本發(fā)明涉及地應(yīng)力測(cè)試，具體為一種軌道大巷地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、軌道大巷是地下礦山、煤礦等地下工程中用于鋪設(shè)軌道，以實(shí)現(xiàn)礦石、煤炭等物料運(yùn)輸以及人員和設(shè)備通行的大型巷道，它是井下運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，其尺寸通常較大，能夠滿足機(jī)車牽引礦車等運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行要求，并且軌道大巷的正常運(yùn)行對(duì)于整個(gè)地下工程的生產(chǎn)效率和安全保障至關(guān)重要；軌道大巷地應(yīng)力的測(cè)試對(duì)于確保巷道的安全穩(wěn)定、優(yōu)化施工方案、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害以及提高生產(chǎn)效率等方面都具有重要意義；因此，在礦山及地下工程中應(yīng)高度重視地應(yīng)力測(cè)試工作，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2、目前，在對(duì)軌道大巷地應(yīng)力測(cè)試之前需要對(duì)巷道大巷內(nèi)進(jìn)行打孔安置感應(yīng)器，然而在鉆孔的過(guò)程中鉆頭遇到巖石中的硬質(zhì)點(diǎn)或者地質(zhì)構(gòu)造變化時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生突發(fā)的高強(qiáng)度、高頻率的振動(dòng)和沖擊，這些振動(dòng)和沖擊會(huì)以波的形式在巖石中傳播，對(duì)巖石造成嚴(yán)重的擾動(dòng)，因此，就需要操作人員在鉆孔時(shí)，根據(jù)鉆孔的狀態(tài)進(jìn)行判斷改變鉆孔策略，受人為因素的影響較大，效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種軌道大巷地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，用于解決上述的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明第一方面提供了一種軌道大巷地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、鉆孔分析模塊、地應(yīng)力分析模塊、執(zhí)行控制模塊、智能預(yù)警模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

3、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集鉆孔數(shù)據(jù)參數(shù)和地應(yīng)力數(shù)據(jù)并將鉆孔數(shù)據(jù)和地應(yīng)力數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；

4、通過(guò)鉆孔設(shè)備內(nèi)置的傳感器采集鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生的鉆孔數(shù)據(jù)，鉆孔數(shù)據(jù)包括鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)和鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)；孔參數(shù)數(shù)據(jù)包括鉆孔過(guò)程的鉆速、鉆壓、鉆孔深度和鉆孔直徑；鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)包括鉆頭的振動(dòng)強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和溫度值；

5、通過(guò)鉆孔內(nèi)安裝的應(yīng)力測(cè)量?jī)x器采集軌道大巷的地應(yīng)力數(shù)據(jù)，地應(yīng)力數(shù)據(jù)包括地應(yīng)力分量信息和地質(zhì)模型數(shù)據(jù)；地應(yīng)力分量包括水平地應(yīng)力值和垂直地應(yīng)力值以及各方向的應(yīng)力值；地質(zhì)模型數(shù)據(jù)包括地質(zhì)構(gòu)造信息和巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。

6、鉆孔分析模塊，用于獲取鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別得到鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)和鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)和鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到鉆孔狀態(tài)信息，當(dāng)鉆孔狀態(tài)信息異常時(shí)，基于鉆孔狀態(tài)值得到對(duì)應(yīng)的異常項(xiàng)目，異常項(xiàng)目包括振動(dòng)偏大、沖擊過(guò)強(qiáng)和鉆孔速度過(guò)慢；根據(jù)異常項(xiàng)目得到對(duì)應(yīng)的鉆孔控制信息，并將鉆孔控制信息發(fā)送至執(zhí)行控制模塊。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)和鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其具體分析方式如下：

8、獲取鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的鉆孔位置，獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中對(duì)應(yīng)鉆孔位置對(duì)應(yīng)的巖石特征，對(duì)巖石特征進(jìn)行識(shí)別得到對(duì)應(yīng)巖石的影響特征，影響特征包括但不限于低硬度巖石、高脆性巖石、斷層巖石；對(duì)鉆孔位置對(duì)應(yīng)的影響特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到影響特征數(shù)。

9、對(duì)鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別得到鉆孔過(guò)程的鉆速、鉆壓和鉆孔深度；對(duì)鉆孔過(guò)程對(duì)應(yīng)的鉆速和鉆壓進(jìn)行檢測(cè)得到每一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的時(shí)刻鉆速和時(shí)刻鉆壓，根據(jù)各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的時(shí)刻鉆速和時(shí)刻鉆壓得到對(duì)應(yīng)的時(shí)刻鉆速曲線和時(shí)刻鉆壓曲線，得到各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的鉆速曲線的鉆速曲線斜率，獲取預(yù)先設(shè)定的鉆速標(biāo)準(zhǔn)斜率區(qū)間，把各鉆速曲線斜率與鉆速標(biāo)準(zhǔn)斜率區(qū)間進(jìn)行匹配，把超出鉆速標(biāo)準(zhǔn)斜率區(qū)間的鉆速曲線斜率標(biāo)記為異常鉆速斜率；根據(jù)鉆壓曲線得到各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的鉆壓曲線斜率，獲取預(yù)先設(shè)定的鉆壓標(biāo)準(zhǔn)斜率區(qū)間，把各鉆壓曲線斜率與鉆壓標(biāo)準(zhǔn)斜率區(qū)間進(jìn)行匹配，把超出鉆壓標(biāo)準(zhǔn)斜率區(qū)間的鉆壓曲線斜率標(biāo)記為異常鉆壓斜率；將異常鉆速斜率和異常鉆壓斜率進(jìn)行相加求和得到鉆孔異速值。

10、獲取當(dāng)前鉆孔過(guò)程對(duì)應(yīng)的鉆孔深度，并獲取對(duì)應(yīng)鉆孔的預(yù)設(shè)深度，將鉆孔深度與預(yù)設(shè)深度進(jìn)行比值計(jì)算得到鉆孔進(jìn)度，提取鉆孔進(jìn)度對(duì)應(yīng)的鉆孔時(shí)長(zhǎng)，將鉆孔時(shí)長(zhǎng)劃分為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)，獲取每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)的鉆孔進(jìn)度，獲取預(yù)先設(shè)定的鉆孔進(jìn)度閾值，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的鉆孔進(jìn)度小于鉆孔進(jìn)度閾值時(shí)，將鉆孔進(jìn)度與鉆孔進(jìn)度閾值進(jìn)行差值計(jì)算得到鉆孔進(jìn)度差，當(dāng)鉆進(jìn)速度變慢可能意味著遇到了較硬的巖石或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)包括鉆頭的振動(dòng)強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，基于振動(dòng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取一系列離散的檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)，并測(cè)量得到對(duì)應(yīng)加速度值，利用公式計(jì)算得到均方根加速度arms；其中，ai表示為第i個(gè)測(cè)量時(shí)刻對(duì)應(yīng)的加速度值，n表示為數(shù)據(jù)的數(shù)量，n和i的取值均為正整數(shù)；獲取振動(dòng)對(duì)應(yīng)的角頻率，將均方根加速度與角頻率進(jìn)行比值計(jì)算得到振動(dòng)位移幅值，獲取預(yù)先設(shè)定的位移幅值上限，當(dāng)振動(dòng)位移幅值大于位移幅值上限時(shí)，將對(duì)應(yīng)的振動(dòng)位移幅值標(biāo)記為振動(dòng)影響值；一系列離散的檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)表示多個(gè)等間隔或不等間隔分布的檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)。

12、對(duì)沖擊強(qiáng)度進(jìn)行分析，獲取鉆孔過(guò)程中對(duì)應(yīng)的沖擊過(guò)程，并獲取沖擊過(guò)程的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，將沖擊過(guò)程的持續(xù)時(shí)間劃分為多個(gè)沖擊時(shí)間點(diǎn)，并獲取各沖擊時(shí)間點(diǎn)的沖擊力度，根據(jù)多個(gè)沖擊時(shí)間點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的沖擊力度得到對(duì)應(yīng)的沖擊力隨時(shí)間的變化函數(shù)，將變化函數(shù)記為f(t)；利用公式計(jì)算得到?jīng)_擊過(guò)程對(duì)應(yīng)的沖擊能量值e，獲取沖擊能量值對(duì)應(yīng)的能量閾值，當(dāng)沖擊能量值大于能量閾值時(shí)，將沖擊能量值超出能量閾值的部分標(biāo)記為沖擊影響值。

13、以影響特征數(shù)和鉆孔異速值的數(shù)值為橢圓的長(zhǎng)軸和短軸構(gòu)建橢圓，以橢圓的圓心為起始點(diǎn)，作垂直于橢圓的直線，直線的長(zhǎng)度等于振動(dòng)影響值的數(shù)值，再以直線的端點(diǎn)為圓心并以沖擊影響值的數(shù)值為半徑構(gòu)建圓，再以橢圓、直線和圓構(gòu)建圓臺(tái)，計(jì)算圓臺(tái)的體積并將體積的數(shù)值標(biāo)記為鉆孔狀態(tài)值；當(dāng)鉆孔狀態(tài)值大于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，生成對(duì)應(yīng)的鉆孔狀態(tài)信息為鉆孔狀態(tài)異常。

14、地應(yīng)力分析模塊，用于獲取軌道大巷的地應(yīng)力數(shù)據(jù)并對(duì)地應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到地應(yīng)力測(cè)試信息，基于地應(yīng)力測(cè)試信息得到地應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)?shù)貞?yīng)力狀態(tài)異常時(shí)生成對(duì)應(yīng)的地應(yīng)力預(yù)警信息，并將地應(yīng)力預(yù)警信息發(fā)送至智能預(yù)警模塊。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)地應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其具體分析方式如下：

16、對(duì)地應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別得到地應(yīng)力分量信息和地質(zhì)模型數(shù)據(jù)；地應(yīng)力分量信息包括水平應(yīng)力值和垂直應(yīng)力值，獲取水平應(yīng)力值對(duì)應(yīng)的最大水平應(yīng)力值和最小水平應(yīng)力值，將最大水平應(yīng)力值和最小水平應(yīng)力值進(jìn)行差值計(jì)算得到水平應(yīng)力波動(dòng)值，同理，得到垂直應(yīng)力對(duì)應(yīng)的垂直應(yīng)力波動(dòng)值，將水平應(yīng)力波動(dòng)值和垂直應(yīng)力波動(dòng)值進(jìn)行差值計(jì)算得到應(yīng)力失均值，將應(yīng)力失均值劃分為多個(gè)失均值區(qū)間，每個(gè)失均值區(qū)間均對(duì)應(yīng)一個(gè)失均影響值，將當(dāng)前對(duì)應(yīng)的應(yīng)力失均值與多個(gè)失均值區(qū)間進(jìn)行匹配得到對(duì)應(yīng)的失均影響值。

17、根據(jù)地質(zhì)模型數(shù)據(jù)得到地質(zhì)構(gòu)造信息和巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)；對(duì)應(yīng)力測(cè)試區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造信息進(jìn)行識(shí)別得到對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵構(gòu)造，關(guān)鍵構(gòu)造包括但不限于斷層構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、節(jié)理構(gòu)造；獲取關(guān)鍵構(gòu)造對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)的測(cè)試時(shí)間段的活動(dòng)信息，根據(jù)活動(dòng)信息得到對(duì)應(yīng)的活動(dòng)強(qiáng)度，當(dāng)活動(dòng)強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，將對(duì)應(yīng)的活動(dòng)信息標(biāo)記為高險(xiǎn)活動(dòng)，把高險(xiǎn)活動(dòng)的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的測(cè)試時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行比值計(jì)算得到高險(xiǎn)活動(dòng)幾率值。

18、巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)包括彈性模量和泊松比，并獲取x、y、z方向的應(yīng)力值，利用廣義胡克定律并通過(guò)公式計(jì)算得到對(duì)應(yīng)方向的巖石應(yīng)變值εx；其中εx為x方向的應(yīng)變值，e為彈性模量，υ為泊松比，σx、σy、σz分別表示為x、y、z方向的應(yīng)力值；分別計(jì)算得到各方向上的應(yīng)變值，應(yīng)變值大于預(yù)設(shè)的應(yīng)變閾值時(shí)，將應(yīng)變值大于應(yīng)變閾值的部分標(biāo)記為應(yīng)變影響值，將各方向?qū)?yīng)的應(yīng)變影響值進(jìn)行計(jì)算求和得到應(yīng)變總影值。

19、以失均影響值和高險(xiǎn)活動(dòng)幾率值的數(shù)值為矩形的長(zhǎng)邊和寬邊構(gòu)建矩形，再以矩形的重心為起始點(diǎn)，作垂直于矩形的直線，直線的長(zhǎng)度等于應(yīng)變總影值的數(shù)值，再以矩形和直線構(gòu)建四棱錐，計(jì)算四棱錐的體積并將體積的數(shù)值標(biāo)記為地應(yīng)力狀態(tài)值，當(dāng)?shù)貞?yīng)力狀態(tài)值大于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)生成對(duì)應(yīng)的地應(yīng)力狀態(tài)信息為地應(yīng)力狀態(tài)異常。

20、執(zhí)行控制模塊，用于接收鉆孔控制信息并根據(jù)鉆孔控制信息進(jìn)行控制執(zhí)行，并獲取執(zhí)行結(jié)果，通過(guò)對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析得到控制狀態(tài)，當(dāng)控制狀態(tài)異常時(shí)生成對(duì)應(yīng)的控制預(yù)警信息，并將控制預(yù)警信息發(fā)送至智能預(yù)警模塊；對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)執(zhí)行結(jié)果為無(wú)響應(yīng)或?qū)?yīng)的控制效果失效時(shí)，將對(duì)應(yīng)的控制狀態(tài)標(biāo)記為控制失效，基于控制失效對(duì)應(yīng)的控制執(zhí)行生成控制預(yù)警信息。

21、智能預(yù)警模塊，用于接收地應(yīng)力預(yù)警信息和控制預(yù)警信息，根據(jù)地應(yīng)力預(yù)警信息生成地應(yīng)力預(yù)警通報(bào)，并進(jìn)行預(yù)警執(zhí)行；對(duì)控制預(yù)警信息進(jìn)行識(shí)別得到具體的控制執(zhí)行，根據(jù)具體的控制執(zhí)行生成相應(yīng)的控制預(yù)警通報(bào)，并進(jìn)行預(yù)警執(zhí)行。

22、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)鉆孔數(shù)據(jù)和地應(yīng)力數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)鉆孔控制信息、地應(yīng)力預(yù)警信息和控制預(yù)警信息。

23、本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：

24、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)鉆孔參數(shù)數(shù)據(jù)和鉆孔檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到鉆孔狀態(tài)信息，當(dāng)鉆孔狀態(tài)信息異常時(shí)，基于鉆孔狀態(tài)值得到對(duì)應(yīng)的異常項(xiàng)目，根據(jù)異常項(xiàng)目得到對(duì)應(yīng)的鉆孔控制信息，并根據(jù)鉆孔控制信息進(jìn)行控制執(zhí)行，起到了在鉆孔出現(xiàn)高強(qiáng)度、高頻率的振動(dòng)和沖擊的異常之時(shí)進(jìn)行自動(dòng)的鉆孔調(diào)節(jié)，避免人為因素的效率低下。

25、2、本發(fā)明通過(guò)對(duì)鉆孔控制執(zhí)行的監(jiān)測(cè)和地應(yīng)力數(shù)據(jù)的測(cè)試得到地應(yīng)力狀態(tài)和控制的狀態(tài)，并根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警執(zhí)行，便于相關(guān)人員及時(shí)掌握異常信息，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和鉆孔控制的正常運(yùn)行。