[发明专利]基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统及其方法

说明书

本发明涉及一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统及其方法。本发明智能识别系统施工效率高、操作简单，有效利用孔内和孔外参数信息实时识别钻头当前位置的地层岩性与煤系地层的结构信息，并且能够获得目标区域的三维地层预测模型，不仅能够为煤系地层智能识别提供准确的信息，也为其他隧道工程、边坡工程等岩土工程施工提供借鉴和指导。

技术领域

本发明涉及一种煤系地层识别系统及其方法，属于地质勘测领域，具体是涉及一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统及其方法。

背景技术

我国煤田地质条件复杂，成煤条件的多样性、成煤时代的多期性、煤变质作用的叠加性、构造变动的多幕性和复杂性，使得我国的煤炭开采面临严重的地质灾害。尤其随着近年煤矿开采深度的增加，井下地质力学环境发生了显著变化，而煤系地层特性，包括煤岩体岩性与结构特征等矿井工程设计与安全施工必需的基础参数愈显不足，工程设计的合理性与开采过程的安全保障受到很大影响。利用钻探工程开展矿井工程中地质条件的评价和预测研究，能为我国煤炭实现安全高效绿色开采提供有力保障。

目前，煤系地层的特性识别存在参数提取方法落后，识别精度低等不足，难以实现对地层特性识别的及时与准确，无法有效指导现场工程实践。并且，现有的预测方法采用单个或多个指标与其阈值进行判断时，所依据的信息量较少，不同矿井各参数的阈值也不尽相同，当多个指标不同程度接近阈值时，如何综合判断，仍没有很好的解决方案。国内外学者开展了利用各类信息，包括数学分析模型、监测数据分析、钻进参数响应特征等对地层识别问题进行了研究，但较少考虑机电液一体化钻机在煤矿井下巷道作业施工的特殊性，忽视了钻进施工所面临的复杂地层非结构化对象的作用，从而无法对煤系地层做出实时可信的描述。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于提供一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统及其方法，施工效率高、操作简单，能够实时获取准确的施钻煤系地层岩性和结构面信息，可为煤矿井下钻孔施工参数科学设计与优化提供有效手段。不仅能够为煤系地层智能识别的提供支持，还可为其他隧道工程、边坡工程等岩土工程施工提供借鉴和指导。

为解决上述问题，本发明的方案是：

一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，包括：

孔内数据检测系统，布置于坑道钻机的钻具中，用于测量孔内钻进参数信息；

孔内数据采集系统，用于钻孔内信息采集与通信；

钻机工况监测系统，用于监测和采集钻机运行参数信息；

图像处理系统，用于采集孔口返渣图像特征信息；

智能专家系统，基于所述孔内钻进参数信息、钻机运行参数信息、返渣图像特征信息,得到钻进敏感参数，并对钻进敏感参数根据隶属度函数进行数据模糊化,根据模糊规则实时识别钻孔柱状地层特性和/或判别岩层横向走势变化；

其中，智能专家系统根据多源信息进行综合分析整理，去除不相关特征，得到相关钻进敏感参数，然后通过主成分分析法将n维特征参数信息映射到最小的k维特征参数上，其中，k＜n，实现对数据特征的降维处理，构造成全新正交的k维主成分信息，并对钻进参数根据隶属度函数进行数据模糊化；隶属度函数采用正态分布函数类型：

其中σ和x₀为调节参数，该参数根据实际钻进参数水平来确定，可以利用深度学习算法根据实际情况对其进行实时调整；