模糊聚类分析方法

回采巷道围岩分类

第25卷 第1期 2005年3月

西安科技大学学报Vol.25 No.1Mar.2005

JOURNALOFXI ANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

文章编号:1672-9315(2005)01-0012-05

回采巷道围岩分类的模糊聚类分析方法

李 洪,蒋金泉,张开智

1

1

2

(1.山东科技大学工程学院;2.山东科技大学资源与环境工程学院,山东泰安 271021)

摘 要:影响回采巷道围岩稳定性的因素有众多,各影响因素对围岩稳定性的影响程度也不一样,而回采巷道的分类标准及分类指标的确定却具有一定的模糊性,因此,采用模糊聚类分析的方法,建立模糊聚类分析的模型,对我国回采巷道进行分类,这将更加符合实际情况。本文对比运用模糊等价聚类分析法和模糊ISODATA聚类分析法对我国部分巷道进行了分类计算。关键词:围岩分类;模糊聚类分析;模糊ISODATA聚类分析;分类指标中图分类号:TD322+.4 文献标识码:A

Fuzzyclusteringanalysisoftunnelsurroundingrockclassification

LIHong1,JIANGJin quan1,ZHANGKai zhi2

(1.CollegeofEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Taian271021;2.CollegeofResources

andEnvironmentalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Taian271021,China)

Abstract:Therearemanyfactorsinfluencinginstabilityofsurroundingrock,andthedegreeofinflu enceofeachfactorisdifferent.Decisionofclassificationstandardsandindexesofgatewayhasfuzzyaspect,therefore,itisclosertotherealitytoapplythemethodoffuzzyclusteringanalysistoestab lishmentofitsanalysismodelandclassificationofgateway.Thepapermakesacalculationofclassifi cationtopartialgatewaybyusingthemethodofFuzzyequivalentclusteringanalysisandFuzzyISO DATAclusteringanalysis.

Keywords:classificationofsurroundingrock;fuzzyclusteringanalysis;FuzzyISODATAclusteringanalysis;classificationindex

影响回采巷道围岩稳定性的因素有多个,各影响因素对围岩稳定性的影响程度不一样,而且回采巷道的分类标准及分类指标的确定具有一定的模糊性,因此,采用模糊聚类分析的方法,模拟人脑思维方式建立模糊ISODATA聚类分析法模型,对我国回采巷道进行分类,这将更加符合实际情况。

1 分类指标确定

回采巷道围岩稳定性受多种因素的影响。因此在进行回采巷道分类时,分类指标的选取应遵循的原则是:分类指标必须是影响回采巷道围岩稳定性的重要因素,能定量表示且易于现场测取。

根据对回采巷道围岩稳定性影响因素的分析以及分类指标确定的原则,选取如下7个指标。1)围岩强度指标( D、 c、 d)

围岩强度指围岩的单向抗压强度(MPa)。包括顶板强度 D、两帮强度 c、底板强度 d。2)巷道埋深H

收稿日期:2004-03-08

(),,四川人,,.

回采巷道围岩分类

第1期 李 洪等 回采巷道围岩分类的模糊聚类分析方法

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围岩所受的自重力同埋深成正比,即 = H。 3)直接顶厚度与采高的比值N

当N>4时,取N=4,N值为无量纲的值。4)岩石完整性指数D

采用直接顶初次垮落步距l表示,单位m。测取初次垮落步距的要求是冒高大于1.0~1.5m,冒落长度大于工作面全长的1/2。如果工作面长不足80m时,可取等效步距,即

l=a b/(a+b)

式中 l为等效步距,a,b分别为实际工作面长度和直接顶垮落步距。

5)护巷煤柱宽度B

指顺槽一侧的实际煤柱宽度,单位m。当巷道两侧为实体煤时B=100;当无煤柱护巷时B=0。

B原始数据 D c dNHD

表1 原始数据的预处理

Tab.1 Preprocessoforiginaldata

预处理后的数据 D=1/ c=1/ d=1/

NHD

Wr=exp-2.6((B-B0/3)/B0)Wz=exp-3.6((B-B0/4)/B0)

Wy=0.

3Wz

注:表1中Wr、Wz和Wy分别表示软、中、硬煤的煤柱影响系数,B0的选

取见表2。

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Dcd

2 分类指标数据的预处理

2.1 原始数据的预处理

为了尽可能简化回采巷道围岩稳定性与分类指标之间的关系,将它们之间的关系转化为线性关系,见表1

2.2 数据的标准化

由于研究的各分类指标的量纲和量级不同,若直接用分类指标的原始数据进行计算就突出了那些绝对值大的指标作用,而压低了绝对值小的指标作用。因此需将各指标数据进行标准化。具体方法见文献[1-2]。2.3 分类指标的加权处理

各分类指标对巷道围岩稳定性有不同程度的影响,所以需对每个指标进行加权处理。本文采用层次分析法来

确定各分类指标的权值[3,4],权值层次结构图如图1。

表2 B0取值表

Tab.2 Taking-valueofB0 m

项 目埋深

软煤

B0

中硬

18

23

26

30

35

42

20035

30045

埋深与B0的关系40055

50064

60075

70084

图1 层次结构图

Fig.1 Hierarchicalstructure

根据图1对各影响因素两两进行重要性比较,可建立判断矩阵表3。

表3 影响因素判断矩阵表

Tab.3 Judgmentmatrixofinfluentialfactor

C D C dHNX D11/21/21/31/32 C211/21/21/32 d2211/21/32H32211/23N333213X1/31/21/21/31/31D333323

回采巷道围岩分类

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西安科技大学学报 2005年

详细计算方法见文献[3]。计算结果见表4。

表4 各分类指标的权值

Tab.4 Weight valueofclassificationindexes

分类指标权 值

D0.217

c0.168

d0.138

H0.095

N0.066

B0.265

D0.051

3 模糊等价关系聚类分析法

在分类指标加权处理的基础上,具体算出衡量分类对象间相似程度的定量值rij,从而确定模糊相似关系矩阵R。可以采用相关系数法、夹角余弦法、欧氏距离法等对回采巷道分类样本进行标定。根据比较,本文采用夹角余弦法[3]

r11r12 r1

n

,这样可以得到巷道加权相似矩阵R=x2jk

r21r22 r2n

rij=

!

m

xik-xjkx2ik

rn1rn2 rnn

然后在模糊相似关系矩阵R的基础上,给定不同的 水平进行截取,从而得到不同的分类。

k=1

k=1

!!

4 模糊ISODATA聚类分析法

设被分类的对象集合为:X=xi1,xi2, ,xim。

x11

特性指标矩阵为

x21 xn1

x12x22 xn2

x1mx2m xnm

V1

要将样本集分成c类(2#c#n),设c个聚类中心向量为:V=

V2

=

v11v21

v12v22

v1mv2m

x1,x2, ,xn,其中每一个样本xi均有m个特性指标,即:xi=

Vcvn1vn2 vnm

聚类准则是:求出适当的模糊分类矩阵R与聚类中心向量R,使得目标函数(全体分类对象)对于各聚类中心的距离平方和最小,即

J(R,V)=min

k=1

!!(rik)q xk-i=1

nc

Vi 2达到最小值。

(1)

式中 Vi为第i类聚类中心; xk-Vi 2为样本xk与聚类中心Vi的距离的平方;q大于0的一个定值 …… 此处隐藏：5138字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……