一种岩爆声发射前兆特征的计算方法

本申请涉及地下工程，特别是涉及一种岩爆声发射前兆特征的计算方法。

背景技术：

1、目前，岩爆是岩体沿着开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象，伴随着猛烈的声响以及岩石碎块的剧烈弹射，具有突发性、瞬时性和猛烈性的特点。严重的威胁着施工人员的人身安全、工程进度以及设备安全，成为了制约深埋隧道的建设的因素。由于目前岩爆的前兆特征尚未明确，使得岩爆的预测成功率不高。如何计算岩爆的前兆特征，是准确预测岩爆的关键所在，对深地空间的建设具有重大意义。

2、因此，亟需一种岩爆的声发射前兆特征计算方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种岩爆声发射前兆特征的计算方法，所述方法包括：

2、对待测岩石样本进行室内岩爆声发射试验，获取所述室内岩爆声发射试验的声发射参数值，并将所述声发射参数值按照声发射参数类别构建为声发射参数矩阵；

3、将所述声发射参数矩阵输入自组织映射som神经网络模型，对所述声发射参数矩阵中的声发射参数值进行分类，得到多组声发射参数分类矩阵；

4、针对每个声发射参数分类矩阵，判断该声发射参数分类矩阵是否与其他声发射参数分类矩阵相似；

5、如果该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵不相似，则将该声发射参数分类矩阵，确定为新的声发射参数矩阵，并执行所述将所述声发射参数矩阵输入som神经网络模型的步骤；

6、如果该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵相似，则根据各所述声发射参数分类矩阵，确定岩爆的声发射前兆特征。

7、作为一种可选地实施方式，所述将所述声发射参数值按照声发射参数类别构建为声发射参数矩阵，包括：

8、将相同声发射参数类别的声发射参数值作为所述声发射参数矩阵的列，将不同声发射参数类别的声发射参数值作为所述声发射参数矩阵的行。

9、作为一种可选地实施方式，所述针对每个声发射参数分类矩阵，判断该声发射参数分类矩阵是否与其他声发射参数分类矩阵相似，包括：

10、对各所述声发射参数分类矩阵进行分布统计，确定每个所述声发射参数分类矩阵的相关性系数；

11、针对每个所述声发射参数分类矩阵，如果该声发射参数分类矩阵的相关性系数的绝对值小于预设的相关性系数阈值，则判定该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵不相似，否则，则判定该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵相似。

12、作为一种可选地实施方式，所述根据各所述声发射参数分类矩阵，确定岩爆的声发射前兆特征，包括：

13、针对每个声发射参数类别，将各所述声发射参数分类矩阵中该声发射参数类别对应的声发射参数值组成声发射参数值集合；

14、确定该声发射参数值集合中声发射参数值的参数值范围，并将该参数值范围确定为该声发射参数类别对应的声发射前兆特征。

15、作为一种可选地实施方式，所述声发射参数类别包括持续时间、幅值、平均频率、绝对能量和峰频。

16、作为一种可选地实施方式，所述对待测岩石样本进行室内岩爆声发射试验，包括：

17、分别沿着所述待测岩石样本的水平和垂直方向，按照预设的加载速率，将待测岩石样本的地应力水平加载至预设的原岩地应力水平；

18、按照预设的保载时长，维持所述原岩地应力水平；

19、在所述待测岩石样本的垂直方向施加预设波长和预设频率的扰动，直至岩爆发生。

20、作为一种可选地实施方式，所述som神经网络模型的分类个数为4，节点拓扑结构为六边形。

21、作为一种可选地实施方式，所述原岩地应力水平为24mpa的垂直载荷和20mpa的水平载荷。

22、本申请提供了一种岩爆声发射前兆特征的计算方法，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：对待测岩石样本进行室内岩爆声发射试验，获取所述室内岩爆声发射试验的声发射参数值，并将所述声发射参数值按照声发射参数类别构建为声发射参数矩阵。将所述声发射参数矩阵输入自组织映射som神经网络模型，对所述声发射参数矩阵中的声发射参数值进行分类，得到多组声发射参数分类矩阵。针对每个声发射参数分类矩阵，判断该声发射参数分类矩阵是否与其他声发射参数分类矩阵相似。如果该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵不相似，则将该声发射参数分类矩阵，确定为新的声发射参数矩阵，并执行所述将所述声发射参数矩阵输入som神经网络模型的步骤。如果该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵相似，则根据各所述声发射参数分类矩阵，确定岩爆的声发射前兆特征。本申请将som神经网络算法引入声发射参数分析中，在保留声发射多参数拓扑结构的同时，实现声发射多参数之间的非线性划分，最终实现岩爆的声发射前兆特征的确定。

23、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种岩爆声发射前兆特征的计算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述声发射参数值按照声发射参数类别构建为声发射参数矩阵，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个声发射参数分类矩阵，判断该声发射参数分类矩阵是否与其他声发射参数分类矩阵相似，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述声发射参数分类矩阵，确定岩爆的声发射前兆特征，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声发射参数类别包括持续时间、幅值、平均频率、绝对能量和峰频。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待测岩石样本进行室内岩爆声发射试验，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述som神经网络模型的分类个数为4，节点拓扑结构为六边形。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述原岩地应力水平为24mpa的垂直载荷和20mpa的水平载荷。

技术总结
本申请涉及一种岩爆声发射前兆特征的计算方法，涉及地下工程技术领域。方法包括：对待测岩石样本进行岩爆声发射试验，获取声发射参数值，并按照声发射参数类别构建声发射参数矩阵。然后输入SOM神经网络模型，得到声发射参数分类矩阵。判断每个声发射参数分类矩阵是否与其他声发射参数分类矩阵相似。如果不相似，则将该声发射参数分类矩阵，确定为新的声发射参数矩阵，并执行将声发射参数矩阵输入SOM神经网络模型的步骤，直到该声发射参数分类矩阵与其他声发射参数分类矩阵相似，进而确定岩爆的声发射前兆特征。采用本申请可以确定声发射前兆特征，并在工程现场采集的声发射参数满足声发射前兆特征时，提前组织工程人员撤离。

技术研发人员：刘冬桥,孙杰,曹冰昊,张磊,李娜
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13