基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统，方法包括对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程，获取该行进里程每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；对所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，确定异常区域并预警；本发明专利技术可实现掘进巷道前方动态实时预警，指导矿方安全高效掘进。指导矿方安全高效掘进。指导矿方安全高效掘进。

【技术实现步骤摘要】
基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及地质勘探
，具体涉及一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统。

技术介绍

[0002]巷道掘进过程中一般需要预留30m掘进超前安全距离，针对预留的30m掘进超前安全距离开展相关的物探和钻探手段，确保后方安全可掘进。常规的地震超前探测需要停下掘进工作面生产工作，布置观测系统、打眼、放炮等，工作繁杂，严重影响工作面掘进速度。
[0003]随掘地震超前探测方法是近些年发展起来的一种新型矿井巷道地震超前探测方法，该方法以掘进机掘进过程中产生的震动作为震源进行巷道超前探测，从而实现了边掘边探的任务目的。
[0004]掘进机的动力头与煤壁或岩壁的截割，将产生大量伪随机连续震源，通过在迎头后方巷道侧帮布置的随掘地震监测系统，全时接收煤层或岩层中截割震动信号，结合相关叠加干涉等智能算法的处理，把掘进机的连续震动信号转换为脉冲震源信号，利用反射波提取与基于广义S变换的时频极化分析绕射波偏移成像技术(《AHilbert polarization imaging method with breakpoint diffracted wave in front of roadway》，Bo Wang等)，推测为前方异常地质界面变化，从而达到掘进前方和工作面内构造的动态超前探测的作用。文献“煤矿井下随采随掘地震监测智能地质保障系统，智能矿山第2022年11期，关奇等人”中对随采地震监测技术和随掘地震监测技术进行了研究，其中，掘是指掘进即向前挖掘打出巷道，一般来说工作面小，效率低，采即指在打出的巷道中间布置回采工作面向后回采煤层；通过在巷道内布设传感器网络，实时不间断的接收截割震动信号并通过布设的光纤网络将震动信号发送给地面和井下集控中心磁盘存储阵列进行存储，由集控中心的随掘数据处理系统对实时采集的数据进行处理生成成像结果，该方案仅实现了随掘地震在线式数据采集。
[0005]目前的随掘地震探测方案多是在全时数据采集完成后，人工进行处理获取当时掘进机所在位置前方一定范围内的异常位置分布，从数据采集完成到获取异常位置分布间隔时间较长，无法满足随掘随探，掘遇地质异常实时预警的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于如何实现掘进巷道前方动态实时预警。
[0007]本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：
[0008]第一方面，本专利技术提出了一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，所述方法包括：
[0009]S10、对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程T
i
，获取该行进里程T
i
每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；
[0010]S20、对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；
[0011]S30、对T
i
里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。
[0012]进一步地，在所述对T
i
里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域之后，包括：
[0013]将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并重复执行所述步骤S10～步骤S20，得到下一行进里程T
i+1
对应的所有异常点；
[0014]根据下一行进里程T
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的异常点数是否持续增加；
[0015]若是，则确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置并预警；
[0016]若否，则确定所述疑似异常区域为假异常区域。
[0017]进一步地，所述利用随掘地震监测系统获取掘进机每间隔设定距离截割时的随掘地震信号，包括：
[0018]将所述随掘地震监测系统与所述掘进机的控制系统连接，基于掘进机技术协议，获取截割技术参数，所述截割技术参数包括掘进机位置、掘进机截割岩体的工作时间、掘进机的掘进头所在里程位置及截割电流；
[0019]基于所述截割技术参数获取所述掘进机截割时有效的随掘地震信号。
[0020]进一步地，所述对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点，包括：
[0021]提取各所述异常界面所在切线线段的中点位置坐标以及切线线段的角度，并将中点位置坐标作为异常点的位置坐标、将切线线段的角度作为异常点的角度信息，所述异常点的二维平面表达形式为(x，y，α)，其中x表示异常界面所在切线线段的中点横坐标，y表示异常界面所在切线线段的中点纵坐标，α表示切线线段的角度。
[0022]进一步地，所述对T
i
里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警，包括：
[0023]基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；
[0024]基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；
[0025]将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域；
[0026]基于T
i
里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。
[0027]进一步地，所述基于T
i
里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警，包括：
[0028]判断所述主异常区域或所述次异常区域内的异常点数占异常点总数的占比；
[0029]在所述占比超过设定比值时，则确定所述主异常区域或所述次异常区域为疑似异常区域，并将所述疑似异常区域的中心坐标作为当前监测范围内的异常位置；
[0030]在所述占比未超过所述设定比值时，则舍弃所述主异常区域或所述次异常区域。
[0031]进一步地，在确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置或确定所述疑似异常区域为假异常区域之后，所述方法还包括：
[0032]判断巷道掘进作业是否完成；
[0033]若是，则结束巷道掘进作业；
[0034]若否，则继续移动所述观测系统，得到下一行进里程T
i+2
对应的所有异常点，结合行进里程T
i+1
对应的所有异常点和行进里程T
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述方法包括：S10、对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程T
i
，获取该行进里程T
i
每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；S20、对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；S30、对T
i
里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。2.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，在所述对T
i
里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域之后，包括：将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并重复执行所述步骤S10～步骤S20，得到下一行进里程T
i+1
对应的所有异常点；根据下一行进里程T
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的异常点数是否持续增加；若是，则确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置并预警；若否，则确定所述疑似异常区域为假异常区域。3.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述获取该行进里程每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，包括：将随掘地震监测系统与所述掘进机的控制系统连接，基于掘进机技术协议，获取截割技术参数，所述截割技术参数包括掘进机位置、掘进机截割岩体的工作时间、掘进机的掘进头所在里程位置及截割电流；基于所述截割技术参数获取所述掘进机截割时有效的随掘地震信号。4.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点，包括：提取各所述异常界面所在切线线段的中点位置坐标以及切线线段的角度，并将中点位置坐标作为异常点的位置坐标、将切线线段的角度作为异常点的角度信息，所述异常点的二维平面表达形式为(x，y，α)，其中x表示异常界面所在切线线段的中点横坐标，y表示异常界面所在切线线段的中点纵坐标，α表示切线线段的角度。5.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述对T
i
里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警，包括：基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进
行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金锁，吴记军，任川，胡斌，李纯阳，王宗涛，董亚，曹煜，
申请(专利权)人：安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：