一种基于TBM掘进过程地质信息的获取方法与流程

本发明涉及隧道掘进领域，尤其涉及一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法。

背景技术：

1、目前，煤矿巷道掘进方式主要有综掘法、钻爆法和连续采煤机法(只适用于煤巷掘进)。这些掘进方法在实际施工中很容易出现掘、锚、运失衡的问题。

2、针对这种情况，一些煤矿采用了盾构掘进系统，大大提高了煤矿岩巷的掘进效率。盾构掘进系统主要用到的设备是盾构机，主要用于隧道的掘进。现代盾构机科技含量比较高，集成了光、机、电、液以及传感器等多项技术，可以实现岩土体的切割、输送和成型巷道的支护等功能，整体可靠性和安全性比较高。

3、盾构机的辅助驾驶提供了更好的安全系数和驾驶体验，但是煤矿和岩石以及土质环境并不一致，获取巷道的地质类型对于盾构机的辅助驾驶非常重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述一种或多种现有的技术问题，提供一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，包括：

3、对刀盘和护盾采集的声学信号进行特征提取，获取掘进过程中的声学分布特征；

4、对支护位点处采集的声学信号进行特征提取，获得掘进过程中的巷道声学传播特征；

5、以盾构的行程为单位构建第一训练集和第二训练集，其中，第一训练集的输入为盾构过程采集的刀盘的振动信号和工作参数，输出为撑靴处采集的声学或振动信号；第二训练集的输入为撑靴处采集的声学或振动信号，输出为撑靴后方首个支护锚杆所位于的截面处所采集的声学或者振动信号；

6、基于第一训练集构建前部地质模型，以获取撑靴处和刀盘之间的振动模型；

7、基于第二训练集构建中部地质模型，以获取区间巷道的振动模型；

8、基于优化的前部地质模型获得巷道的地质。

9、根据本发明的一个方面，声学或者振动信号的采集位置包括刀盘、护盾以及支护位点处。

10、根据本发明的一个方面，通过滤波获得声学信号中频率为100-500hz的声学信号以及相对强度；以盾构机非盾构状态下的环境噪音为背底，选取特征信号，对采集的声学或者振动信号进行基底扣除，得到采集的噪音信号；

11、对声学信号的相对强度进行归一化；

12、对归一化后的声学信号进行处理，获取声学分布特征。

13、根据本发明的一个方面，获取声音信号，按照声学或者振动信号的采样率分别对背底进行扣除，获得扣除后的声学信号，后对声学信号进行叠加后，按照声学信号的强度进行能量模型进行归一化。

14、根据本发明的一个方面，获取训练好的一个或者多个前部地质模型，将声学分布特征作为前部地质模型的输入，将输出的声学振动信号特征和撑靴处采集的声学信号特征进行比对，获得欧式距离最小的前部地质模型作为掘进中的巷道地质类型。

15、根据本发明的一个方面，将撑靴处预测的声学信号作为后部地质类型的输入，获得输出的中部声学特征，根据中部声学特征和实际值的差值确定对应的前部地质模型。

16、根据本发明的一个方面，使用马氏距离、协方差作为目标优化函数对模型进行优化。

17、为实现上述目的，本发明提供一种基于tbm掘进过程地质信息的获取系统，包括：

18、特征获取模块：对刀盘和护盾采集的声学信号进行特征提取，获取掘进过程中的声学分布特征；

19、对支护位点处采集的声学信号进行特征提取，获得掘进过程中的巷道声学传播特征；

20、训练集构建模块：以盾构的行程为单位构建第一训练集和第二训练集，其中，第一训练集的输入为盾构过程采集的刀盘的振动信号和工作参数，输出为撑靴处采集的声学或振动信号；第二训练集的输入为撑靴处采集的声学或振动信号，输出为撑靴后方首个支护锚杆所位于的截面处所采集的声学或者振动信号；

21、模型建立模块：基于第一训练集构建前部地质模型，以获取撑靴处和刀盘之间的振动模型；

22、基于第二训练集构建中部地质模型，以获取区间巷道的振动模型；

23、地质获取模块：基于优化的前部地质模型获得巷道的地质。

24、为实现上述目的，本发明提供一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法。

25、为实现上述目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法。

26、基于此，本发明的有益效果在于：本申请将声学信号与界面进行关联，界面的性质和掘进过程中的刀盘的形态进行关联，通过对相关的数据进行处理获得有掘进信息。

技术特征：

1.一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，声学或者振动信号的采集位置包括刀盘、护盾以及支护位点处。

3.如权利要求2所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，通过滤波获得声学信号中频率为100-500hz的声学信号以及相对强度；以盾构机非盾构状态下的环境噪音为背底，选取特征信号，对采集的声学或者振动信号进行基底扣除，得到采集的噪音信号；

4.如权利要求3所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，获取声音信号，按照声学或者振动信号的采样率分别对背底进行扣除，获得扣除后的声学信号，后对声学信号进行叠加后，按照声学信号的强度进行能量模型进行归一化。

5.如权利要求4所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，获取训练好的一个或者多个前部地质模型，将声学分布特征作为前部地质模型的输入，将输出的声学振动信号特征和撑靴处采集的声学信号特征进行比对，获得欧式距离最小的前部地质模型作为掘进中的巷道地质类型。

6.如权利要求5所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，将撑靴处预测的声学信号作为后部地质类型的输入，获得输出的中部声学特征，根据中部声学特征和实际值的差值确定对应的前部地质模型。

7.如权利要求6所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法，其特征在于，使用马氏距离、协方差作为目标优化函数对模型进行优化。

8.一种基于tbm掘进过程地质信息的获取系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法。

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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于tbm掘进过程地质信息的获取方法。

技术总结
本发明涉及隧道掘进领域，公开了一种基于TBM掘进过程地质信息的获取方法，包括：对刀盘和护盾采集的声学信号进行特征提取，获取掘进过程中的声学分布特征，对支护位点处采集的声学信号进行特征提取，获得掘进过程中的巷道声学传播特征，以盾构的行程为单位构建第一训练集和第二训练集，基于第一训练集构建前部地质模型，以获取撑靴处和刀盘之间的振动模型，基于第二训练集构建中部地质模型，以获取区间巷道的振动模型，基于优化的前部地质模型获得巷道的地质。本申请将声学信号与界面进行关联，界面的性质和掘进过程中的刀盘的形态进行关联，通过对相关的数据进行处理获得有掘进信息。

技术研发人员：周长宽,朱昊,陈黎涵,郭胜鑫
受保护的技术使用者：山东能源集团西北矿业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15