一种扰动应力-微震同时空集成传感系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种扰动应力

【技术实现步骤摘要】
一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感系统及方法


[0001]本专利技术属于应力测量与微震监测
，具体涉及一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感系统，还涉及一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感方法，适用于工程开挖、支护设计与灾害的预警与防治。

技术介绍

[0002]随着我国工程建设领域逐渐深部化，深部岩体开挖后因高地应力而导致的工程灾害日益突出，严重制约着工程建设的发展。岩体发生破坏所受的应力包括原岩应力和扰动应力，原岩应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，它是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路、军事和其他各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力。扰动应力是指工程岩体受开挖扰动所产生的应力。微震监测技术作为一种切实有效的监测预警方法，通过对施工过程中岩石破裂以及现场施工产生的微震波动进行监测，计算得出岩石破裂事件发生的时间、空间、振幅、速度和能量分布，进而对工程围岩的能量富集状态进行评估，实现岩爆的监测和预警，现已广泛使用于矿山、隧道和水利水电工程建设领域。
[0003]传统地应力测量方法如水压致裂法、应力解除法等，只能单次测量原岩应力，在现场实际工程中受开挖环境影响，爆破、钻孔等开挖行为必定会产生扰动应力，同时也会产生相应的微震波，当扰动应力过大超过岩石强度时，会对工程开挖与支护结构产生严重的影响，通过应力测量装置可测得原岩应力与扰动应力数值σ
i
，对施工开挖与支护设计提供了基础；而借助微震监测装置可以得到微震信号的波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、P
‑
S波到时差T
d
等特征参数，通过后期处理可得出微震源定位、能量分布以及预测地区岩爆发生的概率，实现对岩爆灾害的监测预警与防控。
[0004]然而实际上受客观环境与主观因素的影响，无论是微震监测还是应力测量的过程都是复杂的，所以考虑微震事件与该事件引起的扰动应力之间的关系以及运用二者之间的关系解决实际问题对工程灾害防治尤为重要，例如当仪器使用时间较长时，复杂的现场环境会对仪器产生损伤，导致所测量的结果有很大的误差，无法反应现场实际情况。通过将应力测量技术与微震监测技术结合起来，可以实现对围岩应力测量与岩爆灾害分析预测的双重校正，减小误差，同时应力测量与微震监测与灾害发生机理有一定的联系，通过分析其特征参数可以进行灾害的预警与防控，减少损失，规避风险。
[0005]综上所述，应力测量与微震监测对于支护变形、岩爆等工程灾害的预警防治都至关重要，同时二者之间的关系问题更需要进一步研究分析，进而将其应用到实际工程中，解决现场问题对工程灾害进行防治。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有工程情况与技术上存在的缺陷，提供一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感系统，还提供一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感方法。
[0007]为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：
[0008]一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感系统，包括输出装置，还包括集成传感装置和数据处理装置，
[0009]集成传感装置，用于获得微震数据和应力数据，并将微震数据和应力数据发送给数据处理装置，
[0010]数据处理装置，用于对微震数据和应力数据进行处理获得微震信号数据和扰动应力数据，微震信号数据包括波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、以及P
‑
S波到时差T
d
，扰动应力数据包括实测扰动应力σ
i
，还用于根据微震信号数据通过扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型计算获得计算扰动应力σ
′
i
，还用于将微震信号数据、实测扰动应力σ
i
、微震信号类型、以及计算扰动应力σ
′
i
输送至外部输出装置。
[0011]一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1、在巷道围岩内钻孔，然后将集成传感装置推送安装在钻孔测量点处，集成传感装置通过数据线与钻孔外的数据处理装置相连，对钻孔进行注浆，注浆完成后进行钻孔封口，
[0013]步骤2、集成传感装置对微震数据和应力数据进行实时监测，通过数据线将微震数据和应力数据传输至数据处理装置，
[0014]步骤3、数据处理装置对接收到的微震数据和应力数据进行计算处理与信号识别，获得微震信号数据、扰动应力数据、以及微震信号类型，微震信号数据包括波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、以及P
‑
S波到时差T
d
；扰动应力数据包括实测扰动应力σ
i
；微震信号类型包括岩石破裂信号、爆破信号、以及钻机信号，
[0015]步骤4、对扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型进行训练，将微震信号数据输入到训练完成的扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型，
[0016]步骤5、经过扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型计算输出计算扰动应力σ
′
i
，
[0017]步骤6、数据处理装置传输微震信号数据、实测扰动应力σ
i
、微震信号类型、以及计算扰动应力σ
′
i
至外部输出装置，若实测扰动应力σ
i
与计算扰动应力σ
′
i
的差值超过设定阈值时，则进行报警。
[0018]如上所述的步骤4包括以下步骤：
[0019]步骤4.1、选用BP神经网络作为扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型，初始化扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型，
[0020]步骤4.2、获取不同微震信号类型对应的微震信号数据和实测扰动应力σ
i
，微震信号数据包括波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、以及P
‑
S波到时差T
d
，一组微震信号数据和对应的实测扰动应力σ
i
作为样本，多个样本构成样本集，将样本集分为训练集和验证集，
[0021]步骤4.3、扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型包含输入层、隐含层与输出层，输入节点数初始为5，输出节点数初始为1，微震信号数据的波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、P
‑
S波到时差T
d
作为输入层的输入，微震信号数据对应的实测扰动应力σ
i
作为输出层的输出，
[0022]步骤4.4、训练之前对扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型的训练本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感系统，包括输出装置(300)，其特征在于，还包括集成传感装置(100)和数据处理装置(200)，集成传感装置(100)，用于获得微震数据和应力数据，并将微震数据和应力数据发送给数据处理装置(200)，数据处理装置(200)，用于对微震数据和应力数据进行处理获得微震信号数据和扰动应力数据，微震信号数据包括波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、以及P
‑
S波到时差T
d
，扰动应力数据包括实测扰动应力σ
i
，还用于根据微震信号数据通过扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型计算获得计算扰动应力σ
′
i
，还用于将微震信号数据、实测扰动应力σ
i
、微震信号类型、以及计算扰动应力σ
′
i
输送至外部输出装置(300)。2.一种扰动应力
‑
微震同时空集成传感方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在巷道围岩内钻孔，然后将集成传感装置(100)推送安装在钻孔测量点处，集成传感装置(100)通过数据线与钻孔外的数据处理装置(200)相连，对钻孔进行注浆，注浆完成后进行钻孔封口，步骤2、集成传感装置(100)对微震数据和应力数据进行实时监测，通过数据线将微震数据和应力数据传输至数据处理装置(200)，步骤3、数据处理装置(200)对接收到的微震数据和应力数据进行计算处理与信号识别，获得微震信号数据、扰动应力数据、以及微震信号类型，微震信号数据包括波形传播速度V、最大振幅A
max
、主频F、振动加速度a、以及P
‑
S波到时差T
d
；扰动应力数据包括实测扰动应力σ
i
；微震信号类型包括岩石破裂信号、爆破信号、以及钻机信号，步骤4、对扰动应力
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微震同时空集成传感模型进行训练，将微震信号数据输入到训练完成的扰动应力
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微震同时空集成传感模型，步骤5、经过扰动应力
‑
微震同时空集成传感模型计算输出计算扰动应力σ
′
i
，步骤6、数据处理装置(200)传输微震信号数据、实测扰动应力σ
i
、微震信号类型、以及计算扰动应力σ
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炳瑞，王庆，彭剑平，李邵军，汪宗文，张博超，
申请(专利权)人：招金矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：