一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法及系统与流程

1.本发明涉及隧道危险预测技术领域，具体是一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法及系统。


背景技术：

2.岩爆发生的原因是临空岩体积聚的应变能突然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸一样的脆性断裂，随着掌子面不断的施工进行推进，使临空面的面积增加，由于临空面上如果开设一些孔体，那么孔体必然影响到临空面的结构强度，可以会提前诱发岩爆的情况发生，如果不开孔，那么临空面处于封闭状态，不便于检测。
3.现有的岩爆预测，主要为在掌子面上开设多个孔体，在孔体内部安放微振动探头对岩石的震动进行检测，可以精准的预判岩爆的发生，但是该方式并不能对岩爆的危险性进行评估，因为当发生震动后不久，将可能产生岩爆，此时通过震动异常后再进行通知使时间过于紧促，而随着掌子面的推进，实际上如果采用传统的开采方式，由于不同的区域位置产生的效果不同，例如在第一进度时，岩石的稳定性采用该方法进行开采使岩石之间的强度受到该加工方式产生的裂纹较少，后段掘进时，产生的裂纹较多，此时很有可能存在岩爆的潜在危险，但是等发生微震时，使爆发危险的前兆，因此如果能对岩爆的危险性进行预测，进而针对危险性进行补救，可以规避掉许多的潜在问题，进一步的提高隧道挖掘的安全性。
4.而岩爆作为一种破坏过程是大量裂纹产生后在后续扩展变大形成的结果，而由于掌子面周围壁内的岩石无法进行检测，无法通过岩石的裂纹对岩爆的危险性进行预估。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法，包括：步骤s1：采集获取岩石数据，根据掌子面的边缘形状在掌子面上以b比例绘制一次、二次或者n次掘进形状；步骤s2：沿着一次掘进区域边缘开设若干个预测探点；步骤s21：所述预测探点与一次掘进区域的边缘轮廓分为远点和近点，所述预测探点数量为g1；步骤s3：记录所述预测探点的距离一次掘进区域最远检测点振动数据；步骤s31：然后对一次掘进区域挖掘时，根据所述预测探点的远近记录近点、远点的振动数据值分别为a、a1；步骤s4：一次掘进区域挖掘完成后，通过对所述预测探点的孔内注入加压液体，对孔内对液体从缝隙中露出的流出检测，检测后的远点、近点的缝隙数量为x、x1；
步骤s5：根据二次掘进形状，开设若干个所述预测探点；步骤s51：所述预测探点与一次掘进区域的边缘轮廓分为远点和近点，g2数量为g1*b；步骤s6：根据二次掘进的震动数值、缝隙情况结合数量，预测n次掘进后，预测边墙面、拱顶面或者别的顶面内部的缝隙数量，并且将数据根据岩石类型、开挖面积、裂缝数量、震动情况进行统计；步骤s61：随着隧道深入，掌子面不断跟进，此时这些变化随着数据库进行记载对比，进而根据数据变化对岩爆的危险性进行预测。
7.作为本发明再进一步的方案：步骤s2中所述预测探点包括远离n次掘进面的单元远点震动检测孔、位于所述单元远点震动检测孔下方靠近n次掘进面一侧的偏向缝隙探测孔以及位于所述单元远点震动检测孔下方的垂直正向缝隙探测孔。
8.作为本发明再进一步的方案：步骤s5-s6中根据b比例算取一次掘进面与二次掘进面的面积差值，同时根据b比例算取二次掘进面与三次掘进面的面积差值，二次掘进面与三次掘进面的面积差值大于一次掘进面与二次掘进面的面积差值。
9.作为本发明再进一步的方案：位于n次掘进面的所述预测探点距离挖掘边缘的最远距离大于位于n-1次掘进面边缘与所述预测探点之间的最远距离。
10.作为本发明再进一步的方案：步骤s4中的液体不包括水，在注入加压液体之前，首先注入无压液体。
11.作为本发明再进一步的方案：一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测系统，包括用于根据岩石情况进行挖掘时对岩石变化进行检测的采集单元、用于在掌子面上绘制n次掘进面边缘形状的绘制单元以及用于将所述绘制单元绘制的n次掘进面掘进过程中对所述采集单元采集的信息进行数据处理的数据处理单元。
12.作为本发明再进一步的方案：所述采集单元包括用于对切割过程中孔内震动采集的微震采集器以及用于对缝隙进行检测的缝隙采集器。
13.作为本发明再进一步的方案，所述数据处理单元包括用于将数据储存在数据库内部的数据收集单元，以及用于将数据与数据库对比的数据对比单元。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将掌子面的采掘按照等比例进行采掘，同时在采掘过程中设置了震动和缝隙检测，进而在采掘过程中可以根据掌子面岩石情况采用该种挖掘方式对岩石产生的影响进行收集，通过采集单元采集的挖掘震动数据以及缝隙采集数据进行储存，由于记录的掌子面数据已经是挖掘完成后的数据，同时预测探点在进行采掘使用的同时，也可以用于按照微震检测系统，进而对隧道岩爆进行预测，此时当隧道其中某段发生岩爆事件后，根据岩爆区域采集当时掌子面的信息数据情况，以及岩石类型，进而获取岩爆发生数值，该方式经过多次的使用以及数据采集，针对与岩爆中的开采震动、裂纹数据进行统计，进而在后续的掌子面挖掘时，将n次采掘面的采掘数值进行对比，进而针对于数据与岩爆发生的数据进行对比，根据数据相似度从而判断该掌子面在开采过程中的危险性等级，在后期达到提前预测的目的，针对预测内容，此时可以将n次采掘面进行采掘时采用多种方法对数值进行对比，进而选择最优采掘方法进行采掘。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法及系统的一次掘进面示意图；图2为一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法及系统的二次掘进面示意图；图3为一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法及系统的主视裂纹演示示意图；图4为一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测方法的流程示意图；图5为一种基于大数据分析的岩爆危险性等级预测系统的组成示意图；图中：1、预测探点；11、单元远点震动检测孔；12、偏向缝隙探测孔；13、垂直正向缝隙探测孔；2、绘制单元；3、数据处理单元；4、采集单元。
具体实施方式
17.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.请参阅图1、图3、图4、图5，在一次掘进的实施例中，隧道首先向内部挖掘一端距离，隧道临空面产生后，首先通过绘制单元2对掌子面绘制n次掘进面，掘进面采用b比例绘制，最小的掘进面为一次掘进面，向外侧扩展时，安装弧顶隧道为例，一次掘进面的两个边缘向外侧扩展2米，弧顶圆的直径增加4米绘制二次掘进面，三次掘进面与二次掘进面的扩展长度为4米，弧形圆的直径增加8米绘制，使b比例的数量随着掘进面的次数n进行增加，该目的为了无限扩展对后续的裂缝延伸情况进行检测，此时根据一次掘进面的形状在外部开设预测探点1，预测探点1包括单元远点震动检测孔11、偏向缝隙探测孔12和垂直正向缝隙探测孔13组成，其中预测探点1距离一次掘进面边缘的距离进行调整，若干个预测探点1距离一次掘进面边缘由近至远直至达到二次掘进面边界，单元远点震动检测孔11、偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13的开设深度与一次掘进面的掘进深度一致，开设完成后将采集单元4内部的微振动传感器插入单元远点震动检测孔11内部，此时对一次掘进面进行挖掘，挖掘时，针对单元远点震动检测孔11内的微振动传感器感受一次掘进面在挖掘时，边界岩石的震动传递数据a、a1，待一次掘进面完全挖掘后，将微振动探测器取出，此时将缝隙采集器分别插入偏向缝隙探测孔12与垂直正向缝隙探测孔13的内部，向单元远点震动检测孔11内部注入液体，在单元远点震动检测孔11孔口插入封堵塞，向单元远点震动检测孔11内部注水注满，此时将偏向缝隙探测孔12与垂直正向缝隙探测孔13内部插入缝隙采集器，缝隙采集器可以采用棒体，在棒体表面贴附液体检测试纸，液体检测试纸与偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13内壁贴出，此时棒体插入后等候一段时间取出，此时液体通过缝隙渗透进入偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13的内部后与试纸接触，在试纸
上留下标记点，根据标记点判断缝隙数量、缝隙长度，获得无压力的x缝隙数，如果没有渗透液体，此时将单元远点震动检测孔11内部进行加压，进而使液体受到压力影响渗透至缝隙处被缝隙采集器进行采集，获得有压力的x缝隙数，此时可以判断缝隙的宽度，由于岩石在受到震动后近点和远点数据不一致，因此在远点检测获得了无压力的x1缝隙数以及获得有压力的x1缝隙数。
19.请参阅图2、图3、图4、图5，在二次掘进的实施例中，由于二次掘进面的面积覆盖一次掘进面，因此前期在一次掘进面上开设有单元远点震动检测孔11、偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13都为二次掘进面的开设提供了便利性，使二次掘进面的开设更加快速方便，从而避免了由于开孔检测导致的时间浪费情况，然后沿着二次掘进面开设预测探点1，此时由于二次掘进面面积增加，进而使预测探点1的数量也需要增加，因此一次掘进面的预测探点1的数量为g1，那么二次掘进面的预测探点1的数量为g1*b，此时对绘制单元2进行挖掘按照上述方式进行检测，分别获得了震动数据a2、a3，缝隙数量x2、x3，又由于位于n次掘进面的预测探点1距离挖掘边缘的最远距离大于位于n-1次掘进面边缘与预测探点1之间的最远距离，实际上二次掘进面挖掘时，获得了距离切割面更远距离的震动变化，同时获得了最远距离的缝隙数情况。
20.请参阅图3、图4.在n次掘进后的临空面预测实施例中，根据一次掘进获得了震动数据a、a1，缝隙近点和缝隙远点数量x、x1，二次掘进获得了震动数据a2、a3，缝隙近点和缝隙远点数量x2、x3，由于随着切割面积增加，实际上在进行掘进时，裂缝扩散的影响越大，此时一次掘进数与二次掘进数中，一次掘进面上的近点缝隙数x，二次掘进面上的近点缝隙数x2，经过多次测量可以获得近点的裂缝数量a，表示如下：其中，n为掘进面的绘制数量，n的数量大于3，虽然n次掘进面与n-1次掘进面的面积不一致，但是n次掘进面上的预测探点1的数量要大于n-1次掘进面上的预测探点1的数量，因此n次掘进面上的近点预测探点1的数量可以与n-1次面上的近点数量相同，随着隧道的挖掘进行，使该岩层的数据被多次的验证实验，进而可以获得一个更加精确的a数值，进而可以计算出，该岩石类型的采用该种挖掘方式时，由于n次掘进面边缘的加工对临空面内部的岩石近点裂缝数进行估计，从而根据裂缝数对岩爆的危险性进行预估。
21.由于在掘进面上开设的预测探点1分为近点和远点，而由于后续的掘进面中远点预测探点1距离掘进面的距离要大于之前中掘进面中远点预测探点1距离掘进面边缘的距离，因此可以判断裂分的影响深度。
22.在图1、图2、图3、图4、图5中，该方法对岩爆危险性预测的实施例中，隧道在挖掘时，掌子面在向前方移动，而由于地貌的特殊性，实际上周围的岩石情况也在不停的发生变化，在开采时采用n次掘进，同时在掘进过程中，不停的测量缝隙数量与震动情况，进而通过检测，可以预测处该掌子面向内侧深入后的岩石变化，而每个掌子面上获取的裂缝数量a相互之间会存在变化，而在正常的岩石状态下，每个掌子面上获取的裂缝数量a相差不大，当某个掌子面中在挖掘时，a的数值发生波动较大的变化，进而说明该掌子面岩石情况发生改变，而该变化主要有震动数值变化与裂缝数量变化，由于此时刚开采到该区域，此时该掌子面刚刚掘进一次深度，使该区域的临空面积不大，此时可以根据情况对掘进方式进行改变，
从而对该区域地形的危险性进行预估判断，从而避免问题严重化，影响到施工安全。
23.在图1、图2、图3、图4、图5中，该方法对岩爆危险性结合大数据预测的实施例中，由于掌子面在不停的推进，此时掌子面在深入的同时，通过采集单元4采集的挖掘震动数据以及缝隙采集数据进行储存，由于记录的掌子面数据已经是挖掘完成后的数据，同时预测探点1在进行采掘使用的同时，也可以用于按照微震检测系统，进而对隧道岩爆进行预测，此时当隧道其中某段发生岩爆事件后，根据岩爆区域采集当时掌子面的信息数据情况，以及岩石类型，进而获取岩爆发生数值，该方式经过多次的使用以及数据采集，针对与岩爆中的开采震动、裂纹数据进行统计，进而在后续的掌子面挖掘时，将n次采掘面的采掘数值进行对比，进而通过数据处理单元3针对于数据与岩爆发生的数据进行对比，从而判断该掌子面在开采过程中的危险性，在后期达到提前预测的目的，针对预测内容，此时可以将n次采掘面进行采掘时采用多种方法对数值进行对比，进而选择最优采掘方法进行采掘。
24.本发明的工作流程：首先通过绘制单元2对掌子面绘制n次掘进面，绘制单元2可以采用激光进行绘制，主要采用配合组成的激光光束按照形状照射在掌子面上进行操作，掘进面采用b比例绘制，最小的掘进面为一次掘进面，向外侧扩展时，安装弧顶隧道为例，一次掘进面的两个边缘向外侧扩展2米，弧顶圆的直径增加4米绘制二次掘进面，三次掘进面与二次掘进面的扩展长度为4米，弧形圆的直径增加8米绘制，使b比例的数量随着掘进面的次数n进行增加，其中预测探点1距离一次掘进面边缘的距离进行调整，若干个预测探点1距离一次掘进面边缘由近至远直至达到二次掘进面边界，单元远点震动检测孔11、偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13的开设深度与一次掘进面的掘进深度一致，开设完成后将采集单元4内部的微振动传感器插入单元远点震动检测孔11内部，此时对一次掘进面进行挖掘，挖掘时，针对单元远点震动检测孔11内的微振动传感器感受一次掘进面在挖掘时，边界岩石的震动传递数据a、a1，待一次掘进面完全挖掘后，将微振动探测器取出，此时将缝隙采集器分别插入偏向缝隙探测孔12与垂直正向缝隙探测孔13的内部，向单元远点震动检测孔11内部注入液体，在单元远点震动检测孔11孔口插入封堵塞，向单元远点震动检测孔11内部注水注满，此时将偏向缝隙探测孔12与垂直正向缝隙探测孔13内部插入缝隙采集器，缝隙采集器可以采用棒体，在棒体表面贴附液体检测试纸，液体检测试纸与偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13内壁贴出，此时棒体插入后等候一段时间取出，此时液体通过缝隙渗透进入偏向缝隙探测孔12、垂直正向缝隙探测孔13的内部后与试纸接触，在试纸上留下标记点，根据标记点判断缝隙数量、缝隙长度，获得无压力的x缝隙数，如果没有渗透液体，此时将单元远点震动检测孔11内部进行加压，进而使液体受到压力影响渗透至缝隙处被缝隙采集器进行采集，获得有压力的x缝隙数，通过采集单元4采集的挖掘震动数据以及缝隙采集数据进行储存，由于记录的掌子面数据已经是挖掘完成后的数据，同时预测探点1在进行采掘使用的同时，也可以用于按照微震检测系统，进而对隧道岩爆进行预测，此时当隧道其中某段发生岩爆事件后，根据岩爆区域采集当时掌子面的信息数据情况，以及岩石类型，进而获取岩爆发生数值，该方式经过多次的使用以及数据采集，针对与岩爆中的开采震动、裂纹数据进行统计，进而在后续的掌子面挖掘时，将n次采掘面的采掘数值进行对比，进而针对于数据与岩爆发生的数据进行对比，从而判断该掌子面在开采过程中的危险性，在后期达到提前预测的目的，针对预测内容，此时可以将n次采掘面进行采掘时采用多种方法对数值进行对比，进而选择最优采掘方法进行采掘。
25.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。