地下矿山井巷工程计算机辅助设计系统研制

摘要

本论文首先对我国CAD及人工神经网络在矿山中应用现状进行了综述,然后根据存在的不足及问题开发出了井巷平面、断面设计的VB及LISP程序,并将BP神经网络成功应用于井巷的支护设计工作中,这对于井巷支护理论的研究具有指导意义.井巷工程是整个地下矿山的动脉,在整个矿山生产过程中起着首屈一指的作用.自从矿山规模化生产以来,我国围绕着井巷设计及施工进行了大量的研究工作.传统的设计方法是在已圈定的矿体图中手工布置绘制各种井巷采掘工程,其工作效率及其可修改性极差.当计算机应用于采矿工业后,这种局面有所改善,尤其是AutoDesk公司的绘图软件AutoCAD的推广大大地提高了矿山井巷设计的工作效率.但是这还只是停留在手动操作阶段,其自动化程度并不高,为此作者应用AutoCAD自带的二次开发软件Auto LISP及VB程序设计语言开发出专门用于井巷断面、平面设计与绘制程序,包括断面形状选择、断面尺寸设计、运输巷道管缆及轨道布置、巷道平面施工图设计及工程量自动计算等功能,并可用AutoCAD进行断面设计图自动生成和输出.在本系统专用菜单中可十分方便地完成相关井巷设计操作.本系统的研制,充分运用了软件工程的设计原理和充分体现了计算机辅助设计优化的思想,大大提高了地下矿山井巷工程设计效率.本文利用BP网络的非线性映射功能,实现了地下矿山平巷、斜井、竖井、硐室等工程喷锚网联合支护的BP模型设计.用了国内近100条成功支护的井巷例子对网络进行了反复的修正和训练,并用近30条井巷实例进行了检验,其结果与实际相符.训练及检验工作在MATLAB中进行,然后将网络参数导出,用VB进行了网络仿真设计,使程序更具有易用性,井巷支护设计工作完全程序化,设计参数不再受人为因素影响,提高了设计的科学性,有利于提高矿山井巷施工的安全性及矿山企业的经济效益.这一部分的重点是网络层数及各层结点数的优化设计及输入参数分级化处理,以确保网络训练的收敛速度与预测精度,在文中都进行了详细的叙述.

目录

文摘

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第一章计算机及人工神经网络在矿业中的应用动态

1.1 CAD及在矿业中的应用

1.1.1 CAD及AutoCAD软件简介

1.1.2计算机技术在矿业工程中的应用

1.1.3结论

1.2神经网络及其在矿业中的应用

1.2.1神经网络的历史及应用

1.2.2神经网络在矿山中应用现状

1.2.3神经网络在采矿中应用展望

1.2.4结论

1.3论文工作的研究范围及目的意义

1.3.1论文工作研究范围

1.3.2论文工作的目的意义

第二章井巷支护神经网络设计

2.1其它巷道支护方法简介

2.1.1工程类比法

2.1.2工程计算井巷支护法

2.1.3以人工智能为基础的专家系统

2.2BP网络井巷支护设计

2.2.1 BP网络简介

2.2.2 BP网络结构

2.2.3 MATLAB软件包简介

2.2.4 MATLAB神经网络工具箱

2.2.5 MATLAB神经网络工具箱中的BP网络

2.2.6网络输入、输出参数设计

2.2.7 BP网络的设计分析

2.2.8 MatLab进行网络权值训练一

2.2.8 MatLab进行网络权值训练二

2.3 VB进行支护程序设计

2.4系统实测

2.5小结

第三章巷道断面及平面交汇设计系统

3.1开发平台及语言

3.1.1 AutoCAD提供用户进行开发的工具

3.1.2AutoLISP程序设计语言

3.1.3ADS开发系统(AutoCADDeve l opmentSystem)

3.1.4ARX开发环境(AutoCADRuntimeExtension)

3.1.5 VisualLISP可视化集成开发环境

3.1.6lisp与其它语言环境比较

3.2巷道断面形状选择、尺寸设计

3.2.1断面选形、尺寸设计原理

3.2.2断面选形设计

3.2.3巷道断面绘制

3.3巷道平面图绘制

3.3.1直线巷道设计绘制

3.3.2弯道设计

3.3.3插入点及其修改计算

3.3.4程序运行实例

3.4小结

第四章结论

致谢

参考文献

附录A.1攻读硕士期间公开发表的论文目录

附录B论文中部分源程序