本公開涉及煤巖界面識(shí)別，具體涉及基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、煤炭作為能源產(chǎn)業(yè)的支柱，在城市發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。煤炭的高效開采是保障能源利用率和提升經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。在煤礦開采過程中，掘進(jìn)機(jī)常與煤巖交界處發(fā)生碰撞，因煤與巖石的物理力學(xué)性質(zhì)不同，經(jīng)常造成采煤機(jī)械的損壞，如截割機(jī)截齒斷裂等。近年來，煤礦建設(shè)逐漸向深地推進(jìn)，亟需推進(jìn)煤礦的無人化、智能化建設(shè)。因此，煤巖界面的準(zhǔn)確識(shí)別是提升煤礦開采效率的關(guān)鍵因素之一，也是推進(jìn)煤礦井巷無人化、智能化建設(shè)的重要一環(huán)。

3、現(xiàn)有煤巖識(shí)別技術(shù)多通過人工經(jīng)驗(yàn)、單源信息以及表觀信息實(shí)現(xiàn)。煤巖的人工判識(shí)過于依賴專家經(jīng)驗(yàn)，極易造成煤巖界面的誤判和漏判，造成采煤機(jī)械損壞、煤品質(zhì)量不過關(guān)等問題，且深地井巷環(huán)境惡劣，對專家的生理和心理造成極大損害，不符合無人化、智能化建設(shè)的目標(biāo)?，F(xiàn)有的智能識(shí)別方法中多采用圖像或者高光譜信息，但是煤礦井巷內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，光照、灰塵等因素極大影響了圖像、高光譜等信息的數(shù)據(jù)質(zhì)量，繁雜的熱源阻礙了紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用，并且現(xiàn)有技術(shù)多對開采面進(jìn)行表觀的煤巖判識(shí)，無法實(shí)現(xiàn)對前方未開采部分煤體和巖體的超前判識(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，提出了基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法及系統(tǒng)，通過圖像和聲波的初步判識(shí)以及光譜的精細(xì)復(fù)核，建立煤巖分界圖像識(shí)別模型進(jìn)行煤與巖石分界的初步分割，提取聲波波速值的突變特征進(jìn)行煤巖分界面的精細(xì)識(shí)別，精準(zhǔn)確定空間域內(nèi)的煤巖分界面。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

3、基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，包括：

4、獲取鉆孔過程中的不同位置的鉆孔圖像以及孔壁聲波；

5、將所述鉆孔圖像輸入至煤巖分界圖像識(shí)別模型中，獲取煤與巖石分界線的初步分割結(jié)果；

6、通過駐點(diǎn)分析提取孔壁聲波的突變點(diǎn)，基于突變點(diǎn)獲取波速值的突變特征，通過突變特征獲取煤巖分界線初步識(shí)別結(jié)果；

7、獲取孔壁光譜信息，提取孔壁光譜信息中的元素和礦物成分對初步分割結(jié)果和初步識(shí)別結(jié)果進(jìn)行識(shí)別復(fù)核，確定精細(xì)的煤巖分界線；

8、獲取所有不同鉆孔內(nèi)最終識(shí)別的煤巖分界線的里程以及走向信息，將不同鉆孔內(nèi)的煤巖分界線進(jìn)行連接，確定空間域內(nèi)的煤巖分界面。

9、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

10、基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別系統(tǒng)，包括：

11、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取鉆孔過程中的不同位置的鉆孔圖像以及孔壁聲波；

12、分界線初步識(shí)別模塊，用于將所述鉆孔圖像輸入至煤巖分界圖像識(shí)別模型中，獲取煤與巖石分界線的初步分割結(jié)果；通過駐點(diǎn)分析提取孔壁聲波的突變點(diǎn)，基于突變點(diǎn)獲取波速值的突變特征，通過突變特征獲取煤巖分界線初步識(shí)別結(jié)果；

13、分界線復(fù)核模塊，用于獲取孔壁光譜信息，提取孔壁光譜信息中的元素和礦物成分對初步分割結(jié)果和初步識(shí)別結(jié)果進(jìn)行識(shí)別復(fù)核，確定精細(xì)的煤巖分界線；

14、煤巖分界面獲取模塊，用于獲取所有不同鉆孔內(nèi)最終識(shí)別的煤巖分界線的里程以及走向信息，將不同鉆孔內(nèi)的煤巖分界線進(jìn)行連接，確定空間域內(nèi)的煤巖分界面。

15、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

16、一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述非暫態(tài)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)，實(shí)現(xiàn)所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法。

17、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

18、一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲(chǔ)器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲(chǔ)器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果為：

20、本公開的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，協(xié)同圖像、光譜與聲波的煤巖界面超前識(shí)別方法，通過建立的煤巖分界圖像識(shí)別模型和聲波波速異常特征進(jìn)行煤巖分界的初步識(shí)別，采用光譜技術(shù)識(shí)別孔壁的地球化學(xué)成分進(jìn)行識(shí)別結(jié)果的復(fù)核，充分利用了圖像、光譜及聲波等技術(shù)，綜合了煤巖的外觀、成分以及物理力學(xué)方面的多源信息，經(jīng)過了圖像和聲波的初步判識(shí)以及光譜的精細(xì)復(fù)核，打破了僅通過單源信息進(jìn)行煤巖識(shí)別的弊端，消除了煤巖識(shí)別的理論盲區(qū)，保障了煤巖分界面的精細(xì)化識(shí)別，指導(dǎo)現(xiàn)場截割機(jī)械的方案制定。

21、本公開的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，通過交叉超前鉆孔進(jìn)行開采面前方煤層巖體的超前識(shí)別，克服了現(xiàn)有技術(shù)僅對已開挖面進(jìn)行識(shí)別的弊端，鉆孔的交叉布設(shè)也避免了因煤巖分界面和鉆孔方向一致而導(dǎo)致的地質(zhì)盲區(qū)。

22、本公開的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法自動(dòng)化、智能化程度高，井巷內(nèi)的工作流程無需耗費(fèi)人力，僅通過機(jī)械裝置的智能化操控即可直接應(yīng)用，保障了井巷內(nèi)的施工安全。，

技術(shù)特征：

1.基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，所述煤巖分界圖像識(shí)別模型包括有監(jiān)督模型和無監(jiān)督模型，其中，有監(jiān)督模型通過語義分割，先將訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分界線進(jìn)行標(biāo)注，輸入至deeplabv3+模型中進(jìn)行訓(xùn)練；無監(jiān)督學(xué)習(xí)模型直接將未經(jīng)標(biāo)注的數(shù)據(jù)通過k-means、iccv21算法進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過識(shí)別圖像的像素變化特征進(jìn)行無監(jiān)督分類。

3.如權(quán)利要求1所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，獲取鉆孔過程中的不同位置的鉆孔圖像以及孔壁聲波，包括：利用交叉超前鉆孔的方式進(jìn)行鉆孔，對井巷開采面進(jìn)行布點(diǎn)打孔，從開采面的左右兩側(cè)分別以與開采面相同的夾角相向鉆進(jìn)，通過鉆機(jī)產(chǎn)生的反向風(fēng)壓將鉆孔內(nèi)部粉塵和巖渣、煤渣吹出，將高清相機(jī)、聲波探測器和光譜探頭搭載至自動(dòng)伸縮裝置頂部位置，并勻速伸入鉆孔內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4.如權(quán)利要求1所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，在自動(dòng)伸縮裝置深入鉆孔過程中，高清相機(jī)和聲波探測器持續(xù)工作，聲波在不同物理性質(zhì)的物質(zhì)之間傳播速度不一致，在煤和巖石的分界線會(huì)產(chǎn)生波速的突變，通過波速值突變特征識(shí)別煤巖分界線。

5.如權(quán)利要求1所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，自動(dòng)伸縮裝置回撤過程中，通過光譜探頭獲取孔壁的元素和礦物成分對圖像和聲波檢測出的煤巖分界面識(shí)別結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，保留正確的煤巖分界線；元素和礦物成分包括使用激光誘導(dǎo)擊穿光譜、x射熒光光譜獲取孔壁的元素信息，使用紅外光譜、拉曼光譜、x射線衍射光譜獲取孔壁的礦物信息。

6.如權(quán)利要求1所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，將每個(gè)鉆孔識(shí)別處的煤巖分界線的位置的0°和180°位置與其他鉆孔的相應(yīng)位置鏈接，形成一個(gè)煤巖分界面。

7.如權(quán)利要求1所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法，其特征在于，煤巖分界圖像識(shí)別模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)獲取的方式為：收集井巷沿線賦存的煤樣、巖石樣本以及煤巖混合物樣本，建立煤巖樣本庫；以煤巖樣本庫內(nèi)的實(shí)際的煤巖交界面為參照，對樣本庫內(nèi)含的煤、巖樣品加工拼接，建立不同拼接類型的煤巖拼接板；獲取煤巖拼接板的海量圖像數(shù)據(jù)，并作為數(shù)據(jù)集訓(xùn)練煤巖分界圖像識(shí)別模型。

8.基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述非暫態(tài)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)，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法。

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器、存儲(chǔ)器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲(chǔ)器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于圖-光譜-聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法。

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了基于圖?光譜?聲波協(xié)同的煤巖界面超前識(shí)別方法及系統(tǒng)，涉及煤巖界面識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，包括獲取鉆孔過程中的不同位置的鉆孔圖像以及孔壁聲波；將所述鉆孔圖像輸入至煤巖分界圖像識(shí)別模型中，獲取煤與巖石分界線的初步分割結(jié)果；通過駐點(diǎn)分析提取孔壁聲波的突變點(diǎn)，基于突變點(diǎn)獲取波速值的突變特征，通過突變特征獲取煤巖分界線初步識(shí)別結(jié)果；獲取孔壁光譜信息，提取孔壁光譜信息中的元素和礦物成分對初步分割結(jié)果和初步識(shí)別結(jié)果進(jìn)行識(shí)別復(fù)核，確定精細(xì)的煤巖分界線；獲取所有不同鉆孔內(nèi)最終識(shí)別的煤巖分界線的里程以及走向信息，將不同鉆孔內(nèi)的煤巖分界線進(jìn)行連接，確定空間域內(nèi)的煤巖分界面。

技術(shù)研發(fā)人員：許振浩,韓濤,李珊,余騰飛,林鵬,楊凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2