本發(fā)明涉及地質(zhì)工程及災(zāi)害預(yù)警，特別是指一種非線性動(dòng)力災(zāi)害深井地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球礦產(chǎn)資源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，礦山開(kāi)采活動(dòng)日益頻繁且向深部發(fā)展，深井開(kāi)采已成為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的重要趨勢(shì)。然而，深井開(kāi)采面臨著復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn)，其中地壓災(zāi)害是礦山安全生產(chǎn)的主要威脅之一。地壓災(zāi)害不僅會(huì)導(dǎo)致巷道坍塌、設(shè)備損壞，還可能引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡事故，給礦山企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

2、傳統(tǒng)的地壓監(jiān)測(cè)方法往往依賴(lài)于單一的應(yīng)力監(jiān)測(cè)或位移監(jiān)測(cè)手段，難以全面反映巖體的穩(wěn)定性狀態(tài)。同時(shí)，由于巖體受力變形過(guò)程的高度非線性、模糊性和不確定性，傳統(tǒng)的線性分析方法在處理復(fù)雜地壓?jiǎn)栴}時(shí)顯得力不從心。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非線性動(dòng)力災(zāi)害深井地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及系統(tǒng)，綜合運(yùn)用了非線性科學(xué)理論、突變理論、灰色理論、verhulst模型等多種先進(jìn)理論和技術(shù)手段，通過(guò)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化和位移變化等多維度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體穩(wěn)定性狀態(tài)的全面評(píng)估和預(yù)警。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種非線性動(dòng)力災(zāi)害深井地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，所述方法包括：

4、獲取聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化數(shù)據(jù)和位移變化數(shù)據(jù)；

5、對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以得到預(yù)處理數(shù)據(jù)；

6、通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)提取聲發(fā)射事件率、聲發(fā)射幅度、應(yīng)力變化量和位移變化量，以獲取關(guān)鍵參數(shù)；

7、根據(jù)突變理論，選取狀態(tài)變量和控制變量，對(duì)變量和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，以得到分析結(jié)果；

8、根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)巖體失穩(wěn)性時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，以得到預(yù)測(cè)結(jié)果；

9、根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，模擬巖體的變形發(fā)展至失穩(wěn)的過(guò)程，以得到預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)時(shí)間；

10、將聲發(fā)射時(shí)序、應(yīng)力時(shí)序和位移時(shí)序作為觀測(cè)序列，描述觀測(cè)序列之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并使用反演理論，以確定反演參數(shù)；

11、根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果、預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)時(shí)間和反演參數(shù)，評(píng)估巖體的穩(wěn)定性，以得到預(yù)警結(jié)果。

12、進(jìn)一步的，獲取聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化數(shù)據(jù)和位移變化數(shù)據(jù)，包括：

13、根據(jù)安裝聲發(fā)射傳感器、應(yīng)力計(jì)和位移傳感器，以配置數(shù)據(jù)采集軟件；

14、通過(guò)數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化數(shù)據(jù)和位移變化數(shù)據(jù)的變化，獲取聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化數(shù)據(jù)和位移變化數(shù)據(jù)。

15、進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)提取聲發(fā)射事件率、聲發(fā)射幅度、應(yīng)力變化量和位移變化量，以獲取關(guān)鍵參數(shù)，包括：

16、設(shè)置預(yù)處理后的聲發(fā)射信號(hào)的閾值，并根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的閾值識(shí)別聲發(fā)射事件，以得到聲發(fā)射事件率；

17、將預(yù)處理后的聲發(fā)射信號(hào)分段，獲取每個(gè)信號(hào)段的峰值幅度，以得到聲發(fā)射幅度；

18、根據(jù)預(yù)處理后的應(yīng)力數(shù)據(jù)，確定應(yīng)力的基準(zhǔn)值，并根據(jù)基準(zhǔn)值，計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的應(yīng)力變化量，以得到應(yīng)力變化量；

19、根據(jù)預(yù)處理的位移數(shù)據(jù)，確定位移的基準(zhǔn)值，并通過(guò)基準(zhǔn)值，計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位移變化量，以得到位移變化量。

20、進(jìn)一步的，根據(jù)突變理論，選取狀態(tài)變量和控制變量，對(duì)變量和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，以得到分析結(jié)果，包括：

21、根據(jù)突變理論，選取狀態(tài)變量和控制變量，狀態(tài)變量為巖體的變形程度或應(yīng)力狀態(tài)，控制變量為影響系統(tǒng)行為的外部因素，如加載條件和材料特性；

22、根據(jù)狀態(tài)變量和控制變量，通過(guò)x＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4將狀態(tài)變量表示為時(shí)間的函數(shù)，其中，ai是待定系數(shù)，t是時(shí)間，x是狀態(tài)變量；

23、根據(jù)時(shí)間的函數(shù)，通過(guò)進(jìn)行變量代換，并設(shè)定以得到平衡方程z3+az+b＝06；

24、根據(jù)平衡方程，計(jì)算分叉集方程為4a3+27b2＝0，以得到判別式d＝4a3+27b2，ai是taylor展開(kāi)式中的系數(shù)，bi變換后的系數(shù)，q是調(diào)整項(xiàng)，用于簡(jiǎn)化taylor展開(kāi)式，a,b是控制變量，d是分叉判別式，δz和δt是描述狀態(tài)變量突變及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化；

25、根據(jù)判別式獲得分析穩(wěn)定性，以得到分析結(jié)果。

26、進(jìn)一步的，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)巖體失穩(wěn)性時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，以得到預(yù)測(cè)結(jié)果，包括：

27、根據(jù)分析結(jié)果，獲取巖體的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通常是時(shí)間序列數(shù)據(jù)，例如巖體的位移、應(yīng)力或變形數(shù)據(jù)。

28、通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一次累加生成，其中，x(0)(i)>0，i為相同間隔時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，x(0)(i)是原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，(i)是一次累加生成數(shù)據(jù)，用于減少數(shù)據(jù)的隨機(jī)性。

29、根據(jù)一次累加生成數(shù)據(jù)，通過(guò)z(1)(i)＝(x(1)(i)+x(1)(i-1))÷2計(jì)算均值數(shù)據(jù)，z(1)(i)是均值生成數(shù)據(jù)，；

30、通過(guò)定義微分方程，解得一次累加生成數(shù)據(jù)x(1)(t)的表達(dá)式為其中，當(dāng)t取序號(hào)時(shí)，上式則變?yōu)椋浩渲?，i＝1,2,…,n；a^和u表達(dá)式為通過(guò)定義矩陣b和向量y，并根據(jù)矩陣b和向量y，通過(guò)生成和u的參數(shù)，是系統(tǒng)的衰減系數(shù)，u是外部輸入或驅(qū)動(dòng)項(xiàng)；

31、根據(jù)一次累加生成數(shù)據(jù)和均值數(shù)據(jù)，通過(guò)x(0)(i)＝x(1)(i)-x(1)(i-1)和得到原始數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值；

32、根據(jù)預(yù)測(cè)值，設(shè)定臨界值s，通過(guò)計(jì)算預(yù)期破壞事件的時(shí)間t，以得到預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)性時(shí)間，其中，s是臨界值，δt是數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。

33、進(jìn)一步的，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，模擬巖體的變形發(fā)展至失穩(wěn)的過(guò)程，以得到預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)時(shí)間，包括：

34、根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行一次累加生成變換，擬合成verhulst一階白化非線性微分方程，以得到巖體失穩(wěn)地壓災(zāi)害verhulst非線性微分動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方程；

35、對(duì)非線性微分動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方程進(jìn)行求解，預(yù)測(cè)失穩(wěn)時(shí)間，并對(duì)預(yù)測(cè)失穩(wěn)時(shí)間轉(zhuǎn)換為實(shí)際時(shí)間，以得到實(shí)際的預(yù)測(cè)失穩(wěn)時(shí)間。

36、進(jìn)一步的，將聲發(fā)射時(shí)序、應(yīng)力時(shí)序和位移時(shí)序作為觀測(cè)序列，描述觀測(cè)序列之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并使用反演理論，以確定反演參數(shù)，包括：

37、收集聲發(fā)射時(shí)序、應(yīng)力時(shí)序和位移時(shí)序的數(shù)據(jù)；

38、分析聲發(fā)射、應(yīng)力和位移時(shí)序之間的相關(guān)性，以得到分析結(jié)果；

39、根據(jù)分析結(jié)果，建立觀測(cè)序列之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，以得到參數(shù)數(shù)據(jù)的特性；

40、根據(jù)數(shù)據(jù)的特性，將觀測(cè)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，通過(guò)迭代優(yōu)化過(guò)程不斷調(diào)整模型參數(shù)，直到滿足一定的收斂準(zhǔn)則或達(dá)到預(yù)定的迭代次數(shù)，以確定反演參數(shù)。

41、第二方面，一種非線性動(dòng)力災(zāi)害深井地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括：

42、獲取模塊，用于獲取聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化數(shù)據(jù)和位移變化數(shù)據(jù)；對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以得到預(yù)處理數(shù)據(jù)；通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)提取聲發(fā)射事件率、聲發(fā)射幅度、應(yīng)力變化量和位移變化量，以獲取關(guān)鍵參數(shù)；根據(jù)突變理論，選取狀態(tài)變量和控制變量，對(duì)變量和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，以得到分析結(jié)果；

43、處理模塊，用于根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)巖體失穩(wěn)性時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，以得到預(yù)測(cè)結(jié)果；根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，模擬巖體的變形發(fā)展至失穩(wěn)的過(guò)程，以得到預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)時(shí)間；將聲發(fā)射時(shí)序、應(yīng)力時(shí)序和位移時(shí)序作為觀測(cè)序列，描述觀測(cè)序列之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并使用反演理論，以確定反演參數(shù)；根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果、預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)時(shí)間和反演參數(shù)，評(píng)估巖體的穩(wěn)定性，以得到預(yù)警結(jié)果。

44、第三方面，一種計(jì)算設(shè)備，包括：

45、一個(gè)或多個(gè)處理器；

46、存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)所述的方法。

47、第四方面，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的方法。

48、本發(fā)明的上述方案至少包括以下有益效果：

49、通過(guò)綜合運(yùn)用非線性科學(xué)理論，能夠更準(zhǔn)確地描述巖體的非線性、模糊性和不確定性特征，從而提高地壓災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)、應(yīng)力變化和位移變化，并提取關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，能夠在巖體失穩(wěn)之前提前預(yù)警，為礦山企業(yè)提供足夠的時(shí)間采取預(yù)防措施，避免災(zāi)害性事故的發(fā)生，結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段，形成互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多參數(shù)綜合分析，可以更全面地反映巖體的穩(wěn)定性狀態(tài)；基于非線性動(dòng)力學(xué)模型、突變理論等科學(xué)方法，建立系統(tǒng)性的預(yù)警機(jī)制，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，避免了單一方法的局限性，提高了預(yù)警的科學(xué)性和系統(tǒng)性。