[发明专利]一种钻爆法施工隧道瓦斯危险等级预测方法和装置

说明书

本发明公开了一种适用于钻爆法施工隧道的隧道瓦斯危险等级预测方法和装置，能够准确预测出钻爆法施工阶段隧道瓦斯危险等级。该方法包括以下步骤：选取多个钻爆法施工隧道瓦斯浓度的影响指标；建立瓦斯危险等级标准、各影响指标的数据库以及隧道瓦斯浓度的数据库；采用分析法和熵权法计算各影响指标的主观权重和客观权重，将各影响指标的主观权重和客观权重进行组合赋权，得到各影响指标的组合权重；建立基于贝叶斯正则化的BP神经网络预测模型，预测待预测区域的瓦斯危险等级。

技术领域

本公开涉及一种适用于钻爆法施工隧道的隧道瓦斯危险等级预测方法和装置。

背景技术

瓦斯突出是隧道施工过程中遇到的重大的地质灾害之一，严重威胁着施工人员生命健康和财产安全。当隧道中的瓦斯含量达到一定浓度时，就会产生让人窒息、燃烧、爆炸及一系列严重后果。在我国西南部山区，瓦斯赋存区域分布较广，在隧道施工过程中将不可避免的穿过瓦斯地质环境，使隧道工程的建设存在着极大的安全隐患。在采用钻爆法施工的瓦斯隧道中，当爆破开挖后，最新裸露出来的岩层会释放出瓦斯，导致工作面附近的瓦斯浓度会升高。针对这一问题，需考虑多种影响因素，采取合理的预测模型，对隧道内的瓦斯浓度危险等级进行超前预测，以提高瓦斯隧道建设的安全性。

目前，煤矿行业对煤与瓦斯突出的预测问题展开过大量的研究，但是关于隧道内瓦斯逸出量预测问题的研究很少。主要因为在建瓦斯隧道较少且揭煤面积小，发生瓦斯突出事故的可能性不大，所以在隧道建设中未得到重视。但是，近些年瓦斯隧道发生过几起严重的隧道瓦斯爆炸事故，造成了重大人员伤亡和财产损失。因此，一些学者提出了隧道瓦斯预测的新方法。其中从煤矿部门引入了一些瓦斯突出直接预测法，例如D、K综合指标法、R指标法、钻屑指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法。发明人在研发过程中发现，这些方法在实际应用过程中会存在一些缺陷，不同的地质环境和施工条件下，不同的瓦斯预测指标敏感性存在差异，容易造成预测误差。

同时，还有一些瓦斯突出间接预测法。例如，声发射方法、电磁方法等。与传统方法相比，以上预测方法操作简便、成本低。发明人在研发过程中发现，这些方法对于隧道内煤岩体的不均匀性和复杂的施工环境，难以达到预期的效果，并且所采集信号和数据处理的精度有待提高。另外，一些学者运用理论分析预测方法。例如，人工神经网络、支持向量机等方法。因此，如何尽可能地降低隧道建设过程中的瓦斯事故的风险性，在瓦斯隧道的施工阶段对其瓦斯危险等级进行预测，仍是待解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种适用于钻爆法施工隧道的隧道瓦斯危险等级预测方法和装置，能够准确预测出钻爆法施工阶段隧道瓦斯危险等级。

本公开所采用的技术方案是：

一种钻爆法施工隧道瓦斯危险等级预测方法，该方法包括以下步骤：

选取多个钻爆法施工隧道瓦斯浓度的影响指标；

建立瓦斯危险等级标准、各影响指标的数据库以及隧道瓦斯浓度的数据库；

采用分析法和熵权法计算各影响指标的主观权重和客观权重，将各影响指标的主观权重和客观权重进行组合赋权，得到各影响指标的组合权重；

建立基于贝叶斯正则化的BP神经网络预测模型，预测待预测区域的瓦斯危险等级。

进一步的，所述钻爆法施工隧道瓦斯浓度影响指标包括地质构造、地应力、煤层厚度、隧道埋深、煤体破坏程度、水文地质条件、瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯放散初速度、开挖断面积、通风量和爆破震动量。

进一步的，所述瓦斯危险等级标准、各影响指标的数据库以及隧道瓦斯浓度的数据库的建立方法为：

获取在钻爆法施工过程中所有影响指标的大量现场实测数据，建立各影响指标的数据库；

获取在钻爆法施工过程中隧道重点部位瓦斯浓度数据，建立隧道瓦斯浓度数据库；