[发明专利]一种基于智能算法的层析反演方法

说明书

本发明公开了一种基于智能算法的层析反演方法，采用无线电波坑透获取工作面的原始数据；将工作面进行网格离散化，利用直射线理论获得每条射线在工作面内所有网格的截距；根据上述数据，构建无线电波层析反演矩阵方程组；然后将对矩阵方程组的求解模型转化为泛函极小值求解模型，并建立层析反演目标函数模型，利用智能算法对该目标函数模型进行计算，进而得出层析反演结果，最终将各个网格的吸收系数值通过图像显示，从而得出工作面内的异常分布情况。该方法最终能获得精确的无线电波层析成像反演结果，便于指导工作面的安全生产。

技术领域

本发明涉及一种基于智能算法的层析反演方法，属于煤矿工作面内构造反演技术领域。

背景技术

煤炭是我国的主体能源和基础产业，而煤矿工作面内部断层、陷落柱等地质异常的存在直接影响着工作面回采方案制定、回采效率以及井下工作人员的生命安全。以后随着煤矿开采深度的增加，所面临的开采条件将变得更加复杂。因此，对工作面内地质异常构造的精准反演与预测对煤矿的安全高效生产具有十分重要的现实意义。

目前针对工作面内部地质异常的探测方法有很多，包括地质学、统计预测以及后来发展起来的地球物理勘探等方法。地面以及井下钻探、巷探等方式虽然得到的结果最为直接和真实，但是往往需要花费较高的时间和经济成本，而且具体实施过程与制定的方案往往存在偏差，同时还存在一定的探测盲区，留下安全隐患。相比之下，地球物理勘探方法往往具有更高的经济性和快捷性。常见的矿井物探方法主要有：地面地震勘探法、矿井瞬变电磁法、矿井地质雷达法、矿井直流电法、无线电波坑透以及地震槽波透射勘探等。其中，地面地震勘探方法探测范围较大，但其精准度相对井下物探方法较低。井下地震槽波透射勘探应用效果显著，但是，地震勘探往往以炸药作为震源，而且由于现场实施作业人员较多、施工程序较为复杂，设备也比较多而且繁重，从而导致整个勘探过程持续时间长，成本高并具有一定的安全风险。矿井瞬变电磁法以及直流电法对于富水性较强的异常体比较敏感，在矿山水害防治与预测方面取得了较好的应用成果，但是对于断层、陷落柱等地质异常反应不够灵敏，从而导致应用场景具有一定的局限性。

而井下无线电波坑透技术作为一种非接触式探测方法，由于其施工便捷、效率高、分辨能力强、成本较低，而且还不存在破坏性等优点，使其成为目前国内外煤矿工作面内部地质异常探测和反演的主要方法。然而，目前煤矿工作面常见的ART、SIRT等传统层析反演算法大都采用单一的初始模型，经过反复向改进的邻近解集移动，直到满足允许条件以求得最终解，但是其反演结果的准确性很大程度上取决于单一初始模型的选择，一旦选择出现偏差，则会使算法容易陷入局部最优解，进而导致最终反演结果的误差较大。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于智能算法的层析反演方法，将传统反演计算过程中的矩阵求解问题转换为泛函极值求解问题，并建立无线电波层析反演目标函数模型，进而利用智能算法求得目标函数模型在达到极小值时对应的每个网格的无线电波吸收系数值，最终获得精确的无线电波层析成像反演结果，便于指导工作面的安全生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于智能算法的层析反演方法，具体步骤为：

Ⅰ、采用无线电波坑透获取工作面的原始数据；

Ⅱ、将工作面进行网格离散化，利用直射线理论获得每条射线在工作面内所有网格的截距；其中，网格数目为B，射线条数为A；并用x_j代表第j个网格的真实吸收系数，j＝1,2,3…B；

假设任一条射线y_i从发射端穿过工作面达到接收端，该射线在第j个网格的截距为d_ij。其中若设定射线的条数为A，则在第i条射线路径上有：i＝1,2,3…A；

由于已知：