人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與礦井通風(fēng)系統(tǒng)之間的聯(lián)系(圖文)

1、安全技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與礦井通風(fēng)系統(tǒng)之間的聯(lián)系(圖文) 1 引言 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評價，在礦井通風(fēng)管理工作中，是必不行少的，唯有對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀況作出精確的評價，才能對系統(tǒng)的調(diào)整作出正確的決策。近年來，國內(nèi)的專家、學(xué)者提出了綜合評判方法。其中的綜合評判方法綜合了多種指標(biāo)，從總體上對礦井通風(fēng)系統(tǒng)作出綜合的評判，例如，加權(quán)平均法、模糊綜合評判法、層次分析法、灰色聚類法等。但是，這些評價方法有的過于簡潔，難以全面地反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)的品質(zhì)好壞;有的過于繁瑣，無可比性，不能形成綜合的、明確的概念;有的方法是計算過程簡單，數(shù)據(jù)處理量大，不利于推廣使用。(風(fēng)險管理世界-.RiskMW.com) 在礦井通風(fēng)系統(tǒng)

2、評價中，有限的時空監(jiān)測數(shù)據(jù)所能供應(yīng)的信息是不完全的非確知的，且受多方面因素的影響。因此，評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)是個簡單的非結(jié)構(gòu)性問題。而近年來快速進(jìn)展起來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價的非結(jié)構(gòu)性問題供應(yīng)了一條新的解決途徑。 2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)及其原理 在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是進(jìn)展最成熟的一個。BP網(wǎng)絡(luò)模型由輸入層、輸出層、隱含層組成。其中，隱含層可是一層或多層，如圖1所示，是一個3層的BP網(wǎng)絡(luò)。 BP網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)最大不同表現(xiàn)在傳遞函數(shù)上。BP網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)必需是到處可微的，因此常使用Sigmoid型函數(shù)。 圖1 含一個隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)模型 BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練、學(xué)習(xí)過程分兩部分：

3、首先，將數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)輸入層，輸入層神經(jīng)元接受到信息后，依據(jù)輸入層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)將信息傳給隱含層，隱含層神經(jīng)元將信息傳遞給輸出層;然后，用BP網(wǎng)絡(luò)將實際輸入與目標(biāo)相比較，假如誤差超過給定值，則將誤差向后傳遞，也就是從輸出層到輸入層，在誤差的傳遞過程中，相應(yīng)地修改神經(jīng)元的連接權(quán)重。 3 評價指標(biāo)的確定 實踐證明，一個好的礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價方法應(yīng)滿意以下要求： (1)評價指標(biāo)能全面精確地反映出礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀況與技術(shù)質(zhì)量特征; (2)評價模式簡潔明白，可操作性強，易于把握; (3)評價結(jié)論能反映出礦井通風(fēng)系統(tǒng)的合理性、經(jīng)濟(jì)性及平安牢靠性; (4)評價中所采納的數(shù)據(jù)易于獵取，數(shù)據(jù)處理工作量小; (5)

4、各評價指標(biāo)有明確的評價標(biāo)準(zhǔn)。 基于以上的條件，筆者從8個方面選取了16個影響因素作為評價指標(biāo)，構(gòu)成了一個新的科學(xué)合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價體系。 3.1 礦井通風(fēng)動力方面的影響因素 影響因素1：主要通風(fēng)機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性(DL1)，指風(fēng)機工況點是否在合理的范圍內(nèi)，各風(fēng)機之間是否相互干擾，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的平安具有打算性的影響，是表征礦井通風(fēng)系統(tǒng)平安牢靠性的最重要的指標(biāo)。 影響因素2：主要通風(fēng)機綜合效率(DL2)，即電機輸入功率與主風(fēng)通風(fēng)機的輸入功率之比，其凹凸直接影響著礦井的經(jīng)濟(jì)效益。 3.2礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)方面的影響因素 影響因素3：礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)簡單程度(WL1)，它影響著井下風(fēng)流的穩(wěn)定性和井下風(fēng)量的可調(diào)性

5、。 影響因素4：礦井負(fù)壓的合理性(WL2)，它表示礦井的風(fēng)量與風(fēng)壓合理匹配的程度。 3.3礦井通風(fēng)設(shè)施方面的影響因素 3.3礦井通風(fēng)設(shè)施方面的影響因素 影響因素5：礦井通風(fēng)設(shè)施合格率(SS1)，各種能風(fēng)設(shè)施質(zhì)量都必需符合要求，功能齊全，性能牢靠。 3.4礦井通風(fēng)質(zhì)量方面的影響因素 影響因素6：礦井風(fēng)量供需比(ZL1)，礦井實際供風(fēng)量滿意需風(fēng)要求，是保證讓井下各作業(yè)地點有足夠風(fēng)量的前提條件，也是改善勞動環(huán)境和平安生產(chǎn)的基礎(chǔ)。礦井風(fēng)量供需比能較直觀地說明井下用風(fēng)的滿意程度。 影響因素7：用風(fēng)地點風(fēng)量合格率(ZL2)，其值反映了礦井通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)的有效性，是制造良好的勞動環(huán)境、防止瓦斯積聚、礦塵濃度超

6、限、降低溫度的基本措施，是礦井通風(fēng)系統(tǒng)平安牢靠的基礎(chǔ)。 影響因素8：用風(fēng)地點風(fēng)質(zhì)合格率(ZL3)，地面空氣進(jìn)入井下后，受到污染，混入各種有毒有害氣體和礦塵。 影響因素9：用風(fēng)地點溫度合格率(ZL4)，井下用風(fēng)地點的最高溫度反映了通風(fēng)降溫、空氣調(diào)整的效果。 影響因素10：防塵灑水系統(tǒng)合格率(ZL5)，粉塵影響著空氣的品質(zhì)，危害著工人的身體健康，對煤塵爆炸危急性的礦井，其危害更嚴(yán)峻，甚至超過瓦斯。要求礦井必需建立完善的防塵供水系統(tǒng)。 3.5礦井通風(fēng)監(jiān)測方面的影響因素 影響因素11：礦井通風(fēng)監(jiān)測利用率(JC1)，井下布置監(jiān)測探頭數(shù)量的多少隨礦井的不同而不同，用監(jiān)測探頭肯定數(shù)量的多少不能客觀衡量礦井通

7、風(fēng)受監(jiān)測的程度。采納通風(fēng)監(jiān)測實際利用率即實際完好利用的監(jiān)測探頭的數(shù)量與應(yīng)設(shè)監(jiān)測探頭的數(shù)量之比來評判，能作出一個較客觀的評價。 3.6防災(zāi)抗災(zāi)力量方面的影響因素 影響因素12：通風(fēng)方式與方法牢靠性(KZ1)，不同的礦井，其通風(fēng)方式與方法不相同，其抗災(zāi)力量也各不相同。 影響因素13：礦井防災(zāi)設(shè)施合格率(KZ2)，防災(zāi)設(shè)施是指隔爆水棚或巖粉棚、防火門、防爆門(蓋)、設(shè)施的總稱，是礦井通風(fēng)系統(tǒng)平安保障體生活費的物質(zhì)基礎(chǔ)。 影響因素14：礦井反風(fēng)系統(tǒng)的敏捷性(KZ3)反風(fēng)系統(tǒng)是在災(zāi)難發(fā)生后，防止災(zāi)難事故擴大的重要技術(shù)措施，用反風(fēng)系統(tǒng)敏捷牢靠性來表示。 3.7礦井通風(fēng)電耗方面的影響因素 影響因素15：礦井

8、噸煤通風(fēng)電耗比(DH1)，它表明白礦井相對的噸煤通風(fēng)電耗狀況。 3.8礦井通風(fēng)力量方面的影響因素 影響因素16：礦井通風(fēng)力量比(NL1)，即在同生產(chǎn)時期內(nèi)礦井的實際產(chǎn)量與核定的礦井的通風(fēng)力量的比，它說明白礦井通風(fēng)系統(tǒng)的平安牢靠性、經(jīng)濟(jì)合格性和管理水公平方面的狀況，具有可比性。 4礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn) 在確定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價的BP網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計，為適應(yīng)現(xiàn)場需要，利用VisualC+6.0開發(fā)了相應(yīng)的程序。 4.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計 在前面分析的基礎(chǔ)上，建立了如圖2所示礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其網(wǎng)絡(luò)檢驗流程如圖3所示。 圖2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價BP

9、網(wǎng)絡(luò)模型 本模型的隱含層神經(jīng)元數(shù)的選取采納摸索法，即首先給定隱含層神經(jīng)元數(shù)為一個較小的數(shù)，代入模型觀看其收斂狀況，然后漸漸增大。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定收斂之后，那么相應(yīng)的數(shù)值即為隱含層神經(jīng)元數(shù)。通過計算該模型的隱含層神經(jīng)元數(shù)為32個。 在該BP網(wǎng)絡(luò)模型中，依據(jù)參數(shù)的取值范圍要求，初始權(quán)值在0，1間隨機取，學(xué)習(xí)速率取0.2，網(wǎng)絡(luò)總誤差取0.01，附加動量取0.4。 圖3 BP網(wǎng)絡(luò)檢驗過程 4.2網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練 4.2.1訓(xùn)練樣本的預(yù)備 目前，關(guān)于礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價的指標(biāo)不統(tǒng)一，實例還很少，若用這些有限的實例作為學(xué)習(xí)樣本是不適合的，否則，會造成模型閱歷積累不正確，最終導(dǎo)致評價結(jié)果不精確。因此，論文中學(xué)習(xí)樣本的選取采納

10、抱負(fù)的方法。假如某礦的各項指標(biāo)值都為(合格)，則礦井通風(fēng)系統(tǒng)評的價結(jié)果為(合格);假如都為(基本合格)，則評價結(jié)果為(基本合格);假如都為(待整改)，則評價結(jié)果為(待整改)。基于這種假設(shè)，每種狀況下都隨機選取5個樣本共15個作為學(xué)習(xí)樣本，每種狀況下都隨機選取1個樣本共3個作為檢驗樣本，學(xué)習(xí)樣本、檢驗樣本詳如表1所示。 表1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價BP網(wǎng)絡(luò)模型學(xué)習(xí)樣本與檢驗樣本 見表 4.2.2訓(xùn)練過程及結(jié)果 使用表1中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，迭代11326次，網(wǎng)絡(luò)收斂;礦井通風(fēng)系統(tǒng)BP網(wǎng)絡(luò)驗算過程框圖如圖3所示。 然后將校驗樣本輸入到已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行評價，其輸出結(jié)果如表2所示，依據(jù)最大隸屬度原則進(jìn)

11、行比較，與期望結(jié)果相符。這說明所建立的礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價BP網(wǎng)絡(luò)模型及訓(xùn)練結(jié)果牢靠，可以投入使用。 表2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價BP網(wǎng)絡(luò)檢驗結(jié)果 見表 5 工程實際應(yīng)用 先采納抱負(fù)的學(xué)習(xí)樣本對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，然后用檢驗樣本對訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗，其結(jié)果與期望結(jié)果相符。為檢驗所建模型的實際應(yīng)用的評價精度，依據(jù)2021年710月對永煤集團(tuán)陳四樓煤礦、焦煤集團(tuán)九里山煤礦、義煤集團(tuán)楊村煤礦3個生產(chǎn)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)測定數(shù)據(jù)，利用我們所建評價指標(biāo)體系和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對其進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)評價，其參數(shù)分別如表3表45所示。 表3 陳四樓煤礦通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)值 見表 表4 九里山煤礦能風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)值 見表 表3 楊村煤礦通

12、風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)值 見表 將表1表3中各項指標(biāo)的值代入所建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)模型，其輸出結(jié)果分別為(0.88，0.17，0.01)，(0.01，0.61，0.23)，(0.29，0.57，0.01)。依據(jù)最大隸屬度原則，這3個礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評價結(jié)果分別為合格、基本合格、基本合格，這與實際狀況完全相符。因此，所建立的評價指標(biāo)體系和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)系統(tǒng)評價模型達(dá)到了煤礦所要求的精度，可以在工程實際中推廣使用。 6結(jié)論 (1)以礦井通風(fēng)系統(tǒng)的"平安牢靠、經(jīng)濟(jì)合理'和其定義所包含的各項內(nèi)容為依據(jù)，確立了16項礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)，建立了一套全新的通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系。 (2)利用Visual C+ +6.0采納人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP網(wǎng)絡(luò)模型建立了礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價模型，并開發(fā)了相應(yīng)的計算機評價