本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探，尤其涉及一種基于隨鉆圖像與光譜融合的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、突涌水是導(dǎo)致煤礦井巷施工過(guò)程中遭遇淹井停工、機(jī)械損壞、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的重要因素，且突涌水的來(lái)源在井巷沿線地質(zhì)體中的賦存形式及致災(zāi)程度受多種因素共同決定。隨著礦井開采深度的持續(xù)增加，地下水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性使得突涌水事故的發(fā)生變得難以預(yù)測(cè)，對(duì)礦井的安全施工造成了嚴(yán)重威脅。

3、在實(shí)際施工過(guò)程中，突涌水具有一定的突發(fā)性，缺乏有效的預(yù)警和應(yīng)急處理手段往往會(huì)進(jìn)一步加劇事故的嚴(yán)重性。因此，如何在復(fù)雜多變的地質(zhì)條件下有效識(shí)別和評(píng)估突涌水風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)成為煤礦井巷工程安全領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

4、現(xiàn)有的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法主要包括地質(zhì)分析法、層次分析法和屬性數(shù)學(xué)理論法等，其中，地質(zhì)分析法主要通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、數(shù)據(jù)收集、巖性構(gòu)造分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)測(cè)反饋等步驟，來(lái)評(píng)估礦井水文地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)突涌水風(fēng)險(xiǎn)；層次分析法將問(wèn)題分解為目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等多個(gè)層次，通過(guò)成對(duì)比較構(gòu)建判斷矩陣，計(jì)算權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終得出各方案或各層級(jí)的相對(duì)重要性排序；屬性數(shù)學(xué)理論法通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來(lái)描述和評(píng)估突涌水風(fēng)險(xiǎn)。

5、上述方法在應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況下的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)仍然存在諸多局限性，例如：地質(zhì)分析法依賴于地質(zhì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，且通常側(cè)重于定性描述，可能導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果的不確定性；層次分析法在構(gòu)建判斷矩陣和進(jìn)行成對(duì)比較時(shí)，仍然依賴專家的主觀判斷，易誤判漏判；屬性數(shù)學(xué)理論法通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來(lái)描述和評(píng)估突涌水風(fēng)險(xiǎn)，可能無(wú)法及時(shí)捕捉到地質(zhì)條件的實(shí)時(shí)變化，在模型輸出風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果到采取實(shí)際措施之間可能存在延遲等問(wèn)題；這些問(wèn)題共同導(dǎo)致了突涌水事故的預(yù)防和控制效果遠(yuǎn)未能達(dá)到理想狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于隨鉆圖像與光譜融合的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法及系統(tǒng)，通過(guò)鉆孔出水情況、推進(jìn)力及扭矩曲線的異常點(diǎn)位確定風(fēng)險(xiǎn)范圍，根據(jù)圍巖可溶性、風(fēng)險(xiǎn)范圍和地下水位情況劃分突涌水危險(xiǎn)等級(jí)，獲取掌子面前方每個(gè)位置的裂隙數(shù)量、顏色異常區(qū)域和含水量數(shù)據(jù)，進(jìn)行突涌水風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)。

2、在一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于隨鉆圖像與光譜融合的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，包括：

4、對(duì)待測(cè)井巷掌子面進(jìn)行多孔鉆探，分析判斷圍巖的可溶性強(qiáng)弱，記錄鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆進(jìn)參數(shù)異常點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的鉆進(jìn)深度；

5、如果鉆進(jìn)過(guò)程中有水流出，則識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)范圍，基于風(fēng)險(xiǎn)范圍、圍巖可溶性和地下水位與井巷底板高差確定突涌水危險(xiǎn)等級(jí)；如果無(wú)水流出，則基于圍巖可溶性和地下水位與井巷底板高差確定掌子面各位置的突涌水危險(xiǎn)等級(jí)；

6、對(duì)于每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，獲取區(qū)域鉆孔內(nèi)巖體的圖像信息，對(duì)圖像進(jìn)行處理得到鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量和分布，得到單位面積裂隙總數(shù)；通過(guò)對(duì)圖像中的像素進(jìn)行聚類，確定圖像中的顏色異常區(qū)域；獲取區(qū)域鉆孔內(nèi)巖體的光譜信息，基于建立的光譜含水量反演模型，反演出巖體的含水量；

7、基于每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)不同位置的單位面積裂隙總數(shù)、顏色是否異常和巖體的含水量，進(jìn)一步確定每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)各位置的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

8、作為進(jìn)一步的方案，如果鉆進(jìn)過(guò)程中有水流出，則識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)范圍，具體為：

9、如果鉆進(jìn)過(guò)程中有水流出，則記錄出水點(diǎn)位置，并圍繞出水鉆孔向周圍均勻打孔，直至打出無(wú)水鉆孔；基于出水鉆孔周圍無(wú)水鉆孔的位置確定風(fēng)險(xiǎn)范圍在掌子面平面方向上的橫向和豎向邊界；基于每個(gè)鉆孔對(duì)應(yīng)的兩個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)異常點(diǎn)，確定掌子面深度方向上的深度邊界；形成風(fēng)險(xiǎn)范圍三維視圖。

10、作為進(jìn)一步的方案，獲取鉆孔內(nèi)巖體的圖像信息，對(duì)圖像進(jìn)行處理得到鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量和分布，具體為：

11、通過(guò)邊緣檢測(cè)算法識(shí)別圖像中的邊緣信息；去除圖像中的噪聲和雜質(zhì)，突出裂隙特征；應(yīng)用霍夫變換將圖像中的邊緣信息轉(zhuǎn)換為參數(shù)空間，從而識(shí)別出裂隙的形狀；

12、通過(guò)設(shè)置閾值將圖像分割為前景和背景兩部分，前景對(duì)應(yīng)裂隙，背景對(duì)應(yīng)其他地質(zhì)特征；應(yīng)用高通濾波器突出前景圖像中裂隙的邊緣，應(yīng)用低通濾波器去除前景圖像中的噪聲和雜質(zhì)，以使裂隙特征更加清晰；從而得到鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量和分布。

13、作為進(jìn)一步的方案，通過(guò)對(duì)圖像中的像素進(jìn)行聚類，確定圖像中的顏色異常區(qū)域，具體為：

14、通過(guò)色彩空間轉(zhuǎn)換將像素從rgb轉(zhuǎn)換到hsv或lab色彩空間；

15、應(yīng)用聚類算法對(duì)圖像中的像素進(jìn)行分類，將聚類結(jié)果中顏色與其他聚類差異較大的區(qū)域視為顏色異常區(qū)域，記錄顏色異常區(qū)域的位置和大小。

16、作為進(jìn)一步的方案，所述光譜含水量反演模型具體為：

17、通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)獲取不同含水量情況下光譜的吸收峰強(qiáng)度特征數(shù)據(jù)，擬合出含水量與光譜的吸收峰強(qiáng)度特征之間的關(guān)系，得到光譜含水量反演模型。

18、作為進(jìn)一步的方案，每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)不同位置的單位面積裂隙總數(shù)、顏色是否異常和巖體的含水量，通過(guò)對(duì)已知數(shù)據(jù)插值的方法得到；具體過(guò)程如下：

19、對(duì)于已知的數(shù)據(jù)點(diǎn)a?( xki, yki)?和b?( xkj, ykj)，計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)a和b之間的距離 h，并計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)a和b的數(shù)值差的平方，即?( yki- ykj)2； yki代表單位面積裂隙總數(shù)、數(shù)值化處理后的顏色異常情況或者巖體的含水量數(shù)據(jù)；

20、對(duì)于所有距離為?h?的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)，對(duì)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)數(shù)值差的平方求平均，得到半方差 γ( h)；

21、將得到的所有半方差 γ( h)按照設(shè)定的順序連接成線，得到變異函數(shù)曲線；

22、根據(jù)變異函數(shù)曲線的形狀，選擇合適的克里金模型，并確定模型的參數(shù)；

23、基于克里金模型計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)位置的權(quán)重系數(shù)，將每個(gè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值乘以其權(quán)重系數(shù)，然后求和，得到目標(biāo)位置的插值結(jié)果；進(jìn)而得到每個(gè)位置點(diǎn)的單位面積裂隙總數(shù)、顏色異常情況或者巖體的含水量數(shù)據(jù)信息。

24、作為進(jìn)一步的方案，基于每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)不同位置的單位面積裂隙總數(shù)、顏色是否異常和巖體的含水量，進(jìn)一步確定每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)各位置的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，具體為：

25、如果某位置點(diǎn)的單位面積裂隙總數(shù)和巖體的含水量都超出設(shè)定的閾值，并且為顏色異常區(qū)域，則劃定該位置點(diǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；

26、如果某位置點(diǎn)的單位面積裂隙總數(shù)和巖體的含水量均超出設(shè)定的閾值，但不是顏色異常區(qū)域；或者某位置點(diǎn)為顏色異常區(qū)域，且單位面積裂隙總數(shù)和巖體的含水量中有一個(gè)超出設(shè)定的閾值，則認(rèn)為該位置點(diǎn)屬于中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；

27、如果某該位置點(diǎn)的單位面積裂隙總數(shù)和巖體的含水量均沒(méi)有超出設(shè)定的閾值，且該位置點(diǎn)為顏色異常區(qū)域或顏色正常區(qū)域；或者某該位置點(diǎn)的單位面積裂隙總數(shù)和巖體的含水量中有一個(gè)超出設(shè)定的閾值，且該位置點(diǎn)為顏色正常區(qū)域，則認(rèn)為該區(qū)域?qū)儆诘惋L(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

28、在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

29、一種基于隨鉆圖像與光譜融合的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括：

30、鉆進(jìn)參數(shù)獲取模塊，用于對(duì)待測(cè)井巷掌子面進(jìn)行多孔鉆探，分析判斷圍巖的可溶性強(qiáng)弱，記錄鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆進(jìn)參數(shù)異常點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的鉆進(jìn)深度；

31、突涌水危險(xiǎn)等級(jí)判定模塊，用于如果鉆進(jìn)過(guò)程中有水流出，則識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)范圍，基于風(fēng)險(xiǎn)范圍、圍巖可溶性和地下水位與井巷底板高差確定突涌水危險(xiǎn)等級(jí)；如果無(wú)水流出，則基于圍巖可溶性和地下水位與井巷底板高差確定掌子面各位置的突涌水危險(xiǎn)等級(jí)；

32、處理模塊，用于對(duì)于每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，獲取區(qū)域鉆孔內(nèi)巖體的圖像信息，對(duì)圖像進(jìn)行處理得到鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量和分布，得到單位面積裂隙總數(shù)；通過(guò)對(duì)圖像中的像素進(jìn)行聚類，確定圖像中的顏色異常區(qū)域；獲取區(qū)域鉆孔內(nèi)巖體的光譜信息，基于建立的光譜含水量反演模型，反演出巖體的含水量；

33、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定模塊，用于基于每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)不同位置的單位面積裂隙總數(shù)、顏色是否異常和巖體的含水量，進(jìn)一步確定每一種突涌水危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域內(nèi)各位置的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

34、在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

35、一種終端設(shè)備，其包括處理器和存儲(chǔ)器，處理器用于實(shí)現(xiàn)指令；存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)多條指令，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行上述的基于隨鉆圖像與光譜融合的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

36、在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

37、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有多條指令，所述指令適于由終端設(shè)備的處理器加載并執(zhí)行上述的基于隨鉆圖像與光譜融合的突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

39、（1）本發(fā)明通過(guò)多孔打鉆，定位有水鉆孔周圍無(wú)水鉆孔的位置，并結(jié)合鉆進(jìn)過(guò)程中的推進(jìn)力和扭矩曲線的異常情況，繪制風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的三維圖像，能夠快速識(shí)別和定位突涌水風(fēng)險(xiǎn)范圍的位置及大小，并根據(jù)圍巖可溶性和地下水位情況劃分危險(xiǎn)等級(jí)，再結(jié)合鉆孔內(nèi)巖體的圖像和光譜信息進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)突涌水風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)評(píng)估，提高煤礦井巷施工的安全性。

40、（2）本發(fā)明過(guò)實(shí)時(shí)采集和分析鉆孔內(nèi)巖體的光譜及圖像信息，可及時(shí)獲取鉆孔內(nèi)巖體的單位面積裂隙數(shù)量、顏色異常情況、巖體的含水量，將采集到的不同梯度的值進(jìn)行插值處理，可以獲取掌子面前方每個(gè)位置的數(shù)據(jù)信息，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)突涌水風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行預(yù)警，為及時(shí)采取應(yīng)急措施提供依據(jù)。

41、（3）本發(fā)明通過(guò)地下水位的勘測(cè)情況以及鉆進(jìn)過(guò)程中的開展圍巖的可溶性分析、風(fēng)險(xiǎn)范圍的確定，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)突涌水危險(xiǎn)等級(jí)的判識(shí)，進(jìn)一步結(jié)合鉆孔內(nèi)的巖體圖像及光譜信息分析，對(duì)相應(yīng)等級(jí)內(nèi)的突涌水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行多種因素綜合判定，克服了傳統(tǒng)地質(zhì)分析法、層次分析法和屬性數(shù)學(xué)理論法等單一方法的局限性，提高了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井巷施工過(guò)程中突涌水風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和精準(zhǔn)評(píng)估。

42、本發(fā)明的其他特征和附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本方面的實(shí)踐了解到。