【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超前地質預報，具體為一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統。
技術介紹
1、超前地質預報(geological?forecast)指隧道施工過程中，在既有地質資料的基礎上，采用地質調查法、物探和其他勘探手段在隧道掌子面或對應地面位置查明隧道前方工程地質、水文地質和不良地質作用的一種地質勘探方法。
2、多源數據融合起源于多源信息融合，最早在20世紀70年代提出主要用于軍事領域中。通過對來自多個信息源產生的數據進行融合，以實現對觀測現象更好地理解。多源數據融合的結果充分挖掘了數據之間可利用價值，各種數據源信息通過交叉印證，提高了決策結果的準確率，減少了信息錯誤與疏漏，這在許多工程領域有重要價值。目前在理論層面已經有很多國內外學者針對不同數據源，提出了一些融合方法。這些融合方法可以分為基于概率論的方法和非概率的方法。
3、然而，現有的超前地質預報技術仍然存在諸多問題。首先，不同的超前地質預報方法都有其特定的適用范圍和局限性，在一些偏遠地區或地質條件極為復雜的地區，由于設備和技術人員的限制，超前地質預報的應用可能受到限制。
4、其次，現有的超前地質預報技術沒有建立完善的觀測系統，對觀測數據的處理和分析水平有待提高。超前地質預報的結果在很大程度上依賴于解譯人員的經驗和水平，不同的解譯人員可能會根據相同的觀測數據得出不同的預報結果。
5、針對上述問題，有必要提出一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統。
技術實現思路
1、
2、一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，包括綜合分析子系統、超前預報模塊和通知與統計模塊。其中綜合分析子系統包括掌子面分析模塊、超前鉆探分析模塊和地質雷達分析模塊。
3、掌子面分析模塊每個預設的時間間隔獲取掌子面的巖性特征數據，具體為：
4、獲取掌子面的里程樁號k。獲取掌子面包含的獲取掌子面的巖石類別，包括板巖、灰巖、千枚巖、砂巖、片巖、安山巖、頁巖、大理巖、花崗巖和玄武巖，并根據巖性類別匹配到預設的巖性參數c。獲取掌子面的巖層傾角巖層厚度節理組數最大節理間隙和出水量
5、作為本專利技術的一種優選方式，獲取掌子面四周圍巖的應力應變特征數據，包括：
6、圍巖邊墻收斂值圍巖邊墻收斂速率圍巖邊墻收斂加速度拱頂下沉量拱頂下沉速率拱頂下沉加速度圍巖最大主應力量值圍巖最大主應力方向和圍巖最大主應力傾角
7、通過公式計算里程樁號為k的掌子面的第一斷面特征參數e11(k)與第二斷面特征參數e12(k)。其中和均為預設的權重因子。
8、將第一斷面特征參數和第二斷面特征參數發送給超前預報模塊。
9、超前鉆探分析模塊每隔預設時間t，獲取水平鉆探機在里程樁號為k的掌子面進行水平地質鉆探獲取到的信息，包括水平鉆探機的鉆進功率p、鉆進速度v和鉆進里程深度δk。
10、作為本專利技術的一種優選方式，獲取鉆孔巖芯的巖性實驗參數，包括天然密度干密度飽和密度含水率和聲波測試縱波速度
11、作為本專利技術的一種優選方式，獲取鉆孔巖芯的力學實驗參數，包括鉆孔巖芯的軸心抗壓強度內聚力彈性模量泊松比和軟化系數
12、以鉆進功率p為縱軸，以時間t為橫軸，建立鉆進功率-時間圖并獲取其函數表達式p＝f1(t)。以鉆進速度v為縱軸，以時間t為橫軸，建立鉆進速度-時間圖并獲取其函數表達式v＝f2(t)。
13、通過公式計算第一鉆探特征參數e21(k+△k)和第二鉆探特征參數e22(k+△k)。其中t為預設的檢測周期，其中為一組預設的權重因子，其中μ為函數g(t)的一階矩。
14、將第一鉆探特征參數和第二鉆探特征參數發送給超前預報模塊。
15、地質雷達分析模塊獲取沿掌子面掘進方向上，在里程深度δk處探測電磁波的電磁強度瞬變量δb。以電磁強度瞬變量δb為縱軸，以里程深度δk為橫軸建立電磁強度瞬變量－里程深度圖。獲取電磁強度瞬變量-里程深度圖的函數表達式δb＝h(δk)。
16、作為本專利技術的一種優選方式，通過傅里葉變換將電磁強度瞬變量－里程深度圖轉化到頻域，得到電磁波頻率譜圖。
17、傅里葉變換公式為：其中i為虛數單位且i×i＝-1，其中v為分解后得到的頻率，s(v)是經過傅里葉變換后得到的電磁波頻率譜圖函數。在所述的電磁波頻率譜圖中進行特征提取，通過公式計算高頻占有率ρ，其中v1是預設的高低頻截止頻率。將高頻占有率ρ發送給超前預報模塊。
18、超前預報模塊獲取綜合分析子系統發來的分析數據，包括第一斷面特征參數e11(k)、第二斷面特征參數e12(k)、第一鉆探特征參數e21(k+△k)、第二鉆探特征參數e22(k+△k)和高頻占有率ρ。將所述的分析數據輸入邏輯判斷程序。
19、作為本專利技術的一種優選方式，所述的邏輯判斷程序具體為：
20、提取第一鉆探特征參數e21(k+△k)和第二鉆探特征參數e22(k+△k)中的鉆進里程深度δk，進入第一次數值判斷和第二次數值判斷。
21、第一次數值判斷：判斷高頻占有率ρ是否小于閾值ρmin。若是，進入第三次數值判斷；若否，進入第四次數值判斷；
22、第二次數值判斷：判斷第二鉆探特征參數e22(k+△k)是否大于閾值e22ma。若是，輸出巖爆預警信號，隨后進入第四次數值判斷；若否，直接進入第四次數值判斷。
23、第三次數值判斷：判斷第一鉆探特征參數e21(k+△k)是否大于閾值e21max。若是，輸出不連續地質預警信號，隨后進入第四次數值判斷；若否，直接進入第四次數值判斷。
24、第四次數值判斷：判斷里程深度δk是否小于閾值kmax。若是，進入第五次數值判斷；若否，結束整個邏輯判斷程序。
25、第五次數值判斷：判斷是否滿足條件第一斷面特征參數e11(k)大于閾值e11max或第二斷面特征參數e12(k)大于閾值e12max。若是，輸出停工檢查信號，隨后結束整個邏輯判斷程序；若否，輸出一級報警信號，隨后結束整個邏輯判斷程序。
26、在結束整個邏輯判斷程序后將輸出的所有信號發送給統計與通知模塊。
27、統計與通知模塊通過顯示屏輸出超前預報模塊產生的信號，包括不連續地質預警信號、巖爆預警信號、停工檢查信號或一級報警信號。通過顯示屏輸出信號對應的告警信息，并統計在預設統計周期內各個信號的產生次數。
28、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
29、(1)本專利技術通過獲取掌子面的里程樁號、巖石類別、巖層傾角、巖層厚度、節理組數、最大節理間隙和出水量等關鍵地質參數，為隧道或地下工程提供了詳盡的地質信息基礎；通過獲取掌子面四周圍巖的應力應變特征數據，包括收斂值、收斂速率、收斂加速度、拱頂下沉量、下沉速率、下沉加速度以及圍巖的最大主應力量值、方向和傾角等本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，包括綜合分析子系統和超前預報模塊，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，還包括統計與通知模塊，所述的綜合分析子系統還包括掌子面分析模塊和地質雷達分析模塊；
3.根據權利要求1所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，水平地質鉆探獲取到的鉆探信息包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，通過數值運算得到第一鉆探特征參數和第二鉆探特征參數的具體過程為：
5.根據權利要求2所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，掌子面的巖性特征數據包括：
6.根據權利要求2所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，通過運算得到里程樁號為K的掌子面的第一斷面特征參數與第二斷面特征參數的具體過程為：
7.根據權利要求2所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，通過傅里葉變換將電磁強度瞬變量－里
...【技術特征摘要】
1.一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，包括綜合分析子系統和超前預報模塊，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，還包括統計與通知模塊，所述的綜合分析子系統還包括掌子面分析模塊和地質雷達分析模塊；
3.根據權利要求1所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，水平地質鉆探獲取到的鉆探信息包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于多種探測方法信息融合超前地質預測系統，其特征在于，通過數值運算得到第一鉆...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王國元，范文博，馬德迎，牛鵬翔，生帥，劉書杰，張同釗，宋朝陽，王強，張廣宇，
申請(專利權)人：中煤建設集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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