CN111830582B - 一种基于平均值约束的层析反演方法 - Google Patents

一种基于平均值约束的层析反演方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111830582B
CN111830582B CN202010646847.2A CN202010646847A CN111830582B CN 111830582 B CN111830582 B CN 111830582B CN 202010646847 A CN202010646847 A CN 202010646847A CN 111830582 B CN111830582 B CN 111830582B
Authority
CN
China
Prior art keywords
absorption coefficient
grid
inversion
radio wave
avg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010646847.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111830582A (zh
Inventor
郭昌放
杨真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202010646847.2A priority Critical patent/CN111830582B/zh
Publication of CN111830582A publication Critical patent/CN111830582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111830582B publication Critical patent/CN111830582B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/30—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electromagnetic waves

Abstract

本发明公开了一种基于平均值约束的层析反演方法，先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，每个网格作为一个像素，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；根据原始无线电波坑透数据、网格截距以及直射线理论，构建无线电波层析反演矩阵方程组；通过已知的反演方法结合反演矩阵方程组，求得每个像素的反演吸收系数值；最后将已揭露的多源先验数据作为平均值约束的数据引入到层析反演计算过程中，不断修正得出的每个像素的反演吸收系数值，最终将修正后的数据通过图像显示，从而得出工作面内的异常分布情况。因此本发明能提高反演得出的工作面内异常分布情况的准确性。

Description

一种基于平均值约束的层析反演方法
技术领域
本发明涉及一种基于平均值约束的层析反演方法，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。
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。在通过无线电波坑透技术对工作面内地质异常反演结果进行分析解释的过程中，往往还需要结合巷探、钻探甚至回采揭露等多源数据进行综合判断。然而，这些已揭露的多源先验数据只是用于辅助结果的定性分析，并未直接定量参与到层析反演的计算过程中。不仅对预测结果的准确性产生一定的影响，同时还产生一定的数据资源浪费。
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平均值约束的层析反演方法，将已揭露的多源先验数据作为平均值约束引入到层析反演计算过程中，不断修正反演计算过程，从而能提高反演得出的工作面内异常分布情况的准确性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于平均值约束的层析反演方法，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；每个网格称为一个像素，并用xj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yi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dij。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；
Figure BDA0002573442770000021
由于已知：
Hi＝H0-20yilge-20lgri (2)
将公式(1)和(2)联立，即：
Figure BDA0002573442770000022
上式中：
Hi为针对第i条射线采集到的无线电波场强数据；
H0为无线电波的发射初始场强值；
ri为第i条射线的长度，初始通过计算得出的已知值；
Ⅲ、根据原始无线电波坑透数据、网格截距以及直射线理论，构建无线电波层析反演矩阵方程组；
由于煤矿无线电波坑透探测的整个过程是利用多个发射点产生无线电波，其中针对每一个发射点激发产生的无线电波均有多个接收点进行数据的采集，则公式(1)能进一步推广为：
Figure BDA0002573442770000023
简化后，得出：
[D][X]＝[Y]
式中：
[D]为A*B阶系数矩阵，即每条射线通过每个网格的截距，其中射线条数为A，网格数目为B；
[X]为B*1阶未知系数矩阵，为每个像素的无线电波吸收系数；
[Y]为A*1阶常数矩阵，各观测方式下与实测场强有关的常数，均为已知数据；
其中，[X]为需要反演的目标值，即根据结合上述公式采用已知的反演方法求得每个像素的反演吸收系数值x'j；
Ⅳ、在通过无线电波坑透技术对工作面内传播介质的吸收系数反演过程中，对得到的每个网格的反演吸收系数值x'j进行约束处理：
①在煤矿工作面已揭露无地质异常区域范围内，若x'j小于等于当前反演得到的所有网格的平均吸收系数值xavg，则x'j并不改变；若x'j大于xavg，则用平均吸收系数值xavg替代该网格的吸收系数值x'j；
②在煤矿工作面已揭露存在地质异常区域范围内，若x'j大于等于当前反演得到的所有网格的平均吸收系数值xavg，则x'j并不发生改变；若x'j小于xavg，则用平均吸收系数值xavg替代该网格的吸收系数值x'j；
具体公式为：
Figure BDA0002573442770000031
Figure BDA0002573442770000032
其中：
x'j为工作面第j个网格对应的反演吸收系数值；
xavg为当前反演的所有网格吸收系数平均值；
Q1为在煤矿工作面已揭露无地质异常区域范围内大于xavg的网格序号集合；
Q2为在煤矿工作面已揭露存在地质异常区域范围内小于xavg的网格序号集合；
通过上述平均值约束对反演得到的每个像素的吸收系数值进行处理，最终将处理后的数据通过图像显示，从而得出工作面内的异常分布情况。
与现有技术相比，本发明先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，每个网格作为一个像素，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；根据原始无线电波坑透数据、网格截距以及直射线理论，构建无线电波层析反演矩阵方程组；通过已知的反演方法结合反演矩阵方程组，求得每个像素的反演吸收系数值；最后将已揭露的多源先验数据作为平均值约束的数据引入到层析反演计算过程中，不断修正得出的每个像素的反演吸收系数值，最终将修正后的数据通过图像显示，从而得出工作面内的异常分布情况。因此本发明能提高反演得出的工作面内异常分布情况的准确性。
附图说明
图1是本发明中无线电波层析成像的网格离散化示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的具体步骤为：
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；每个网格称为一个像素，并用xj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yi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dij。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；
Figure BDA0002573442770000041
由于已知：
Hi＝H0-20yilge-20lgri (2)
将公式(1)和(2)联立，即：
Figure BDA0002573442770000051
上式中：
Hi为针对第i条射线采集到的无线电波场强数据；
H0为无线电波的发射初始场强值；
ri为第i条射线的长度，初始通过计算得出的已知值；
Ⅲ、根据原始无线电波坑透数据、网格截距以及直射线理论，构建无线电波层析反演矩阵方程组；
由于煤矿无线电波坑透探测的整个过程是利用多个发射点产生无线电波，其中针对每一个发射点激发产生的无线电波均有多个接收点进行数据的采集，则公式(1)能进一步推广为：
Figure BDA0002573442770000052
简化后，得出：
[D][X]＝[Y]
式中：
[D]为A*B阶系数矩阵，即每条射线通过每个网格的截距，其中射线条数为A，网格数目为B；
[X]为B*1阶未知系数矩阵，为每个像素的无线电波吸收系数；
[Y]为A*1阶常数矩阵，各观测方式下与实测场强有关的常数，均为已知数据；
其中，[X]为需要反演的目标值，即根据结合上述公式采用已知的反演方法求得每个像素的反演吸收系数值x'j；
Ⅳ、在通过无线电波坑透技术对工作面内传播介质的吸收系数反演过程中，对得到的每个网格的反演吸收系数值x'j进行约束处理：
①在煤矿工作面已揭露无地质异常区域范围内，若x'j小于等于当前反演得到的所有网格的平均吸收系数值xavg，则x'j并不改变；若x'j大于xavg，则用平均吸收系数值xavg替代该网格的吸收系数值x'j；
②在煤矿工作面已揭露存在地质异常区域范围内，若x'j大于等于当前反演得到的所有网格的平均吸收系数值xavg，则x'j并不发生改变；若x'j小于xavg，则用平均吸收系数值xavg替代该网格的吸收系数值x'j；
具体公式为：
Figure BDA0002573442770000061
Figure BDA0002573442770000062
其中：
x'j为工作面第j个网格对应的反演吸收系数值；
xavg为当前反演的所有网格吸收系数平均值；
Q1为在煤矿工作面已揭露无地质异常区域范围内大于xavg的网格序号集合；
Q2为在煤矿工作面已揭露存在地质异常区域范围内小于xavg的网格序号集合；
通过上述平均值约束对反演得到的每个像素的吸收系数值进行处理，最终将处理后的数据通过图像显示，从而得出工作面内的异常分布情况。

Claims (1)

1.一种基于平均值约束的层析反演方法，其特征在于，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；每个网格称为一个像素，并用xj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dij；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；
Figure FDA0003286826880000011
由于已知：
Hi＝H0-20yilge-20lgri (2)
将公式(1)和(2)联立，即：
Figure FDA0003286826880000012
上式中：
Hi为针对第i条射线采集到的无线电波场强数据；
H0为无线电波的发射初始场强值；
ri为第i条射线的长度；
Ⅲ、根据原始无线电波坑透数据、网格截距以及直射线理论，构建无线电波层析反演矩阵方程组；
由于煤矿无线电波坑透探测的整个过程是利用多个发射点产生无线电波，其中针对每一个发射点激发产生的无线电波均有多个接收点进行数据的采集，则公式(1)能进一步推广为：
Figure FDA0003286826880000021
简化后，得出：
[D][X]＝[Y]
式中：
[D]为A*B阶系数矩阵，即每条射线通过每个网格的截距，其中射线条数为A，网格数目为B；
[X]为B*1阶未知系数矩阵，为每个像素的无线电波吸收系数；
[Y]为A*1阶常数矩阵，各观测方式下与实测场强有关的常数，均为已知数据；
其中，[X]为需要反演的目标值，即根据结合上述公式采用已知的反演方法求得每个像素的反演吸收系数值x'j；
Ⅳ、在通过无线电波坑透技术对工作面内传播介质的吸收系数反演过程中，对得到的每个网格的反演吸收系数值x'j进行约束处理：
①在煤矿工作面已揭露无地质异常区域范围内，若x'j小于等于当前反演得到的所有网格的平均吸收系数值xavg，则x'j并不改变；若x'j大于xavg，则用平均吸收系数值xavg替代该网格的吸收系数值x'j；
②在煤矿工作面已揭露存在地质异常区域范围内，若x'j大于等于当前反演得到的所有网格的平均吸收系数值xavg，则x'j并不发生改变；若x'j小于xavg，则用平均吸收系数值xavg替代该网格的吸收系数值x'j；
具体公式为：
Figure FDA0003286826880000022
Figure FDA0003286826880000031
其中：
x'j为工作面第j个网格对应的反演吸收系数值；
xavg为当前反演的所有网格的平均吸收系数值；
Q1为在煤矿工作面已揭露无地质异常区域范围内大于xavg的网格序号集合；
Q2为在煤矿工作面已揭露存在地质异常区域范围内小于xavg的网格序号集合；
通过上述平均值约束对反演得到的每个像素的吸收系数值进行处理，最终将处理后的数据通过图像显示，从而得出工作面内的异常分布情况。
CN202010646847.2A 2020-07-07 2020-07-07 一种基于平均值约束的层析反演方法 Active CN111830582B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010646847.2A CN111830582B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种基于平均值约束的层析反演方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010646847.2A CN111830582B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种基于平均值约束的层析反演方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111830582A CN111830582A (zh) 2020-10-27
CN111830582B true CN111830582B (zh) 2021-12-24

Family

ID=72901165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010646847.2A Active CN111830582B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种基于平均值约束的层析反演方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111830582B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013052035A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-11 Westerngeco, L.L.C. Methods and systems for multiple-domain inversion of collected data
CN104459807A (zh) * 2014-10-22 2015-03-25 安徽理工大学 双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统与方法
CN111077572A (zh) * 2019-12-17 2020-04-28 安徽理工大学 一种基于透射槽波频散曲线反演的煤厚定量预测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101930083B (zh) * 2010-07-29 2013-04-10 中铁二院成都勘岩土工程有限责任公司 井间电磁波层析成像多孔对联合反演方法
CN111273335B (zh) * 2019-12-20 2021-09-17 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种基于垂测数据约束的电离层层析成像方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013052035A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-11 Westerngeco, L.L.C. Methods and systems for multiple-domain inversion of collected data
CN104459807A (zh) * 2014-10-22 2015-03-25 安徽理工大学 双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统与方法
CN111077572A (zh) * 2019-12-17 2020-04-28 安徽理工大学 一种基于透射槽波频散曲线反演的煤厚定量预测方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Application of an Adaptive Multi-Population Parallel Genetic Algorithm with Constraints in Electromagnetic Tomography with Incomplete Projections;Changfang Guo,等;《Appl. Sci.》;20190627;第1-17页 *
BIANCA: a genetic algorithm to solve hard combinatorial optimisation problems in engineering;Angela Vincenti，等;《J Glob Optim》;20101231;第399-421页 *
Changfang Guo，等.Predicting the Water‐Conducting Fracture Zone (WCFZ) Height Using an MPGA‐SVR Approach.《Sustainability》.2020,第1-16页. *
基于不等式约束的三维电阻率探测混合反演方法;刘斌，等;《地球物理学报》;20170228;第820-832页 *
基于多源数据协同和智能算法的煤矿工作面透明化系统研究;郭昌放;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》;20210115;第13-15、56-58页 *
煤矿工作面先验约束加奇点模型CT重构方法研究;杨真，等;《中国矿业大学学报》;20170930;第988-996页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111830582A (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110109895B (zh) 适用于tbm掘进隧道的围岩分级联合预测方法及应用
CN101770038B (zh) 矿山微震源智能定位方法
US20230144184A1 (en) Advanced geological prediction method and system based on perception while drilling
He et al. Complexity and productivity differentiation models of metallogenic indicator elements in rocks and supergene media around Daijiazhuang Pb–Zn deposit in Dangchang County, Gansu Province
CN103778480A (zh) 一种基于敏感度分析的裂隙带高度预测方法
CN103728655A (zh) 一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法
CN112396320A (zh) 一种基于ism与模糊贝叶斯网络的隧道坍塌风险评估方法
CN109740119B (zh) 一种tbm掘进隧洞围岩单轴抗压强度快速估算方法
CN116256803B (zh) 一种融合开采信息与地质信息的煤矿微震区域定位方法
Jiang et al. A novel method for automatic identification of rock fracture signals in microseismic monitoring
US20230384473A1 (en) Method and system for advanced detection and optimization of tunnel resistivity based on depth resolution
CN104899358A (zh) 奥灰岩溶裂隙水网络横向分布的预测方法
CN111062544A (zh) 一种铀成矿远景区的预测方法
Wang et al. An auto-detection network to provide an automated real-time early warning of rock engineering hazards using microseismic monitoring
CN111830582B (zh) 一种基于平均值约束的层析反演方法
CN111220789A (zh) Tbm搭载的利用汞进行超前地质预报的系统及方法
CN111897019A (zh) 一种基于范围约束的层析反演方法
Pang et al. Analysis and prediction of hydraulic support load based on time series data modeling
CN117192615A (zh) 基于透射地震尾波的采煤工作面内隐伏地质构造探测方法
CN113740904B (zh) 一种基于tsp探测的巨跨地下隧洞超前地质预报方法
CN115576025A (zh) 一种井工开采煤矿煤层采后覆岩空隙检测分析系统
CN111830583A (zh) 一种基于智能算法的层析反演方法
CN115758515A (zh) Tbm隧道不良地质段智能支护决策方法
CN114483043A (zh) 一种用于隧道掘进的探测控制系统及其探测方法
CN113586157B (zh) 基于克里金插值的回采工作面突出危险区快速划分方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant