[發(fā)明專利]一種基于智能算法的層析反演方法

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• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111830583A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭昌放;楊真
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38;G01V3/30
• 代理公司: 北京淮海知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

本發(fā)明公開了一種基于智能算法的層析反演方法，采用無線電波坑透獲取工作面的原始數(shù)據(jù)；將工作面進行網(wǎng)格離散化，利用直射線理論獲得每條射線在工作面內(nèi)所有網(wǎng)格的截距；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，構(gòu)建無線電波層析反演矩陣方程組；然后將對矩陣方程組的求解模型轉(zhuǎn)化為泛函極小值求解模型，并建立層析反演目標函數(shù)模型，利用智能算法對該目標函數(shù)模型進行計算，進而得出層析反演結(jié)果，最終將各個網(wǎng)格的吸收系數(shù)值通過圖像顯示，從而得出工作面內(nèi)的異常分布情況。該方法最終能獲得精確的無線電波層析成像反演結(jié)果，便于指導工作面的安全生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于智能算法的層析反演方法，屬于煤礦工作面內(nèi)構(gòu)造反演技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

煤炭是我國的主體能源和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而煤礦工作面內(nèi)部斷層、陷落柱等地質(zhì)異常的存在直接影響著工作面回采方案制定、回采效率以及井下工作人員的生命安全。以后隨著煤礦開采深度的增加，所面臨的開采條件將變得更加復雜。因此，對工作面內(nèi)地質(zhì)異常構(gòu)造的精準反演與預測對煤礦的安全高效生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

目前針對工作面內(nèi)部地質(zhì)異常的探測方法有很多，包括地質(zhì)學、統(tǒng)計預測以及后來發(fā)展起來的地球物理勘探等方法。地面以及井下鉆探、巷探等方式雖然得到的結(jié)果最為直接和真實，但是往往需要花費較高的時間和經(jīng)濟成本，而且具體實施過程與制定的方案往往存在偏差，同時還存在一定的探測盲區(qū)，留下安全隱患。相比之下，地球物理勘探方法往往具有更高的經(jīng)濟性和快捷性。常見的礦井物探方法主要有：地面地震勘探法、礦井瞬變電磁法、礦井地質(zhì)雷達法、礦井直流電法、無線電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測范圍較大，但其精準度相對井下物探方法較低。井下地震槽波透射勘探應用效果顯著，但是，地震勘探往往以炸藥作為震源，而且由于現(xiàn)場實施作業(yè)人員較多、施工程序較為復雜，設(shè)備也比較多而且繁重，從而導致整個勘探過程持續(xù)時間長，成本高并具有一定的安全風險。礦井瞬變電磁法以及直流電法對于富水性較強的異常體比較敏感，在礦山水害防治與預測方面取得了較好的應用成果，但是對于斷層、陷落柱等地質(zhì)異常反應不夠靈敏，從而導致應用場景具有一定的局限性。

而井下無線電波坑透技術(shù)作為一種非接觸式探測方法，由于其施工便捷、效率高、分辨能力強、成本較低，而且還不存在破壞性等優(yōu)點，使其成為目前國內(nèi)外煤礦工作面內(nèi)部地質(zhì)異常探測和反演的主要方法。然而，目前煤礦工作面常見的ART、SIRT等傳統(tǒng)層析反演算法大都采用單一的初始模型，經(jīng)過反復向改進的鄰近解集移動，直到滿足允許條件以求得最終解，但是其反演結(jié)果的準確性很大程度上取決于單一初始模型的選擇，一旦選擇出現(xiàn)偏差，則會使算法容易陷入局部最優(yōu)解，進而導致最終反演結(jié)果的誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于智能算法的層析反演方法，將傳統(tǒng)反演計算過程中的矩陣求解問題轉(zhuǎn)換為泛函極值求解問題，并建立無線電波層析反演目標函數(shù)模型，進而利用智能算法求得目標函數(shù)模型在達到極小值時對應的每個網(wǎng)格的無線電波吸收系數(shù)值，最終獲得精確的無線電波層析成像反演結(jié)果，便于指導工作面的安全生產(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于智能算法的層析反演方法，具體步驟為：

Ⅰ、采用無線電波坑透獲取工作面的原始數(shù)據(jù)；

Ⅱ、將工作面進行網(wǎng)格離散化，利用直射線理論獲得每條射線在工作面內(nèi)所有網(wǎng)格的截距；其中，網(wǎng)格數(shù)目為B，射線條數(shù)為A；并用x_j代表第j個網(wǎng)格的真實吸收系數(shù)，j＝1,2,3…B；

假設(shè)任一條射線y_i從發(fā)射端穿過工作面達到接收端，該射線在第j個網(wǎng)格的截距為d_ij。其中若設(shè)定射線的條數(shù)為A，則在第i條射線路徑上有：i＝1,2,3…A；

由于已知：