本發(fā)明屬于井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)，尤其涉及一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在煤炭開采過(guò)程中，巷道施工常遭遇斷層破碎帶、巖溶、蝕變帶等不良地質(zhì)帶，將會(huì)導(dǎo)致重大地質(zhì)災(zāi)害、設(shè)備受損、人員傷亡等事故。因此，對(duì)井巷施工過(guò)程中的不良地質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，對(duì)確保礦井巷道的施工安全、煤炭開采具有重要意義。

2、目前，針對(duì)井巷不良地質(zhì)的預(yù)測(cè)多使用物探手段進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)物探可識(shí)別不良地質(zhì)體的位置和形態(tài)，例如利用地震波反射法識(shí)別斷層帶和破碎區(qū)域，利用電法或電磁法進(jìn)行掌子面前方水體的探測(cè)，但是，一方面，僅使用物探手段只能識(shí)別不良地質(zhì)體的“形”(即不良地質(zhì)體的位置、形狀、規(guī)模等)，卻無(wú)法識(shí)別不良地質(zhì)體的“性”(即不良地質(zhì)體的性質(zhì)、類型等)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)不良地質(zhì)體的綜合預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，雖然可聯(lián)合光譜測(cè)試進(jìn)行較為準(zhǔn)確地定量描述元素礦物信息，從而判識(shí)不良地質(zhì)的“性”，但受限于掌子面，光譜測(cè)試無(wú)法進(jìn)行前方未開挖地質(zhì)體巖石或巖體不良地質(zhì)的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，即在實(shí)際工程中仍無(wú)法有效獲取掌子面前方未挖掘段地質(zhì)體的“性”。

3、另一方面，由于物探手段存在多解性的問(wèn)題，即基于同一組物探數(shù)據(jù)，可能存在多種不同的地質(zhì)構(gòu)造解釋，如物探參數(shù)在空間分布上的不確定性、物探數(shù)據(jù)的覆蓋范圍不足、儀器的靈敏度和分辨率、地質(zhì)的復(fù)雜性等都會(huì)導(dǎo)致多解性問(wèn)題，因此還需要地質(zhì)分析或鉆探等方法為物探提供先驗(yàn)知識(shí)約束來(lái)解決這一多解性難題，然而，雖然鉆探能準(zhǔn)確得到前方地質(zhì)體的地質(zhì)數(shù)據(jù)，但鉆探存在“一孔之見”的缺點(diǎn)，其預(yù)測(cè)不全面，準(zhǔn)確性較差，而且鉆探費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大大影響巷道開挖效率；在實(shí)際工程中，地質(zhì)分析多為地質(zhì)專家進(jìn)入巷道結(jié)合掌子面地質(zhì)素描、現(xiàn)場(chǎng)施工揭露信息和勘察資料進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，其無(wú)法提供定量化的判識(shí)結(jié)果，常出現(xiàn)誤判漏判現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，針對(duì)井巷掌子面前方未挖掘段，聯(lián)合物探手段和光譜技術(shù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)前方地質(zhì)體中不良地質(zhì)進(jìn)行全面的“形”與“性”綜合預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)化、智能化和定量化，提高預(yù)測(cè)精度和效率，有效保障井巷快速安全施工。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)方法。

3、一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)方法，包括：

4、通過(guò)前期地質(zhì)勘查，收集井巷沿線區(qū)域正常圍巖和不良地質(zhì)影響區(qū)的巖石樣本，構(gòu)建巖石樣本庫(kù)；

5、采用物探手段和光譜技術(shù)測(cè)試巖石樣本庫(kù)中的巖石樣本，獲取巖石樣本的多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)；

6、基于巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型；

7、針對(duì)井巷掌子面前方未開挖段，通過(guò)物探手段測(cè)試并獲取前方地質(zhì)體的物探數(shù)據(jù)，解譯獲取前方不良地質(zhì)體的位置、形狀、規(guī)模；

8、將前方不良地質(zhì)體的物探數(shù)據(jù)輸入至物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型中進(jìn)行反演，獲取前方不良地質(zhì)體的光譜數(shù)據(jù)和巖石信息，基于光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量解譯，得到不良地質(zhì)體的類型、性質(zhì)，并根據(jù)巖石信息約束修正物探反演得到的前方不良地質(zhì)體位置、形狀、規(guī)模，完成不良地質(zhì)的綜合預(yù)測(cè)。

9、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述巖石樣本庫(kù)包括不同性質(zhì)的正常巖石和不良地質(zhì)體巖石；

10、所述正常巖石包括砂巖、頁(yè)巖、石灰?guī)r、玄武巖、花崗巖、片麻巖和板巖；

11、所述不良地質(zhì)體巖石包括斷層影響帶巖石、斷層核部巖石、不同破碎程度的巖石、軟弱夾層巖石、不同蝕變程度的巖石、巖溶區(qū)巖石和富水段落巖石。

12、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述多源數(shù)據(jù)包括物探數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)和不良地質(zhì)體的類型、性質(zhì)；所構(gòu)建的巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)包括不同性質(zhì)巖石的物探數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)；

13、采用物探手段對(duì)巖石進(jìn)行測(cè)試，獲取物探數(shù)據(jù)，包括：

14、利用地震波反射法獲取巖石的波速數(shù)據(jù)，利用電阻率法獲取巖石的電阻率數(shù)據(jù)，利用電磁法獲取巖石的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)；

15、采用光譜技術(shù)對(duì)巖石進(jìn)行測(cè)試，即利用不同波長(zhǎng)的光譜對(duì)巖石進(jìn)行測(cè)試，獲取巖石的光譜數(shù)據(jù)；所述不同波長(zhǎng)的光譜包括可見光-近紅外光譜、中紅外光譜、拉曼光譜，所述光譜數(shù)據(jù)包括可見光-近紅外光譜數(shù)據(jù)、中紅外光譜數(shù)據(jù)、拉曼光譜數(shù)據(jù)。

16、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型包括物探信息-光譜信息復(fù)雜等效模型和光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型。

17、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型的構(gòu)建包括：

18、基于巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)，提取每一巖石樣本的物探特征和光譜特征，以及不良地質(zhì)體的類型和性質(zhì)特征；所述物探特征包括波速特征、電阻率特征和電導(dǎo)率特征，所述光譜特征包括不同波長(zhǎng)處的吸收峰特征；

19、以不同性質(zhì)巖石的物探特征作為輸入特征，以不同波長(zhǎng)處的吸收峰特征作為輸出特征，搭建并訓(xùn)練物探信息-光譜信息復(fù)雜等效模型；

20、以不同波長(zhǎng)處的吸收峰特征作為輸入特征，以不良地質(zhì)體類型和性質(zhì)特征作為輸出特征，搭建并訓(xùn)練光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型。

21、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述將前方不良地質(zhì)體的物探數(shù)據(jù)輸入至物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型中進(jìn)行反演，獲取前方不良地質(zhì)體的光譜數(shù)據(jù)，包括：

22、將獲取的井巷掌子面前方不良地質(zhì)體的波速特征、電阻率特征、電導(dǎo)率特征輸入至物探信息-光譜信息復(fù)雜等效模型中，反演得到前方不良地質(zhì)體的不同波長(zhǎng)處的吸收峰特征；

23、將前方不良地質(zhì)體的不同波長(zhǎng)處的吸收峰特征輸入至光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型中，反演得到不良地質(zhì)體的類型和性質(zhì)特征。

24、進(jìn)一步的技術(shù)方案，在井巷開挖過(guò)程中，采集井巷后續(xù)開挖段同一位置處不良地質(zhì)體的類型、性質(zhì)、物探數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)采集數(shù)據(jù)驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果并進(jìn)行物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和不斷更新，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)建模循環(huán)，包括：

25、獲取當(dāng)前挖掘位置處地質(zhì)體的物探數(shù)據(jù)、對(duì)應(yīng)位置處地質(zhì)體的光譜信息，更新巖石樣本庫(kù)和巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)；

26、基于更新后的巖石樣本庫(kù)和巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)修正物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型。

27、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

28、一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

29、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建模塊，用于通過(guò)前期地質(zhì)勘查，收集井巷沿線區(qū)域正常圍巖和不良地質(zhì)影響區(qū)的巖石樣本，構(gòu)建巖石樣本庫(kù)；采用物探手段和光譜技術(shù)測(cè)試巖石樣本庫(kù)中的巖石樣本，獲取巖石樣本的多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)；

30、等效模型構(gòu)建模塊，用于基于巖石樣本多源數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型；

31、不良地質(zhì)預(yù)測(cè)模塊，用于針對(duì)井巷掌子面前方未開挖段，通過(guò)物探手段測(cè)試并獲取前方地質(zhì)體的物探數(shù)據(jù)，解譯獲取前方不良地質(zhì)體的位置、形狀、規(guī)模；將前方不良地質(zhì)體的物探數(shù)據(jù)輸入至物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型中進(jìn)行反演，獲取前方不良地質(zhì)體的光譜數(shù)據(jù)和巖石信息，基于光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量解譯，得到不良地質(zhì)體的類型、性質(zhì)，并根據(jù)巖石信息約束修正物探反演得到的前方不良地質(zhì)體位置、形狀、規(guī)模，完成不良地質(zhì)的綜合預(yù)測(cè)。

32、進(jìn)一步的技術(shù)方案，還包括：

33、模型動(dòng)態(tài)修正模塊，用于在井巷開挖過(guò)程中，采集井巷后續(xù)開挖段同一位置處不良地質(zhì)體的類型、性質(zhì)、物探數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)采集數(shù)據(jù)驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果并進(jìn)行物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和不斷更新，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)建模循環(huán)。

34、第三方面，本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器運(yùn)行時(shí)，完成第一方面所述方法的步驟。

35、第四方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，完成第一方面所述方法的步驟。

36、以上一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案存在以下有益效果：

37、1、本發(fā)明提供了一種基于光譜和物探聯(lián)合反演的井巷不良地質(zhì)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，針對(duì)井巷掌子面前方未挖掘段，聯(lián)合物探手段和光譜技術(shù)，通過(guò)深度融合光譜分析的定量地質(zhì)數(shù)據(jù)和物探信息，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)前方地質(zhì)體中不良地質(zhì)進(jìn)行全面的“形”與“性”精準(zhǔn)、高效綜合預(yù)測(cè)，相較于傳統(tǒng)的物探結(jié)合鉆探或地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)分析的方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)化、智能化和定量化的井巷掌子面前方未挖掘段不良地質(zhì)的預(yù)測(cè)，避免物探聯(lián)合鉆探存在的“一孔之見”的缺點(diǎn)，提高不良地質(zhì)體預(yù)測(cè)的全面性，有效提高預(yù)測(cè)精度和效率，保障井巷快速安全施工。

38、2、本發(fā)明通過(guò)搭建多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建了基于物探信息-光譜信息復(fù)雜等效模型和光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型的物探信息-光譜信息-巖石信息復(fù)雜等效模型，先通過(guò)構(gòu)造的物探-光譜模型，基于物探數(shù)據(jù)間接獲取掌子面后方地質(zhì)體的光譜信息，根據(jù)光譜信息準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不良地質(zhì)“性”的信息，再通過(guò)構(gòu)建的光譜-不良地質(zhì)模型，獲取預(yù)測(cè)的不良地質(zhì)體的類型和性質(zhì)等詳細(xì)地質(zhì)數(shù)據(jù)，并以此進(jìn)一步約束修正物探反演得到的不良地質(zhì)“形”的信息，以此解決僅利用物探信息反演存在多解性的問(wèn)題，保障預(yù)測(cè)信息的準(zhǔn)確性；本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了不良地質(zhì)類型、性質(zhì)特征的預(yù)測(cè)，還為物探反演不良地質(zhì)位置、形狀、規(guī)模特征提供了定量化地質(zhì)數(shù)據(jù)，可高效實(shí)時(shí)進(jìn)行不良地質(zhì)的綜合預(yù)測(cè)。