一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法及系统与流程

本申请涉及自适应控制，更具体地说，本申请涉及一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法及系统。

背景技术：

1、在隧道开挖、矿山采掘及地下工程施工过程中，爆破作业通常通过预先设置炸药装药量、炮孔间距、炮孔排距、起爆时序及单段最大装药量等爆破参数，使炸药释放的能量作用于围岩并实现岩体破碎。爆破过程中产生的爆炸应力波会在围岩介质中传播，并受到围岩密度、纵波速度、节理裂隙分布、岩体完整程度及阻尼特性等因素影响，使不同区域围岩产生不同程度的振动响应。

2、现有爆破施工通常依据地质勘察资料、历史施工经验或少量现场试爆结果预先确定爆破参数，并在后续爆破过程中按照固定参数或人工经验进行调整，该方式难以实时反映爆破区域实际围岩动力学状态，当围岩结构、节理发育程度或动态力学性质发生变化时，容易出现部分区域振动过强而其他区域爆破能量利用不足的问题。因此，如何根据围岩动态特性进行振动预测，并基于预测结果自适应优化爆破参数，以实现爆破参数由经验设定向预测驱动、自适应控制的转变是业界面临的难题。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法及系统，可以根据围岩动态特性进行振动预测，并基于预测结果自适应优化爆破参数，以实现爆破参数由经验设定向预测驱动、自适应控制的转变。

2、第一方面，本申请提供一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，包括如下步骤：

3、采用可控激振源在预设的激振点进行激振，同步触发监测感知阵列采集初始围岩监测数据；

4、基于所述初始围岩监测数据进行参数反演，确定各空间网格单元的围岩动态阻抗值，进而构建覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵；

5、通过所述阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数进行预测，进而生成整个爆破影响区中振动速度的峰值分布云图；

6、依据所述峰值分布云图对所述初始爆破参数进行自适应优化，得到优化爆破参数集。

7、在一些实施例中，所述监测感知阵列包括三分量振动传感器、高灵敏度加速度传感器以及钻孔内声波接收装置，所述初始围岩监测数据包括振动速度时程曲线和波速剖面数据。

8、在一些实施例中，基于所述初始围岩监测数据进行参数反演，确定各空间网格单元的围岩动态阻抗值具体包括：

9、在所述初始围岩监测数据中提取各监测点的实测振动速度时程；

10、将激振点位置、激振能量作为已知输入，基于各监测点的实测振动速度时程构建目标函数，采用改进粒子群优化算法进行迭代求解，反演得到各空间网格单元围岩的动态力学参数；

11、根据对应的动态力学参数确定各空间网格单元的围岩动态阻抗值。

12、在一些实施例中，构建覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵是将所有的围岩动态阻抗值按照对应空间网格单元进行填充，进而得到覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵。

13、在一些实施例中，通过所述阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数进行预测，进而生成整个爆破影响区中振动速度的峰值分布云图具体包括：

14、通过所述阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数确定爆轰波作用在近区孔壁上的透射峰值应力特征；

15、使用所述透射峰值应力特征对近区孔壁上的应力波传播进行衰减预测，得到在各远区预测点处的振动速度峰值；

16、依据所有远区预测点处的振动速度峰值生成整个爆破影响区的振动速度的峰值分布云图。

17、在一些实施例中，所述远区预测点包括爆破区域内所有保护对象和围岩关键位置。

18、在一些实施例中，依据所述峰值分布云图对所述初始爆破参数进行自适应优化，得到优化爆破参数集具体包括：

19、将所述峰值分布云图作为输入，依据预设的控制约束条件构建多目标优化函数，并采用自适应遗传算法对所述初始爆破参数进行自适应优化，得到优化爆破参数集。

20、第二方面，本申请提供一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制系统，用于执行基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，包括：

21、激振监测模块，用于采用可控激振源在预设的激振点进行激振，同步触发监测感知阵列采集初始围岩监测数据；

22、阻抗确定模块，用于基于所述初始围岩监测数据进行参数反演，确定各空间网格单元的围岩动态阻抗值，进而生成覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵；

23、峰值确定模块，用于通过所述阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数确定整个爆破影响区中振动速度的峰值分布云图；

24、参数优化模块，用于依据所述峰值分布云图对所述初始爆破参数进行自适应优化，得到优化爆破参数集。

25、第三方面，本申请提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行上述的基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法。

26、第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法。

27、本申请公开的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：

28、本申请提供的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法及系统中，采用可控激振源在预设的激振点进行激振，同步触发监测感知阵列采集初始围岩监测数据；基于所述初始围岩监测数据进行参数反演，确定各空间网格单元的围岩动态阻抗值，进而构建覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵；通过所述阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数进行预测，进而生成整个爆破影响区中振动速度的峰值分布云图；依据所述峰值分布云图对所述初始爆破参数进行自适应优化，得到优化爆破参数集。

29、由此可见本申请中，首先，通过参数反演得到各空间网格单元对应的动态阻抗值，并按照各空间网格单元的空间位置进行填充形成阻抗分布矩阵，可以保留爆破影响区内围岩动态特性的空间差异，从而更加准确地表征爆破能量在不同围岩介质中的传播和衰减特征，降低由于围岩非均质性导致的局部振动预测偏差；然后，通过阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数进行预测并生成整个爆破影响区的振动速度峰值分布云图，能够将前期反演获得的围岩动态阻抗空间差异直接引入爆破振动传播过程，使爆破振动预测不再基于均质围岩假设或单一经验衰减关系，而是根据不同空间位置的围岩动态特性、爆破能量输入及应力波传播路径，对各位置的振动响应进行差异化计算，从而获得具有空间连续性的振动速度分布；最后，依据峰值分布云图对初始爆破参数进行自适应优化，能够将爆破振动预测结果直接反馈至爆破参数调整过程，从而推动爆破参数由基于经验的静态设定向基于围岩动态特性和预测结果的主动决策和自适应控制转变。

30、综上所述，本申请采用的技术方案可以根据围岩动态特性进行振动预测，并基于预测结果自适应优化爆破参数，以实现爆破参数由经验设定向预测驱动、自适应控制的转变。

1.一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，所述监测感知阵列包括三分量振动传感器、高灵敏度加速度传感器以及钻孔内声波接收装置，所述初始围岩监测数据包括振动速度时程曲线和波速剖面数据。

3.如权利要求1所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，基于所述初始围岩监测数据进行参数反演，确定各空间网格单元的围岩动态阻抗值具体包括：

4.如权利要求1所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，构建覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵是将所有的围岩动态阻抗值按照对应空间网格单元进行填充，进而得到覆盖整个爆破影响区的阻抗分布矩阵。

5.如权利要求1所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，通过所述阻抗分布矩阵和预设的初始爆破参数进行预测，进而生成整个爆破影响区中振动速度的峰值分布云图具体包括：

6.如权利要求5所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，所述远区预测点包括爆破区域内所有保护对象和围岩关键位置。

7.如权利要求1所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，依据所述峰值分布云图对所述初始爆破参数进行自适应优化，得到优化爆破参数集具体包括：

8.一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制系统，用于执行如权利要求1至7任意一项所述的一种基于围岩振动预测的爆破参数自适应控制方法，其特征在于，包括：