适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法

本发明涉及隧道岩爆预警，具体而言，尤其涉及一种适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法。

背景技术：

1、岩爆时间预警是岩石力学领域亟待解决的难点问题和热点问题。对岩爆进行时间预警，能为选择恰当的岩爆防控时机和制定针对性的岩爆防控措施提供重要参考。现阶段的岩爆预警方法能取得的最好效果是对潜在岩爆的位置、等级和概率进行相对准确的预警，而对于潜在岩爆的发生时间只能进行较为模糊的预判，预判结果往往只能给出一个宽泛的时期。这使得岩爆防控措施的施作时机难以准确把握，防控效果不尽如人意。

2、因此，岩爆时间预警问题亟待突破。

技术实现思路

1、根据上述提出潜在岩爆发生时间预测不准确的技术问题，而提供一种适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法。本发明主要利用所述微震信息预测模型预测爆破循环预测值；将预警区域内的历史爆破循环微震信息和所述爆破循环预测值进行融合，形成合成微震信息时间序列；将所述合成微震信息时间序列输入所述岩爆时间预警模型，所述岩爆时间预警模型输出爆破循环潜在岩爆的预测等级，从而实现爆破循环为单位的岩爆时间预警。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、本发明提供了一种适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，包括：

4、建立基于长短时记忆网络的微震信息预测模型；

5、建立基于长短时记忆网络的岩爆时间预警模型；

6、利用所述微震信息预测模型预测爆破循环预测值；

7、将预警区域内的历史爆破循环微震信息和所述爆破循环预测值进行融合，形成合成微震信息时间序列；

8、将所述合成微震信息时间序列输入所述岩爆时间预警模型，所述岩爆时间预警模型输出爆破循环潜在岩爆的预测等级以实现爆破循环为单位的岩爆时间预警。

9、进一步地，所述建立基于长短时记忆网络的微震信息预测模型，包括：

10、建立微震信息数据库；

11、建立以爆破循环为单位的微震信息时间序列样本库；

12、采用所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库训练并测试所述微震信息预测模型；

13、每隔第一预设时间段对所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库进行补充，并采用补充后的所述微震信息数据库和补充后的所述微震信息时间序列样本库对所述微震信息预测模型进行更新训练。

14、进一步地，所述建立以爆破循环为单位的微震信息时间序列样本库，包括：

15、获取微震数据；

16、对所述微震数据进行滤波、识别、定位和分析处理，获取所述历史爆破循环微振信息及对应的微震参数，所述微震参数包括微震事件数、微震释放能以及微震视体积；

17、将所述历史爆破循环微振信息以爆破循环为单位，并按照时间顺序排列成微震信息时间序列样本，一个爆破循环的所述微震参数的累积值构成一个采样点的各个分量；

18、随着隧道的开挖，掌子面不断移动，所述预警区域跟随所述掌子面同向平移，一个爆破循环对应增加一个微震信息时间序列样本。

19、进一步地，所述采用所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库训练并测试所述微震信息预测模型，包括：

20、将所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库中的70％作为训练样本，另外的30％作为测试样本；

21、在损失函数约束下，采用所述训练样本训练所述微震信息预测模型，所述损失函数按照以下公式进行计算：

22、

23、其中，n为所述训练样本的数据个数，yi为第i个数据的原始值，y′i为所述长短时记忆网络输出的预测值，rmse为均方根误差。

24、进一步地，在所述采用所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库训练并测试所述微震信息预测模型之后，还包括度量训练后的所述微震信息预测模型的精度，按照以下公式进行计算：

25、

26、其中，r2为可决系数，为所述训练样本的数据平均值。

27、进一步地，所述建立基于长短时记忆网络的岩爆时间预警模型，包括：

28、建立岩爆案例数据库；

29、建立以爆破循环为单位的典型岩爆案例样本库；

30、根据所述岩爆案例数据库和所述典型岩爆案例样本库训练并测试所述岩爆时间预警模型；

31、每隔第二预设时间段对所述岩爆案例数据库和所述典型岩爆案例样本库进行补充，并采用补充后的所述岩爆案例数据库和所述典型岩爆案例样本库对所述岩爆时间预警模型进行更新训练。

32、进一步地，所述建立以爆破循环为单位的典型岩爆案例样本库，包括：

33、获取爆破前所述预警区域的历史爆破循环的累积微震事件数、累积微震释放能、累积微震视体积、微震事件率、微震释放能速率、微震视体积率、后续爆破循环的微震事件数、后续爆破循环的微震释放能、后续爆破循环的微震视体积；

34、随着隧道的开挖，掌子面不断移动，所述预警区域跟随所述掌子面同向平移，一个爆破循环对应增加一个样本。

35、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

36、1、本发明提供的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，通过建立基于长短时记忆网络的微震信息预测模型；建立基于长短时记忆网络的岩爆时间预警模型；利用所述微震信息预测模型预测爆破循环预测值；将预警区域内的历史爆破循环微震信息和所述爆破循环预测值进行融合，形成合成微震信息时间序列；将所述合成微震信息时间序列输入所述岩爆时间预警模型，所述岩爆时间预警模型输出爆破循环潜在岩爆的预测等级以实现爆破循环为单位的岩爆时间预警。

技术特征：

1.一种适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，所述建立基于长短时记忆网络的微震信息预测模型，包括：

3.根据权利要求2所述的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，所述建立以爆破循环为单位的微震信息时间序列样本库，包括：

4.根据权利要求2所述的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，所述采用所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库训练并测试所述微震信息预测模型，包括：

5.根据权利要求4所述的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，在所述采用所述微震信息数据库和所述微震信息时间序列样本库训练并测试所述微震信息预测模型之后，还包括度量训练后的所述微震信息预测模型的精度，按照以下公式进行计算：

6.根据权利要求1所述的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，所述建立基于长短时记忆网络的岩爆时间预警模型，包括：

7.根据权利要求6所述的适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法，其特征在于，所述建立以爆破循环为单位的典型岩爆案例样本库，包括：

技术总结
本发明提供一种适用于钻爆法隧道开挖过程的即时型岩爆时间预警方法。本发明方法，包括：建立基于长短时记忆网络的微震信息预测模型；建立基于长短时记忆网络的岩爆时间预警模型；利用所述微震信息预测模型预测爆破循环预测值；将预警区域内的历史爆破循环微震信息和所述爆破循环预测值进行融合，形成合成微震信息时间序列；将所述合成微震信息时间序列输入所述岩爆时间预警模型，所述岩爆时间预警模型输出爆破循环潜在岩爆的预测等级以实现爆破循环为单位的岩爆时间预警。

技术研发人员：胡磊,冯夏庭,付廉杰,马涛,姚志宾,张伟,毕鑫,何本国,答治华,张文灿,熊永润,张宇,常文飞,王雷
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16