地层孕灾数字孪生感知辨识系统

本发明属于地层分析，更具体地说，是涉及地层孕灾数字孪生感知辨识系统。

背景技术：

1、数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。通过三维建模方法建立出虚拟的巷道，利用数字孪生技术实现真实巷道与虚拟巷道的双向真实映射与实时交互，从而实现对开采过程与设备的实时监控和巷道动力灾害的提前预警。煤炭资源开采过程中，不可避免地产生采动响应，而实际生产过程中矿井采掘接替进行将导致初始地应力场发生改变，围岩中应力集中分布情况的变化易诱发冲击地压、巷道围岩大变形等动力灾害事故。

2、现有的地层事故感知辨识系统中，无法对地层进行较为充分的探测，并且目前在地层下施工时，物料和资料无法及时的输送，当发生事故时，需要进行开挖才能够完成救援，拖慢了救援工作，施工的安全性无法得到保证。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供地层孕灾数字孪生感知辨识系统，旨在解决无法对地层进行较为充分的探测，物料和资料无法及时的输送人员无法及时救援的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供地层孕灾数字孪生感知辨识系统，包括：

3、根据地下规划的施工范围在地上划定出标定区域，在所述标定区域的中心位置钻入多个主管，在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管；

4、位于所述主管内部的发射器发出探测信号，所述次管内的接收器用于接收所述探测信号；

5、将所述发射器和所述接收器相关的信息实时反馈至上位机内，通过改变所述发射器和所述接收器的位置以及角度，推测出地层缺陷区域的具体位置和范围，并在地上对所述缺陷区域进行加固处理；

6、在所述上位机内构建出地层模型，根据所述接收器所反馈的数据对所述模型进行实时更新，对所述模型进行事故模拟，并根据模拟的结果进行预警；

7、通过所述主管和所述次管实现气体的置换和物料资料的传输；当发生事故时，将所述发射器从所述主管内取出并进行人员的救援。

8、在一种可能的实现方式中，所述在所述标定区域的中心位置钻入多个主管，在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管包括：

9、所述主管顶端位于地上，底端向下延展至所述施工范围；

10、根据地层钻探的难易程度以及检测结果，合理的选择所述次管的钻入深度。

11、在一种可能的实现方式中，所述在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管包括：

12、在所述次管内架设导轨，将所述接收器安装在所述导轨上；

13、所述接收器可改变相对于所述导轨的角度；

14、所述接收器将自身的位置以及所接收到的所述探测信号的情况实时反馈至所述上位机内。

15、在一种可能的实现方式中，所述在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管包括：

16、根据所述标定区域的面积和覆盖范围，合理的选择所述次管的数量和各自的位置，使所述发射器和所述接收器的检测范围能够更多的覆盖所述施工范围上方的地层。

17、在一种可能的实现方式中，所述位于所述主管内部的发射器发出探测信号，所述次管内的接收器用于接收所述探测信号包括：

18、将所述发射器安装在牵引杆上，使所述牵引杆穿设在所述主管的内侧；

19、通过改变所述牵引杆的位置和角度，完成所述发射器位置的调整和定位。

20、在一种可能的实现方式中，所述位于所述主管内部的发射器发出探测信号，所述次管内的接收器用于接收所述探测信号包括：

21、通过改变所述发射器相对于所述主管的位置，使所述发射器从不同位置向所述接收器发出所述探测信号；

22、且单个所述发射器可向位于不同所述次管的所述接收器发出所述探测信号；

23、所述发射器与所述接收器之间的连线设定为对地层的探测路线。

24、在一种可能的实现方式中，所述推测出地层缺陷区域的具体位置和范围包括：

25、所述探测信号本身具有一定的能量值，从所述发射器发出的所述探测信号经过不同密度的地层时能量值衰减的程度不同；

26、所述探测信号经过密度越低的地层时衰减程度越高。

27、在一种可能的实现方式中，所述通过改变所述发射器和所述接收器的位置以及角度，推测出地层缺陷区域的具体位置和范围包括：

28、当所述接收器接收到的所述探测信号的能量值低于预设标准时；记录当前的所述探测路线；

29、改变所述发射器和所述接收器的位置以及角度从而形成新的所述探测路线，并确保两个所述探测路线相交；

30、若两次所述接收器接收到的能量值相近，那么两个所述探测线路的交点可能为所述缺陷区域，需要再次设置新的多个所述探测路线进行验证；

31、若两次所述接收器接收到的能量值存在差距，那么证明两个所述探测新路的交点并非所述缺陷区域。

32、在一种可能的实现方式中，所述推测出地层缺陷区域的具体位置和范围，并在地上对所述缺陷区域进行加固处理包括：

33、通过多次检测大致推算出所述缺陷区域的位置和走向；

34、在地上进行相应的验证，并通过注入混凝土或者设置多个锚杆的方式对所述缺陷区域进行加固处理。

35、在一种可能的实现方式中，所述当发生事故时，将所述发射器从所述主管内取出并进行人员的救援包括：

36、通过所述牵引杆将所述发射器从所述主管内取出；

37、根据事故发生的类型，通过所述主管和所述次管进行气体的补充和置换；

38、在所述主管内放入牵引绳等完成人员的救援。

39、本发明提供的地层孕灾数字孪生感知辨识系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明地层孕灾数字孪生感知辨识系统中首先根据地下规划的施工范围在地上划定出标定区域，将多个主管钻入标定区域的中心位置，在与主管间隔一定距离的位置钻入多个次管。发射器位于主管的内部，接收器位于次管内，发射器发出探测信号，接收器接受探测信号，上位机实时接受发射器和接收器所反馈的数据。通过改变所述发射器和所述接收器的位置以及角度，推测出地层缺陷区域的具体位置和范围，并在地上对所述缺陷区域进行加固处理。在上位机内构建出模型，并根据接受器反馈的数据对模型进行更新。同时通过主管和次管实现气体的置换和物料资料的传输，当发生事故时，通过主管来实现人员救援。

40、本申请中，通过设置主管和次管从而能够对地层进行较为充分的探测，并且在此基础上，实现了气体的置换和物料资料的传输，提高了整个系统的集成化水平，提高了施工的安全性保证了施工稳定的进行。

技术特征：

1.地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述在所述标定区域的中心位置钻入多个主管，在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管包括：

3.如权利要求2所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管包括：

4.如权利要求2所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述在与所述主管间隔一定距离的位置钻入多个次管包括：

5.如权利要求2所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述位于所述主管内部的发射器发出探测信号，所述次管内的接收器用于接收所述探测信号包括：

6.如权利要求2所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述位于所述主管内部的发射器发出探测信号，所述次管内的接收器用于接收所述探测信号包括：

7.如权利要求6所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述推测出地层缺陷区域的具体位置和范围包括：

8.如权利要求7所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述通过改变所述发射器和所述接收器的位置以及角度，推测出地层缺陷区域的具体位置和范围包括：

9.如权利要求2所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述推测出地层缺陷区域的具体位置和范围，并在地上对所述缺陷区域进行加固处理包括：

10.如权利要求5所述的地层孕灾数字孪生感知辨识系统，其特征在于，所述当发生事故时，将所述发射器从所述主管内取出并进行人员的救援包括：

技术总结
本发明提供了地层孕灾数字孪生感知辨识系统，属于地层分析技术领域，包括：在标定区域的中心位置钻入多个主管，在与主管间隔一定距离的位置钻入多个次管。将发射器和接收器相关的信息实时反馈至上位机内，通过改变发射器和接收器的位置以及角度，推测出地层缺陷区域的具体位置和范围，并在地上对缺陷区域进行加固处理。通过主管和次管实现气体的置换和物料资料的传输；当发生事故时，将发射器从主管内取出并进行人员的救援。本发明提供的地层孕灾数字孪生感知辨识系统能够对地层进行较为充分的探测，实现了气体的置换和物料资料的传输，提高了整个系统的集成化水平，提高了施工的安全性保证了施工稳定的进行。

技术研发人员：王群伟,张友良,崔洁,李记如
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22