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煤矿矿区回采巷道围岩稳定性分类的灰色Fuzy聚类分析及应用
摘要
煤矿开采中，回采巷道围岩稳定性是一个重要的问题。本文采用灰色Fuzzy聚类分析的方法，对矿区巷道围岩的稳定性进行了分类。首先，将各种围岩指标进行综合考虑，建立了一个包含各种指标的评价指标体系；然后，采用基于灰色理论的Fuzzy聚类方法，对指标进行分类，得到了稳定性等级划分。最后，通过实例分析，验证了该方法的可行性。
关键词：煤矿，围岩稳定性，灰色Fuzzy聚类分析
Abstract
Incoalmineproduction,stabilityofsurroundingrockingoafisanimportantproblem.Inthispaper,aclassificationmethodbasedongrayFuzzyclusteringanalysisisproposedtoevaluatethestabilityofsurroundingrockingoaf.Firstly,anevaluationindexsystemincludingvariousindicatorsisestablishedbasedoncomprehensiveconsiderationofvariousrockindicators.Then,theFuzzyclusteringmethodbasedongraysystemtheoryisappliedtoclassifyindicators,andthestabilitylevelisobtained.Finally,thefeasibilityoftheproposedmethodisverifiedthroughcaseanalysis.
Keywords:coalmine,surroundingrockstability,grayFuzzyclusteringanalysis
1.引言
随着煤矿开采的不断深入，煤矿巷道围岩的稳定性问题日益突出。为了保证煤矿生产的安全和稳定，矿山工程师需要对巷道围岩的稳定性进行论证和评价。目前，对于巷道围岩的评价主要采用定量分析的方法。但是，由于巷道围岩所受影响因素非常复杂，传统的评价方法往往难以准确地评估巷道围岩的稳定性。因此，如何建立一种有效的分类方法，以便快速、准确地评估巷道围岩的稳定性，是当前矿山工程师面临的重要问题。
本文提出了一种基于灰色Fuzzy聚类分析的巷道围岩稳定性分类方法。该方法结合了灰色理论和Fuzzy聚类分析的思想，能够有效地评估围岩的稳定性等级，并为矿山工程师提供相应的措施建议，以保证煤矿生产的安全和稳定。
2.理论基础
2.1灰色系统理论
灰色系统理论是一种处理不确定性信息的理论。它的基本思想是通过区间分析将信息缺乏和不确定性转化为区间值，从而使得信息变得清晰明了。灰色系统理论通过对数据进行灰色数学处理，从而提高了数据的可靠性和可信度，是一种有效的不确定性信息处理方法。在工程方面，灰色系统理论成功地应用于模糊控制、质量评价、物资供应链管理等众多领域。
2.2Fuzzy聚类分析
Fuzzy聚类分析是一种模式识别和数据分析方法，它基于模糊集论，用于对数据样本进行聚类。其中，每个数据样本都有一个隶属度，表示它属于不同簇的程度。Fuzzy聚类分析具有灵活性和可拓展性，能够应对非线性、不确定性和模糊性数据。在工程方面，Fuzzy聚类分析已经成功应用于图像处理、信号处理、数据挖掘等领域。
3.稳定性评价指标体系
针对煤矿巷道围岩的复杂性，我们建立了一个包含各种指标的评价指标体系。该指标体系包括围岩的物理力学性质、地质条件、煤层厚度、矿井深度等指标，如表1所示。
表1围岩稳定性评价指标体系
4.稳定性等级划分方法
在巷道围岩的稳定性分类过程中，我们采用了灰色Fuzzy聚类分析的方法。该方法首先将各个指标进行区间化处理，然后运用Fuzzy聚类分析的方法对每个指标进行分类，并最终得到稳定性等级划分。
4.1区间化处理
灰色理论将每个指标的真实值x进行区间化处理，得到区间值。为了使得区间值更具代表性，我们采用了等距区间法进行划分。具体地，将每个指标的真实值按照一定的划分方式，分成5个等级，每个等级的长度相等。
设A={x_1,x_2,x_3,…,x_n}为一个需要进行灰色Fuzzy聚类分析的指标集合，采用等距区间法，将其分为m个等级。则每个等级的区间为：
(1)[0,x1),(x1,x2)…(xm-2,xm-1),(xm-1,∞)
4.2Fuzzy聚类分析
采用等距区间法进行划分后，我们运用Fuzzy聚类分析的方法对每个指标进行分类。这里我们定义了5个隶属函数，用于计算每个指标在某个围岩等级上的隶属度。其中，隶属函数的形式如下：
(2)μ1=（x-x1）/(x2-x1)
(3)μ