CN119442127A - 一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法，将多种探测技术的探测信息进行融合，能够准确获取煤矿井下巷道的沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布、孔旁不同范围内异常特征，基于上述特征设计的掘进巷道更加合理可靠；该方法可以实现探测、掘进的并行作业，有助于增加巷道掘进有效时间，进而间接提高巷道掘进的日进尺水平。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿井下探测技术领域，具体地，涉及一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法。
背景技术
煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的核心技术支撑，煤矿是一个复杂的巨系统，煤矿智能开采技术发展较快，而煤矿智能掘进、快速掘进技术相对滞后。煤矿“采、掘、机、运、通”(即采煤、掘进、机电、运输、通风)五大主要生产系统中，掘进是最为重要的生产子系统之一，它为采煤、机电、运输、通风以及排水、通讯等子系统提供了通道保障。目前，煤矿井下巷道掘进主要以钻爆法掘进(炮掘)、机械化掘进(机掘)和综合机械化(综掘)为主，掘进速度整体较慢。
煤矿井下巷道快速掘进地质超前探测的任务，一是要查明掘进工作面潜在的隐蔽致灾地质因素，包括断层、陷落柱、老空区、火烧区、岩浆岩侵入区及富水异常区等；二是要查明煤层的空间赋存形态，如煤层起伏、煤厚变化、地质构造等，在提高探测精度的前提下加大超前探测的距离，形成一个高精度的预想地质剖面，有利于掘进工作面的优化设计；三是要减少地质探测与快速掘进在工作时间、空间上的冲突，尽可能实现平行作业、协同工作，有效增加掘进工作面的截割时间。
目前在“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原则指导下，巷道掘进形成了“物探-钻探-掘进”串行作业、周而往复的工作流程。对于常规的掘进工作面电法超前探测而言，在2h左右的探测时段内，掘进机应该停止作业并退后20m、巷道内动力电缆和大型机电设备需要断电，且满足场地无明显的积水、工业杂散电流的电磁干扰较弱等探测环境要求；对于钻探施工而言，则要求场地空间能够满足钻机施工要求，同时完成一个120m煤层钻孔施工一般需要20h的时间保证。现有的掘进与地质探测的工艺速度慢，是传统炮掘、机掘、综掘条件下的低效掘进模式，且对探测环境要求较高，不适应今后煤矿井下巷道快速掘进的地质探测需求。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法。
第一方面，提供一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法，包括：
确定掘进区域主孔的钻孔设计轨迹；
根据主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工；施工过程中，获取定向钻进过程中的钻进信息以及钻孔反渣信息；
根据掘进区域的地质资料信息、钻进信息和钻孔反渣信息，选择相应的探测手段对主孔进行探测，获取探测信息；
根据探测信息设计分支孔的轨迹，并根据分支孔的轨迹在主孔中钻进分支孔；
根据分支孔对探测信息进行验证标定，得到精确的探测信息；
对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征。
在一个实施例中，根据主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工，包括：
开始施工时确定钻具的初始工具面向角；
在主孔施工过程中，获取钻孔当前轨迹；
判断钻孔当前轨迹与钻孔设计轨迹是否有偏差，若有偏差，则调整钻具的工具面向角，若无偏差，则继续施工直至主孔施工结束。
在一个实施例中，探测手段包括孔中瞬变电磁探测技术、孔中伽马测井技术、孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中视觉成像技术中的一种或者几种。
在一个实施例中，孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术、孔中地质雷达探测技术均能够获取沿钻孔岩性信息；
孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术均能够获取煤岩界面信息；
孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术均能够获取孔旁不同范围的异常信息。
在一个实施例中，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征，包括：
针对主孔中的当前掘进段的每个深度点，求各探测手段的信息融合占比：
其中，rDRi为钻进信息对应的深度点i的信息融合占比，fi(DR)为钻进信息中的深度点i的钻孔岩性信息，fi(FZ)为钻孔反渣信息中的深度点i的钻孔岩性信息，fi(GR)为孔中伽马测井技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息，fi(MG)为孔中视觉成像技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息，fi(BHR)为孔中地质雷达探测技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息；rFZi为钻孔反渣信息对应的深度点i的信息融合占比，rGRi为孔中伽马测井技术对应的深度点i的信息融合占比，rMGi为孔中视觉成像技术对应的深度点i的信息融合占比，rBHRi为孔中地质雷达探测技术对应的深度点i的信息融合占比；
根据各探测手段的信息融合占比和权重分布，得到每个深度点的沿钻孔岩性分布特征：
flithi＝ω1rDRi+ω2rFZi+ω3rGRi+ω4rMGi+ω5rBHRi
ω1+ω2+ω3+ω4+ω5＝1
ω3>0.5>ω1>ω2>ω4≥ω5
其中，flithi为深度点i的沿钻孔岩性分布特征，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分别为钻进信息、钻孔反渣信息、孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术和孔中地质雷达探测技术对应的权重。
在一个实施例中，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征，包括：
将孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术获取的当前掘进段的每个深度点的煤岩界面信息，输入到训练后的多层感知机，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征。
在一个实施例中，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到孔旁不同范围的异常特征，包括：
根据孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术获取的孔旁不同范围的异常信息，采用投票机制，确定各探测技术在当前掘进段的每个深度点的投票信息；
计算每个深度点的异常信息投票得分：
其中，Scorei为深度点i的异常信息投票得分，wj为探测技术j的权重，vj为探测技术j在深度点i的投票信息，pj为探测技术j经过实际掘进验证后的准确率；
根据异常信息投票得分确定每个深度点的异常等级，即为孔旁不同范围内的异常特征。
在一个实施例中，当步骤S6为针对首个掘进段时，wj为设置的探测技术j的权重初始值；
根据深度点距离钻孔中心的距离的不同，确定孔旁不同范围的权重初始值：
深度点处于孔旁距离钻孔中心0～5m范围内，权重初始值为：w1>w2>w3>w4；其中，w1为孔中地质雷达探测技术的权重，w2为孔中偶极子横波探测技术的权重，w3为孔中方位电磁波探测技术的权重，w4为孔中瞬变电磁探测技术的权重；
深度点处于孔旁距离钻孔中心5～10m范围内，权重初始值为：w4>w1>w2>w3；
深度点处于孔旁距离钻孔中心10～15m范围内，权重初始值为：w4>w2>w1>w3
深度点处于孔旁距离钻孔中心大于15m范围内，权重初始值为：w4>w2>w3>w1。
第二方面，提供一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合系统，包括：
钻孔设计轨迹确定模块，用于确定掘进区域主孔的钻孔设计轨迹；
主孔施工模块，用于根据主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工；施工过程中，获取定向钻进过程中的钻进信息以及钻孔反渣信息；
探测模块，用于根据掘进区域的地质资料信息、钻进信息和钻孔反渣信息，选择相应的探测手段对主孔进行探测，获取探测信息；
分支孔钻进模块，用于根据探测信息设计分支孔的轨迹，并根据分支孔的轨迹在主孔中钻进分支孔；
验证标定模块，用于根据分支孔对探测信息进行验证标定，得到精确的探测信息；
信息融合模块，用于对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，以实现上的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法，将多种探测技术的探测信息进行融合，能够准确获取煤矿井下巷道的沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布、孔旁不同范围内异常特征，使得设计的掘进巷道更加合理可靠；该方法可以实现探测、掘进的并行作业，有助于增加巷道掘进有效时间，进而间接提高巷道掘进的日进尺水平。
附图说明
本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
图1示出了根据本申请实施例的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法的流程框图；
图2示出了掘进机及长距离定向钻主孔布设示意图；
图3示出了地质探测综合分析解释流程；
图4示出了定向钻孔设计平面图；
图5示出了定向钻孔剖面图；
图6示出了一个定向钻孔主孔及其分支孔钻进施工工艺图；
图7示出了实际定向钻进的钻孔轨迹的剖面图；
图8示出了孔中瞬变电磁与伽马探测成果图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的装置结构，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应理解的是，本申请并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。
本申请实施例提供一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法，图1示出了根据本申请实施例的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法的流程框图，参见图1，方法包括：
步骤S1，确定掘进区域主孔的钻孔设计轨迹。
这里，首先获取掘进区域的地质资料信息，根据地质资料信息进行掘进机的位置设计，并设计定向钻孔数量、开孔点、钻孔轨迹，具体设计方法采用常规技术手段。地质资料信息可以包括掘进前方的区域大小、掘进地层的厚度、上下围岩的岩性、邻近巷道的位置、掘进巷道后方的区域、掘进区域前期勘探的地质资料等信息。
这里，长距离定向钻开孔位置为掘进机后方，从而不影响掘进机掘进工作。一个剖面上长距离定向钻孔的主孔至少分为3个，分别为顶板定向钻孔、底板定向钻孔和沿煤层孔。图2示出了掘进机及长距离定向钻主孔布设示意图。
步骤S2，根据主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工；施工过程中，获取定向钻进过程中的钻进信息以及钻孔反渣信息。
这里采用定向钻进行打钻实现主孔施工，获取的钻进信息可以包括钻压、孔径、转速、泵排量等信息，钻孔反渣信息可以包括返渣的颜色、返渣粒度、岩性初步诊断等信息，这些信息以时间+孔深为轴线进行记录并保存。
具体地，根据主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工，包括：
开始施工时采用开孔定向仪确定钻具的初始工具面向角；
在主孔施工过程中，在加钻杆的间隙，通过随钻测量方式，获取钻孔当前轨迹；
判断钻孔当前轨迹与钻孔设计轨迹是否有偏差，若有偏差，则调整钻具的工具面向角，若无偏差，则继续施工直至主孔施工结束。
步骤S3，根据掘进区域的地质资料信息、钻进信息和钻孔反渣信息，选择相应的探测手段对主孔进行探测，获取探测信息。
具体地，探测手段包括孔中瞬变电磁探测技术、孔中伽马测井技术、孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中视觉成像技术中的一种或者几种。
不同的探测手段能够获取的探测信息有所差别，例如孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术、孔中地质雷达探测技术均能够获取沿钻孔岩性信息；孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术均能够获取煤岩界面信息；孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术均能够获取孔旁不同范围的异常信息。表1示出了探测手段、主要功能以及选择原则的对应关系。
表1
步骤S4，根据探测信息设计分支孔的轨迹，并根据分支孔的轨迹在主孔中钻进分支孔。
这里，设计的分支孔的轨迹需要保证能够获取到探测信息中的异常构造或者煤岩界面。
步骤S5，根据分支孔对探测信息进行验证标定，得到精确的探测信息。
考虑到各探测技术获取的探测信息存在错误或者不准确的情况，采用在孔中钻进分支孔的方式对探测信息进行验证标定，将探测信息中不准确的信息进行修正或者删除，最终得到精确的探测信息。
步骤S6，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征。
本实施例的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法，将多种探测技术的探测信息进行融合，能够准确获取煤矿井下巷道的沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布、孔旁不同范围内异常特征，基于上述特征设计的掘进巷道更加合理可靠；该方法可以实现探测、掘进的并行作业，有助于增加巷道掘进有效时间，进而间接提高巷道掘进的日进尺水平。
在一个实施例中，由于孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术、孔中地质雷达探测技术均能够获取沿钻孔岩性信息，因此对这3种技术获取的钻孔岩性信息，以及钻进信息和钻孔反渣信息中的钻孔岩性信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征。这里钻孔岩性信息为精确探测信息中的信息。具体地，步骤S6，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征，包括：
首先，针对主孔中的当前掘进段的每个深度点，求各探测手段的信息融合占比：
其中，rDRi为钻进信息对应的深度点i的信息融合占比，fi(DR)为钻进信息中的深度点i的钻孔岩性信息，fi(FZ)为钻孔反渣信息中的深度点i的钻孔岩性信息，fi(GR)为孔中伽马测井技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息，fi(MG)为孔中视觉成像技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息，fi(BHR)为孔中地质雷达探测技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息；rFZi为钻孔反渣信息对应的深度点i的信息融合占比，rGRi为孔中伽马测井技术对应的深度点i的信息融合占比，rMGi为孔中视觉成像技术对应的深度点i的信息融合占比，rBHRi为孔中地质雷达探测技术对应的深度点i的信息融合占比；
然后，根据各探测手段的信息融合占比和权重分布，得到每个深度点的沿钻孔岩性分布特征：
flithi＝ω1rDRi+ω2rFZi+ω3rGRi+ω4rMGi+ω5rBHRi
ω1+ω2+ω3+ω4+ω5＝1
ω3>0.5>ω1>ω2>ω4≥ω5
其中，flithi为深度点i的沿钻孔岩性分布特征，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分别为钻进信息、钻孔反渣信息、孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术和孔中地质雷达探测技术对应的权重。
在一个实施例中，由于孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术均能够获取煤岩界面信息，因此对这3种技术获取的钻孔岩性信息进行信息融合处理，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征。这里煤岩界面信息为精确探测信息中的信息。具体地，步骤S6，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征，包括：
首先，将孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术获取的当前掘进段的每个深度点的煤岩界面信息，输入到训练后的多层感知机，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征。
这里，多层感知机为现有技术中的网络模型，首先对多层感知机进行训练，使其能够输出沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征。具体包括：
采用随机介质建立数值模拟模型，分别模拟孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术，在不同条件下探测煤岩界面的响应数据，根据3种技术特征反演煤岩界面，建立3种技术响应数据反演的煤岩界面数据，与实际模型的煤岩界面数据组成理论数据集，收集实际施工过程中3种探测技术探测的煤岩界面数据与实际揭露后的数据信息组成实际数据集，将理论数据集与实际数据集一同组成一个样本数据集，样本数据集中用于多层感知器的输入为3种探测技术探测的煤岩界面数据X，输出为实际煤岩界面信息Y。
在一个实施例中，由于孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术均能够获取孔旁不同范围的异常信息，因此对这4种技术获取的孔旁不同范围的异常信息进行信息处理融合，得到孔旁不同范围的异常特征。这里孔旁不同范围的异常信息为精确探测信息中的信息。具体地，步骤S6，对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到孔旁不同范围的异常特征，包括：
首先，根据孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术获取的孔旁不同范围的异常信息，采用投票机制，确定各探测技术在当前掘进段的每个深度点的投票信息；
这里，采用人员投票的方式确定各探测技术在各深度点的投票信息，举例来说，对各技术手段探测的孔旁不同范围的异常信息进行投票决定是否认可该技术手段的探测结果，若认可该技术手段的探测结果，投票信息的值为1，否则，值为0。
然后，计算每个深度点的异常信息投票得分：
其中，Scorei为深度点i的异常信息投票得分，wj为探测技术j的权重，vj为探测技术j在深度点i的投票信息，vj的值为0或者1，pj为探测技术j经过实际掘进验证后的准确率；
然后，根据异常信息投票得分确定每个深度点的异常等级，即为孔旁不同范围内的异常特征。这里，不同深度点处于孔旁不同范围内。
具体可以将异常等级划分为四个等级，异常信息投票得分越高对应的等级越高，也就是该深度点存在异常情况的可能性越高。
需要注意的是，步骤S5获取的精确的探测信息为整个掘进区域的信息，整个掘进区域划分为多个掘进段，每个掘进段可以设计为100m，针对每个掘进段执行步骤S6的信息融合过程。步骤S6中获取的是当前掘进段(100m)的各个深度点的沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征，获取上述特征的目的在于，设计掘进巷道，并对异常位置提前做好安全措施，然后进行当前掘进段掘进，在掘进过程中对步骤S6获取的结果进行验证，并计算探测技术j经过实际掘进验证后的准确率pj，基于准确率pj在下一个掘进段重复步骤S6的信息融合过程，直至完成整个掘进区域的掘进过程。
当步骤S6为针对首个掘进段时，wj为设置的探测技术j的权重初始值；这里，根据深度点距离钻孔中心的距离的不同，确定孔旁不同范围的权重初始值：
深度点处于孔旁距离钻孔中心0～5m范围内，权重初始值为：w1>w2>w3>w4；其中，w1为孔中地质雷达探测技术的权重，w2为孔中偶极子横波探测技术的权重，w3为孔中方位电磁波探测技术的权重，w4为孔中瞬变电磁探测技术的权重；
深度点处于孔旁距离钻孔中心5～10m范围内，权重初始值为：w4>w1>w2>w3；
深度点处于孔旁距离钻孔中心10～15m范围内，权重初始值为：w4>w2>w1>w3
深度点处于孔旁距离钻孔中心大于15m范围内，权重初始值为：w4>w2>w3>w1。
在一个实施例中，图3示出了地质探测综合分析解释流程。在某个矿区，在掘进之前收集该区域的地质资料，主采2#和3#煤层，其中2#煤平均厚度2.8m、3#煤平均厚度1.3m；首采区开展了地面三维地震勘探，基建期间新揭露了多条小断层、陷落柱和次级褶曲，表明地质条件前期查明程度低，极大地影响了矿井的采掘设计。在该矿区的一个工作面巷道掘进前采用长掘长探技术，进行工作面巷道的掘进。
根据该巷道的地质资料，设计了1个定向长钻孔，该定向长钻孔主孔设计在3#煤和2#煤之间，设计主孔深度500m，设计梳状分支孔用以探测2#煤和3#煤的层界面变化，图4示出了定向钻孔设计平面图，图5示出了定向钻孔剖面图。
根据设计的定向钻孔轨迹，按照定向钻施工工艺进行定向钻进，在钻进过程中可以根据实际钻进的状态(包括钻机的钻进压力、转速、泵排量)及时调整设计轨迹，在钻进过程中记录返渣等信息，然后进行初步的分析。图6示出了一个定向钻孔主孔及其分支孔钻进施工工艺图。
图7示出了实际定向钻进的钻孔轨迹的剖面图，主孔钻进深度468m，施工了8个分支孔控制2#煤与3#煤层界面变化，根据钻进综合信息分析情况，在钻进过程中探测的地层中存在断层，断距约为1.5m，鉴于返渣信息比较复杂，返渣颜色变化变大，以及地质条件复杂，采用孔中伽马探测沿钻孔的岩性变化，采用孔中瞬变电磁探测主钻孔周围的低阻体。图8示出了孔中瞬变电磁与伽马探测成果图。
根据定向钻进的综合分析成果以及孔中瞬变电磁和伽马探测的成果，目标区域推测出3处断层构造、4处陷落柱构造，对煤层标高进行了调整。
在进行定向钻+孔中物探探测后进行快速掘进，掘进500m，揭露了5个断层、4个陷落柱，与长掘长探结果比较吻合，证明第一步的探测方法有效，在接近探测边界时，进行下一步的定向钻进+孔中探测，直至该完成掘进工作。
基于与用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法相同的发明构思，本实施例还提供与之对应的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合装置，包括：
钻孔设计轨迹确定模块，用于确定掘进区域主孔的钻孔设计轨迹；
主孔施工模块，用于根据主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工；施工过程中，获取定向钻进过程中的钻进信息以及钻孔反渣信息；
探测模块，用于根据掘进区域的地质资料信息、钻进信息和钻孔反渣信息，选择相应的探测手段对主孔进行探测，获取探测信息；
分支孔钻进模块，用于根据探测信息设计分支孔的轨迹，并根据分支孔的轨迹在主孔中钻进分支孔；
验证标定模块，用于根据分支孔对探测信息进行验证标定，得到精确的探测信息；
信息融合模块，用于对不同的探测手段的精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征。
本实施例的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合装置与上文的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法具有相同的发明构思，因此该装置的具体实施方式可见前文中的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法的实施例部分，且其技术效果与上述方法的技术效果相对应，这里不再赘述。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，以实现上述的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法，其特征在于，包括：
确定掘进区域主孔的钻孔设计轨迹；
根据所述主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工；施工过程中，获取定向钻进过程中的钻进信息以及钻孔反渣信息；
根据所述掘进区域的地质资料信息、所述钻进信息和所述钻孔反渣信息，选择相应的探测手段对主孔进行探测，获取探测信息；
根据所述探测信息设计分支孔的轨迹，并根据所述分支孔的轨迹在主孔中钻进分支孔；
根据所述分支孔对所述探测信息进行验证标定，得到精确的探测信息；
对不同的探测手段的所述精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，根据所述主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工，包括：
开始施工时确定钻具的初始工具面向角；
在主孔施工过程中，获取钻孔当前轨迹；
判断所述钻孔当前轨迹与所述钻孔设计轨迹是否有偏差，若有偏差，则调整钻具的工具面向角，若无偏差，则继续施工直至主孔施工结束。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测手段包括孔中瞬变电磁探测技术、孔中伽马测井技术、孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中视觉成像技术中的一种或者几种。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术、孔中地质雷达探测技术均能够获取沿钻孔岩性信息；
所述孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术均能够获取煤岩界面信息；
所述孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术均能够获取孔旁不同范围的异常信息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，对不同的探测手段的所述精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征，包括：
针对主孔中的当前掘进段的每个深度点，求各探测手段的信息融合占比：
其中，rDRi为钻进信息对应的深度点i的信息融合占比，fi(DR)为钻进信息中的深度点i的钻孔岩性信息，fi(FZ)为钻孔反渣信息中的深度点i的钻孔岩性信息，fi(GR)为孔中伽马测井技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息，fi(MG)为孔中视觉成像技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息，fi(BHR)为孔中地质雷达探测技术获取的对应的深度点i的钻孔岩性信息；rFZi为钻孔反渣信息对应的深度点i的信息融合占比，rGRi为孔中伽马测井技术对应的深度点i的信息融合占比，rMGi为孔中视觉成像技术对应的深度点i的信息融合占比，rBHRi为孔中地质雷达探测技术对应的深度点i的信息融合占比；
根据所述各探测手段的信息融合占比和权重分布，得到每个深度点的沿钻孔岩性分布特征：
flithi＝ω1rDRi+ω2rFZi+ω3rGRi+ω4rMGi+ω5rBHRi
ω1+ω2+ω3+ω4+ω5＝1
ω3>0.5>ω1>ω2>ω4≥ω5
其中，flithi为深度点i的沿钻孔岩性分布特征，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分别为钻进信息、钻孔反渣信息、孔中伽马测井技术、孔中视觉成像技术和孔中地质雷达探测技术对应的权重。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，对不同的探测手段的所述精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征，包括：
将孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术获取的当前掘进段的每个深度点的煤岩界面信息，输入到训练后的多层感知机，得到沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，对不同的探测手段的所述精确的探测信息进行信息融合处理，得到孔旁不同范围的异常特征，包括：
根据孔中地质雷达探测技术、孔中偶极子横波探测技术、孔中方位电磁波探测技术、孔中瞬变电磁探测技术获取的孔旁不同范围的异常信息，采用投票机制，确定各探测技术在当前掘进段的每个深度点的投票信息；
计算每个深度点的异常信息投票得分：
其中，Scorei为深度点i的异常信息投票得分，wj为探测技术j的权重，vj为探测技术j在深度点i的投票信息，pj为探测技术j经过实际掘进验证后的准确率；
根据所述异常信息投票得分确定每个深度点的异常等级，即为孔旁不同范围内的异常特征。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述步骤S6为针对首个掘进段时，wj为设置的探测技术j的权重初始值；
根据深度点距离钻孔中心的距离的不同，确定孔旁不同范围的权重初始值：
深度点处于孔旁距离钻孔中心0～5m范围内，权重初始值为：w1>w2>w3>w4；其中，w1为孔中地质雷达探测技术的权重，w2为孔中偶极子横波探测技术的权重，w3为孔中方位电磁波探测技术的权重，w4为孔中瞬变电磁探测技术的权重；
深度点处于孔旁距离钻孔中心5～10m范围内，权重初始值为：w4>w1>w2>w3；
深度点处于孔旁距离钻孔中心10～15m范围内，权重初始值为：w4>w2>w1>w3
深度点处于孔旁距离钻孔中心大于15m范围内，权重初始值为：w4>w2>w3>w1。
9.一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合系统，其特征在于，包括：
钻孔设计轨迹确定模块，用于确定掘进区域主孔的钻孔设计轨迹；
主孔施工模块，用于根据所述主孔的钻孔设计轨迹进行主孔施工；施工过程中，获取定向钻进过程中的钻进信息以及钻孔反渣信息；
探测模块，用于根据所述掘进区域的地质资料信息、所述钻进信息和所述钻孔反渣信息，选择相应的探测手段对主孔进行探测，获取探测信息；
分支孔钻进模块，用于根据所述探测信息设计分支孔的轨迹，并根据所述分支孔的轨迹在主孔中钻进分支孔；
验证标定模块，用于根据所述分支孔对所述探测信息进行验证标定，得到精确的探测信息；
信息融合模块，用于对不同的探测手段的所述精确的探测信息进行信息融合处理，得到沿钻孔岩性分布特征、沿煤层钻孔的煤层顶底界面分布特征、孔旁不同范围内的异常特征。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，以实现权利要求1-8任意一项所述的用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202411255703.9A CN119442127A (zh) | 2024-09-09 | 2024-09-09 | 一种用于煤矿井下巷道掘进的多探测技术的信息融合方法 |
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Publications (1)
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