过对策库功能，企业便可根据现实及未来的安全态势提出有效的措施。 以上几方面研究各有侧重，既有区别又有联系，相互促进，相互补充，贯穿在整个系统预警研究体系中。任何一个研究只是复合系统预警研究的一个部分，每个核心研究也需要其他核心支撑，各个核心研究水平的提高也是对整体研究的贡献，最终目的也是为安全系统管理提供直接的依据。 3.2.3 预警管理基础工作及技术支持 警源信号的收集来自于企业的不同部门、不同时间、不同地点，不同层次的人员。为了保证信号采集的及时性、准确性、共享性，应建立规范的工作流程，并牢牢树立“安全生产，人人有责”的思想。因此应做好职工安全思想教育、进行预警管理的相关知识培训、安全管理绩效考核等基础性工作。 此外，由软件、计算机系统、多媒体技术、网络技术等为预警系统的数据处理提供技术支持。 3.3 煤矿安全预警运转模式及职能 3.3.1 煤矿安全预警运转模式 根据煤矿安全预警研究的目的及基本原理，预警的基本活动主要包括危险源监测、危险源辨识、警情诊断与评价、预警决策、预控及控制、趋势预测等。煤矿企业安全预警模 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第10页 式见图3.2。 警 危危情信险险诊预警号预警预警正常源源断报告采判断决策状态监辨与集测识评 价预非正控常状各信措态子号施系采统集控 制 措 施 1.预警分析2.预警对策 图3.2 煤矿企业安全预警模式图 由上图，可将煤矿安全预警分为预警分析及预警对策两大部分。首先根据监测指标体系从外部环境及各子系统进行信号采集，对煤矿生产经营活动中的危险源进行全过程监测，获得相关数据并进行相应处理(整理、分类、存储、传递等)。接着通过对监测信息的分析，对危险源进行辨识，即应用适宜的识别指标判断哪个环节发生或可能将要发生不安全状况(警情)，对发生的警情进行诊断、评价，分析成因背景、发展过程、可能的发展趋势及危害程度，抓住主要矛盾，根据危害程度采取相应的控制措施。 3.3.2 煤矿安全预警职能 煤矿安全预警机制就是要在寻找和揭示煤矿事故发生机理的基础上，去揭示煤矿生产经营一般境况中的纠错防错机理，同时在防范各种事故风险显现的基础上做到对事故风险的有效管理和控制。 根据预警的原理及思想，为保证预警目的的实现，除了保证管理部门的日常经营管理高效可靠运行，还应该构建相应的新的管理职能:常规预警职能、矫正职能、免疫职能。 1常规预警职能 常规预警职能要求对煤矿企业日常生产经营活动进行监测、识别、分析、判断，直至发出事故风险警报的正向功能，对可能出现的异常状态进行识别与警告，即通过确定系统的不同阀值水平，对各特征指标值进行监测、诊断，识别，并发出警报，以保证生产经营活动始终处于安全状态之中。同时预警机制还要求对预警和管理提出反馈、修正、评价、调整，形成预警反向功能，通过把握预警机制的实用功效来确保生产安全。预警职能的核心是它的诊断识别子系统的建立与完善。 2矫正职能 它是对煤矿安全预警管理过程中进行预控和纠错的一种功能。它依据安全预警机制不断提供的特征指标信息，以过去已出现、现在已有或将来可能发生的问题为导向，根据警情，提出相应的调整措施，及时纠正原来不完善或错误的方针政策，保障在高度不确定环境和非均衡状态下实现系统的自我均衡。矫正职能的核心是控制子系统的建立与完善。 3免疫职能 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第11页 它是指对同类或同性质的风险进行预测并迅速识别，并作出有效风险防范的管理对策的一种功能。当管理过程中出现了特殊的失误征兆或相同的致错环境时，其能准确地预测并迅速运用规范手段予以有效制止回避，并且通过对分类或自身风险的总结和模拟预防同样的风险再度发生。免疫职能的核心是预警管理体系能否科学总结危机教训并将其转化为管理知识的能力和水平。 因此，煤矿安全风险预警机制的基本职能，就是以风险预警为导向，以矫正失误和隐患为手段，以免疫风险为目的的防错纠错新机制。建立煤矿安全风险预警体系，可以实现系统的动态的监测，使煤矿安全管理由静态转为动态、化被动为主动，实现系统调控的超前性、有效性，为煤矿安全生产提供切实保障。 3.4 预警界限确定 预警界限包括单指标的预警界限和多指标综合值的预警界限。将煤矿安全状态划分为安全、较安全、一般安全、较危险、危险五个等级，预警界限可用四个数值来表示，记为a，b，c，d。预警准则见表3.1和图3.3。 表3.1 预警准则表 安全状态 安全 较安全 一般安全 较危险 危险 预警准则 Ld c 0) LabGzm .Text = "添加成功"; else LabGzm.Text = "数据库操作失败"; 5.2.3 更改密码主要代码 protected void ChangePassword1_ChangingPassword(object sender, LoginCancelEventArgs e) { e.Cancel = true; //获得次输入的新旧密码，及登陆时保存的用户名 string oldPassword = ChangePassword1.CurrentPassword; string newPassword = ChangePassword1.NewPassword; string userName = Session["userName"].ToString(); //查询数据库，验证旧密码是否正确 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第22页 string sql = "select count(*) from userInfo where userName=@userName and userPass=@userPass"; SqlParameter[] param ={new SqlParameter("@userName",SqlDbType.VarChar), new SqlParameter("@userPass",SqlDbType.VarChar) }; param[0].Value = userName; param[1].Value = oldPassword; int usercount = ((int)(sqlHelp.ExecuteScalar(sqlHelp.ConnectionStringLocalTransaction, CommandType.Text, sql, param))); if (usercount <= 0) { LabPwd.Text = "旧密码错误"; } else { //执行数据库操作效果密码 string updatesql = "update userInfo set userPass=@userPass where userName=@userName"; SqlParameter[] updateParam ={ new SqlParameter("@userPass",SqlDbType.VarChar), new SqlParameter("@userName",SqlDbType.VarChar)}; updateParam[0].Value = newPassword; updateParam[1].Value = userName; if (sqlHelp.ExecuteNonQuery(sqlHelp.ConnectionStringLocal Transaction,CommandType.Text, updatesql, updateParam) > 0) { LabPwd.Text = "修改成功"; } else { LabPwd.Text = "操作错误"; } } } 5.2.4 上传图片主要代码 protected void Page_Load(object sender, EventArgs e) { if (Session["userName"] == null) Response.Redirect("login.aspx"); string op = Request.Params["op"]; //接收操作参数 if (op != null && op.Equals("del")) //判断是否为删除操作 { string id = Request.Params["id"]; //接收删除相片编号 string gzmId = Request.Params["gzmId"]; //接收工作面编号，一会返回使用 string gzmql = "select * from Plot where gzmId=@id"; 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第23页 string sql = "delete from Plot where plotId=@id"; //准备查询语句和参数 SqlParameter[] sqlParams = new SqlParameter[] { new SqlParameter("@id",SqlDbType.Int) }; sqlParams[0].Value = gzmId; //执行查询返回工作面数据 SqlDataReader dread = sqlHelp.ExecuteReader(sqlHelp.ConnectionStringLocalTransaction, CommandType.Text, gzmql, sqlParams); //删除相片文件 while (dread.Read()) { if (System.IO.File.Exists(Server.MapPath("../upphoto/" + dread.GetString(4)))) System.IO.File.Delete(Server.MapPath("../upphoto/" + dread.GetString(4))); } sqlParams[0].Value = id; sqlHelp.ExecuteNonQuery(sqlHelp.ConnectionStringLocalTransaction, CommandType.Text, sql, sqlParams); //重新加载页面 Response.Redirect("uploadPlot.aspx?gzmId=" + gzmId); } } protected void btnUpfile_Click(object sender, EventArgs e) { if (filePhotoUrl.HasFile) { string userName = Session["userName"].ToString(); string savePath = Server.MapPath("~/upphoto") + "/" +userName + "/"; if (!Directory.Exists(savePath)) Directory.CreateDirectory(savePath); savePath += filePhotoUrl.FileName; filePhotoUrl.SaveAs(savePath); savePath = userName + "/" + filePhotoUrl.FileName; string gzmId = Request.Params["gzmId"]; string sql="insert into Plot (userName,gzmId,plotUrl,postTime) "; sql += "values(@userName,@gzmId,@plotUrl,@postTime)"; SqlParameter[] sqlParams = new SqlParameter[] { new SqlParameter("@userName", SqlDbType.VarChar), new SqlParameter("@gzmId", SqlDbType.Char), new SqlParameter("@plotUrl", SqlDbType.VarChar), new SqlParameter("@postTime", SqlDbType.VarChar)}; sqlParams[0].Value = userName; sqlParams[1].Value = gzmId; sqlParams[2].Value = savePath; 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第24页 sqlParams[3].Value = System.DateTime.Now; if (sqlHelp.ExecuteNonQuery(sqlHelp.ConnectionStringLocalTransaction, CommandType.Text, sql, sqlParams) > 0) DataList1.DataBind(); else Response.Write("数据库操作失败"); } } .2.5 管理员身份验证 5 //获取用户名和密码 if (Membership.ValidateUser(Login1.UserName, Login1.Password)) //根据输入的用户名/密码信息，调用ASP.NET提供的成员管理API，认证 //用户信息 { FormsAuthenticationTicket authTicket = new FormsAuthenticationTicket(1, Login1.UserName, DateTime.Now, DateTime.Now.AddMinutes(60), false, ""); //建立身份验证票对象 string encryptedTicket = FormsAuthentication.Encrypt(authTicket); //加密票据 HttpCookie authCookie = new HttpCookie(FormsAuthentication.FormsCookieName, encryptedTicket); //得 到Cookie对象 Response.Cookies.Add(authCookie); //将票据对象添加进Cookie Response.Redirect("Default.aspx"); } 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第25页 结 论 煤矿安全问题一直是煤炭行业所重视的焦点问题。本文根据煤矿矿震监测理论、结合煤矿安全预警理论，对煤矿矿震监测预警系统进行了深入研究。 本文在分析国内外煤矿矿震监测预警研究现状及存在问题的基础上，针对我国煤矿企业的安全特点，从影响煤矿安全的特征分析入手，对煤矿监测预警系统的构建进行了研究，形成了一套具有可操作性、较为科学合理的煤矿矿震监测预警的理论与方法。 具体来说，研究成果及结论如下: 1为煤矿企业的安全管理工作提供了理论基础 在煤矿安全管理中引入“监测预警”的思想，从理论上构建了煤矿企业安全监测预警管理的完整框架体系，分别从矿震监测、煤矿安全预警等方面进行了详细的理论研究，通过对煤矿矿震监测预警系统的研究，探索了矿震监测预警系统的构建，为煤矿企业的安全管理工作提供了理论基础，对于实现煤矿安全管理科学化、规范化、提高安全管理水平具有重要的理论意义及实用价值。 2构建了矿震监测预警系统，使监测预警更加科学可靠 探讨了煤矿矿震监测预警系统的技术方法，通过对影响煤矿企业系统安全的各种因素及因素间的相互关系的分析，结合现有的微震监测预警系统的优点，对矿震监测预警系统的构建提出了自己的想法，并把这些想法融入到毕业设计的系统中，构建了一个初步的矿震在线监测预警系统。 就我而言，采我对矿的知识了解甚少，对煤矿的了解更是少，因此只能通过研究生导师和自己的学习，对这些知识有个初步的了解，为了能使矿震监测系统进一步完善，我认为，需要的不仅仅是编程的能力，跟需要对矿业知识的全面的了解，因此，我在看这方面内容的时候格外认真，好为以后的深入学习奠定基础。 论文的书写更是锻炼人的耐心，如何表达、措辞，如何才能贴切地描述出自己的思想、写出自己的特色，都是在心中掂量再三。虽然已经做过几个课程设计了，但感觉到论文的撰写能力还有待进一步提高。书写论文应该成为我们的一项基本能力，这次毕业设计强化了我对论文的重视程度，端正了思想，为今后自己发表学术论文提供了经验和借鉴。 就最终的成果而言，基本实现了矿震监测预警的功能，当然，没有任何事物是完善的，此程序还有一些可增强的地方:譬如界面可以美化一下;可以监测更多的实时信息;监测分析更加实时准确等等。 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第26页 参考文献 [1] 易巍. 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For the complicated environment influence of rock burst, this clustering problem is a very complicated fuzzy and random optimization problem, and cannot be solved by traditional methods very well. So, here the new bionics clustering algorithm-Ant Colony Clustering Algorithm which is proposed recently has been introduced into rock burst forecasting field for the first time. Based on this new bionics clustering algorithm, one new method for study forecasting of rock burst is proposed. Based on analyzing the data of rock burst samples, from the engineering analogy thinking by ant colony clustering algorithm, the rock burst can be forecasted. At last, some real engineering examples are used to verify calculating effect of the new algorithm. The engineering applications can prove that, this new algorithm can automatically sort the rock burst samples, and the validity is very high, the computing velocity is very rapidly, so it is a very practical method for rock burst forecasting, and should be popularized. 1 Introduction When the deep resources are mined, the stress of the surrounding rock will be changed, so the elastic energy in the rock should be released rapidly. Then the big dynamic disaster which is called rock burst will be occurred. From analysis of the rock burst statistic data in the world, we can see that, the rock burst is one big disaster in deep mine and is one difficult problem in the world. The final goal of rock burst study is to forecast it and to control it as soon as possible. For its extreme importance, there have been proposed a lot of traditional methods on rock burst forecasting. But for the complicated nonlinear relationship between the rock burst and its influence factors, there are a lot of shortcomings in the traditional methods. For the rock burst is a very complex opening giant system, it is influenced by many factors, in these influence factors, some are certain and quantitative, while the others are random, qualitative and fuzzy. So, to solve this problem, the engineering analogy and geology analysis is a more suitable method. The key thinking of engineering analogy method is cluster. In the traditional clustering method, some clustering parameters, such as category number, 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第28页 initial cluster center, et al, should be determined by some engineering experience. And then the samples are trained according to the principles of distance minimum, until the square sum of distance between the samples and cluster centers is reached the minimum. Generally, the computing results of traditional method are depended on the clustering parameters. But the suitable clustering parameters cannot be determined easily when the number of engineering samples is very large. And while, the argument and objective function are all discrete variables in rock burst forecasting problems, so there are many local minim ax solutions. To solve this problem, the traditional method is not valid. In order to solve this problem very well, some profound studies are necessary. Ant colony clustering algorithm is a new bionics optimization algorithm, and it has more advantages than many traditional methods. This new algorithm can solve many complicated optimization problems, which cannot be solved very well by traditional methods. So, to solve the hard problem of rock burst forecasting, this new algorithm is introduced and while one new method to forecast the rock burst is proposed. 2 Ant colony clustering algorithm The idea of ant colony clustering algorithm is inspired by the behavior of ant colonies in clustering their corpses and sorting their larvae. The first studies related to this domain is the work of Deneubourg, et al, who have proposed a basic model that allowed ants to randomly move, pick up and drop objects according to the number of similar surrounding objects so as to cluster them. Based on the basic model, some other scholars, such as Lumer, Ramos and Yang, have proposed many other modified algorithms, and obtained some useful achievements. In order to describe the algorithm very well, the basic principle of the ant colony clustering algorithm is introduced here firstly. Firstly, the data objects have been randomly projected onto one plane. Then each ant chooses an object at random, and picks up or moves or drops down the object according to picking-up or dropping probability with respect to the similarity of the current object within a local region. Finally, clusters are collected from the plane. The process of the ant colony clustering algorithm is described by the pseudo-code as follows. 1) Initialization: initialize the number of ants: N, the entire number of iteration: M, side length of local region: s, and other parameters; 2) Project the data objects on a plane, i.e. give a pair of coordinates (x, y) to each object randomly; 3) Each ant that is currently unloaded chooses an object at random; 4) To each ant, one randomly selected moving speed is given; 5) For i=1, 2,„，M, For j=1, 2,„，N. The average similarity of all objects is calculated. If the ant is unloaded, compute picking-up probability . If is greater than a random probability and one object is not picked up by the other ants simultaneously, then the ant picks 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第29页 up this object, marks itself as loaded, and moves this object to a new position; else the ant does not pick up this object and re-selects another object randomly. If the ant is loaded, compute dropping probability . If is greater than a random probability, then the ant drops the object, marks itself as unloaded, and re-selects a new object randomly; else the ant continues moving the object to a new position. 6) For i=1, 2,„，n// for all objects If an object is isolated, that is the number of its neighbor is less than a given constant, then label it as an outlier; Else give this object a cluster labeling number, and recursively label the same number to those objects who is the neighbors of this object within local region. The operations of the algorithm are described detailed as follows. The average similarity function: We assume that an ant is located at site r at time t, and finds an object at that site. The average similarity density of object with the other objects present in its neighborhood is given by follow equation. (1) where, defines a parameter to adjust the similarity between objects. The parameter defines the speed of the ants, and is the maximum speed. denotes a square of s x s site surrounding site r. is the distance between two objects and in the space of attributes. Here the Euclidean distance or Cosine distance Euclidean distance can be described as follows. (2) where, m defines the number of attributes. The Cosine distance can be described as follows. (3) where, sim() reflects the similarity metric betweentwo objects. It measures the cosine of the angle between two vectors (their dot product divided by their magnitudes), which can be described as follows. (4) As the objects become more similar, the Cosine similarity sim() approaches 1 and their Cosine distance approaches 0. From formula (1), we note that the parameter affects the number of clusters and the speed of algorithm convergence. If the is bigger, the similarity between objects will be larger, and then the more objects will be clustered to one kind. So, the number of clusters will become less and the speed of algorithm will be faster. On the contrary, if the is less, the similarity between objects will be less, and then the big type will be spited to some little types. 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第30页 So, the number of clusters will become larger and the speed of algorithm will be slower. Otherwise, the speed affects the cluster scale and the tendency of an ant to pick up or drop an object. Fast moving ants form clusters roughly on large scales, while slow ants group objects at smaller scales by placing objects with more accuracy. So, there are three definitions about speed . (a) is a constant: all ants move with the same speed at any time. (b) is uniformly random: the speed of each ant is distributed randomly in [1, ]. (c) is randomly decreasing: the speed term starts with large value (forming clusters), then the value of the speed gradually decreases in a random manner (helping ants to cluster more accurately). From the large number of experimental data can be seen, the results of ant colony clustering algorithm are agree with the real situation of rock burst, and the percent of accuracy is about 88%. So, ant colony clustering algorithm is a very good method for rock burst forecasting, and can be popularized in real engineering applications. At the same time can see，for the last five samples, the results of neural network are all right, and while for our new algorithm, one result is wrong. But for the neural network forecasting, the real situation of rock burst about all of the first twenty samples should be given in advance. And the number of the samples which real situation of rock burst is given must be enough. But in real practice, to get a lot of engineering examples which real situation of rock burst are known is a hard work. However, in our new algorithm, only some typical cases must be given, and its number may be little. So, the hard work in neural network applications can be avoided. 3 Conclusions and future work For its computing complex, to forecast rock burst, the engineering analogy is a more suitable method. But for the influence factors of rock burst are numerous and their relationship is very complicated, in engineering analogy method, the clustering idea is used widely. Because the real environment influence of rock burst is very complicated, the clustering problem is a very complicated fuzzy and random optimization problem, and can not be solved by traditional methods very well. To solve this problem very well, the new bionics clustering optimization method-Ant Colony Clustering Algorithm which is proposed recently is used for the first time. Based on this new bionics clustering method, one new method for study forecasting of rock burst is proposed. At last, some real engineering examples are used to verify the calculating effect of the new algorithm. And the results show that, it is a very practical method for rock burst forecasting, and should be popularized. For our work here is the preliminary application of ant colony clustering algorithm in geotechnical engineering field, there are lot of aspects, which must be researched profoundly, and then this is our next work. 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第31页 中文译文 基于新的仿生聚类算法的深井冲击矿压预测 摘要 冲击矿压是深井中一个大的动力型灾害。冲击矿压灾害的影响因素很多，它们的关系很复杂的，冲击矿压的预测是非常困难的工作，所以在一般的工程地质类比分析的基础上，采用聚类方法预测冲击矿压。对于冲击矿压复杂环境的影响，此分群问题是一个非常复杂的模糊和随机优化问题，不能用传统的方法很好的解决。所以，第一次提出了近期已被纳入冲击矿压预测领域的新的仿生学聚类算法--蚁群聚类算法。这一新的聚类算法是在仿生学的基础上，研究一个新的冲击矿压预测方法。在分析了冲击矿压的样品资料后，从工程的蚂蚁聚类算法中得到启发，冲击矿压是可以预测的。最后，用一些真正的工程实例来验证新算法的计算效果，该工程应用可以证明，这种新算法可以自动排序冲击矿压样本，有效性非常高，计算速度非常快，所以它是一个非常实用的冲击矿压预测方法，值得推广。 1 介绍 当深部资源开采时，周围岩石的应力将被改变，因此在岩石中的弹性能量就会被迅速的释放。那么被称为冲击矿压的大动力灾害就会发生。从世界上关于冲击矿压的统计数据分析，我们可以看到，冲击矿压是深井中的大灾难之一，是一个世界性的难题。 我们对冲击矿压研究的最终目标是预测，并尽可能早的对其进行控制。对于它的极端重要性，已经提出了很多预测冲击矿压的传统方法，但对于冲击矿压及其影响因素之间的复杂非线性关系，传统方法存在的许多缺点和不足。 冲击矿压是一个非常复杂的开放的巨大系统，它受多种因素的影响，这些影响因素中，有些是一定的和定量的，而其他是随机的，定性的和模糊的。因此，要解决这个问题，工程地质类比分析法是一个更适合的方法。工程类比方法的关键思想是群集。在传统的聚类方法中，某些类别的聚类参数，如数量，初始聚类中心等，应确定一定的工程经验。然后根据训练样本的最小距离的原则，直到样本和聚类中心之间的距离的平方达到最低的总和。一般来说，传统方法的计算结果是依赖于群集参数。但合适的聚类参数不能确定时，容易出现数量非常大的工程样品。虽然，参数和目标函数是在所有的冲击矿压预测问题的离散变量，但是，还有很多或大或小的地方存在一些问题。为了解决这个问题，传统的方法是无效的，为了很好的解决这个问题，非常有必要进行一些深层次的研究。 蚁群聚类算法是一种新的仿生优化算法，它比许多传统的方法更具有优势。这种新的算法可以解决许多不能用传统的方法很好的加以解决的复杂的优化问题，因此，介绍介绍一种新的预测冲击矿压的方法，同时来详细的介绍这种新算法。 2蚁群聚类算法的介绍 蚁群聚类算法的思想是由蚁群聚集他们的尸体及其幼虫的排序行为中得到启发。Deneubourg等人做了与此相关领域的首批研究工作，他提出了一个基本模型，允许蚂蚁随机移动，按照周围同类物体的数目接送对象，以集群他们。在基本模型的基础上，另一些学者如Lumer，Ramos和Yang等，都提出了许多其他改进算法，得到了一些有益的成果。 为了很好地描述算法，对蚁群聚类算法的基本原理就首先介绍到这里。 首先，数据对象都被随机投射到一个平面。然后每个蚂蚁随机选择一个对象，并拿起或移动，根据采摘时或局部区域内的下降相对于当前对象的相似性判断坠落的物体的可能 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第32页 性。最后，从水平面上收集集群。 该蚁群聚类算法用伪代码的过程描述如下。 1)初始化:初始化的蚂蚁数量:N，迭代的整个号码:M，当地区域的边长为:s和其他参数; 2)项目在一个平面上的数据对象，即给出一个坐标对(x，y)，它对每个对象随机; 3)载随机选择一个当前正在卸对象的蚂蚁; 4)对每一个蚂蚁，给出一个随机选择的移动速度; 5)对于i = 1,2,…,M，对于j = 1,2,…, N，所有对象的平均相似的计算方法。如果蚂蚁被卸载，计算采摘行动的可能性为。如果比随机概率更大，一个对象是不是同时被其他的蚂蚁拿起，那么，蚂蚁拿起这个对象，标志着本身加载，这个对象移动到一个新的位置;否则，蚂蚁没有拿起这个对象并重新随机选择另一个对象。 6)对于i = 1,2,…, N//所有对象。 如果一个对象是孤立的，那就是它的相邻数目小于一个给定的常数，那么它作为一个范围之外的标签，否则给这个对象一个群集的标签号码，以及相同数量的标签递归对这些对象的邻居是谁这个在当地区域的对象。 该算法的详细的操作描述如下。 平均相似度函数:我们假设蚂蚁在时间t位于现场r，并且发现一个对象，对象平均相似度与在其附近的其他物体的密度目前是由下列公式给出。 (1) 其中，α定义了一个参数来调整对象之间的相似性。参数定义蚂蚁速度，为最高速度。表示站点r周围 范围内的站点的站点，是两个对象和之间在属性空间的距离。在这里，欧氏距离或余弦距离可描述如下。 (2) 其中，m定义为属性。 余弦距离可以描述如下。 (3) 其中，sim()反映了两个对象之间的相似性度量。它测量的是两个向量夹角余弦(他们点的大小划分的产品)，它可以被描述如下。 (4) 为对象变得更为相似，余弦相似sim()接近1和余弦距离趋于零。 从公式(1)，我们注意到，参数α影响簇数和算法的收敛速度。如果α越大，对象之间的相似性会更大，然后将聚集更多的对象一类。因此，集群数量将变得越来越对算法的速度会更快。相反，如果α是少，对象之间的相似性将减少，然后大类型将变为一些小的类型。因此，集群数量将变大，对算法的速度会变慢。否则，会影响速度ν集群规模和蚂 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第33页 蚁的倾向，拿起或删除一个对象。蚂蚁快速移动的形式大致在大尺度集群，而慢速蚂蚁在小规模小组，由配售对象的对象更准确。因此，有三个关于速度ν定义。 (一)ν是一个常数:所有蚂蚁在任何时间与相同的速度移动。 (二)ν是均匀随机:每个蚂蚁的速度随机分布在[1, ]。 (三)ν是随机递减:速度的大值(形成集群)，那么速度值逐渐以随机方式(帮助蚂蚁群更准确)递减。 从大量实验数据可以看出，蚁群聚类算法已经获得公认，可以运用于实际情况中预测冲击矿压，其准确性是88,左右。因此，蚁群聚类算法是一种很好的方法冲击矿压预测方法，并且可推广到实际工程中去。 在同一时间可以看到，在过去五年的样品数据中，神经网络的结果都是正确的，而我们的新算法，有一个结果是错误的。但对于神经网络预测冲击矿压的所有真实情况，必须以一二十个样品为提前。在实验环境中，一二十个样本数目就足够了，但在实际情况中，样本数量是非常惊人的，采集这些样本是一个非常艰苦的工作。然而，在我们的新算法中，仅一些典型案件必须给予，其数量也很少。因此，不需要像神经网络那样辛苦的工作，便可得到同样的效果。 3 结论和未来的工作 冲击矿压预测就其复杂的计算，工程类比是一个更合适的方法。但对于影响冲击矿压的因素很多，他们的关系非常复杂，工程类比法，聚类概念被广泛使用。由于非常复杂的真实环境对冲击矿压的影响，聚类问题是一个非常复杂的模糊和随机优化问题，不能用传统的方法很好的解决。为了很好的解决这个问题，聚类优化方法，蚁群聚类算法，该算法是最近提出的新的仿生是聚类分析方法，这个新的仿生学方法第一次被使用，它是一个用于研究冲击矿压预测的新方法。最后，用一些真正的工程实例来验证新算法的计算效果，其结果表明，这是一个非常实用的冲击矿压的预测方法，值得推广。 我们所作的工作，只是蚂蚁聚类算法在岩土工程领域的初步应用，有许多方面，必须深入研究，这将是我们的下一步工作。 中国矿业大学2011届本科生毕业设计(论文) 第34页 致 谢 首先，感谢我的指导老师老师。他是一位治学严谨、平易近人、对学生尽职尽责的优秀教师。从选题、开题报告、中期检查到论文、系统验收，他一直都在积极地督促我，给我提供全局的指导性建议，贯穿于毕业设计的始终，从而能够使我更好地完成毕业设计。在这里，我要向他致敬和表达我的感谢。 在系统实现过程中，也得到了身边同学和朋友们的无私的关心和帮助。遇到困难时，他们帮我想解决问题的方法，给我鼓励和安慰。让我以饱满的热情和充足的信心，顺利地完成了系统开发。我也要向他们表示我诚挚的谢意。 我还要感谢中国矿业大学和计算机学院，给我了一个优越的学习环境，感谢这几年来对我的培养～ 最后我再次感谢所有帮助我支持我的老师和同学，谢谢～