本發(fā)明涉及隧道救援，尤其涉及一種基于隧道救援鉆進式監(jiān)測的圍巖強度模型構(gòu)建方法、裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隧道的圍巖層對維護隧道的穩(wěn)定性有著重要作用。在隧道發(fā)生重大事故時，例如：隧道坍塌，了解圍巖層的圍巖強度對于救援人員進行隧道救援工作具有評估救援風險、確定救援方案及預防二次災害等作用。因此，在隧道救援中構(gòu)建圍巖強度模型，對快速且安全的進行隧道救援工作具有重要意義。

2、目前的構(gòu)建圍巖強度模型的方法主要是通過聲波在圍巖層中的傳播速度來評估圍巖層的力學性質(zhì)，例如：單軸抗壓強度，由此來構(gòu)建圍巖強度模型，但這種通過聲波所測量的數(shù)據(jù)不能表示圍巖層的具體破壞情況，在巖石破碎或多孔的圍巖層中，圍巖層的破壞情況并不與圍巖強度有良好的相關(guān)性，且該方法也無法對救援行動做出實時的調(diào)整，因而此種方法的準確性及效率仍有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于隧道救援鉆進式監(jiān)測的圍巖強度模型構(gòu)建方法、計算機可讀存儲介質(zhì)，其主要目的在于提高圍巖強度模型構(gòu)建的準確性及效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于隧道救援鉆進式監(jiān)測的圍巖強度模型構(gòu)建方法，包括：

3、監(jiān)測鉆進系統(tǒng)的實時鉆進扭矩、實時鉆進轉(zhuǎn)速、實時鉆進動力及實時鉆進速度，其中，鉆進系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)鉆進鉆頭、聲波發(fā)射單元及聲波接收單元；

4、利用所述聲波發(fā)射單元向預設的目標圍巖層內(nèi)部發(fā)射原始聲波信號，記錄所述原始聲波信號的信號發(fā)射時刻及發(fā)射信號強度，利用所述聲波接收單元接收目標圍巖層內(nèi)部反射的目標聲波信號，記錄所述目標聲波信號的信號接收時刻及接收信號強度；

5、根據(jù)所述信號發(fā)射時刻、信號接收時刻及實時鉆進速度，計算聲波傳播速度，根據(jù)所述發(fā)射信號強度及接收信號強度，計算聲波強度比值；

6、根據(jù)聲波傳播速度及聲波強度比值進行權(quán)重計算，得到目標圍巖層的破壞因子；

7、根據(jù)所述破壞因子及預設的破壞閾值，對實時鉆進轉(zhuǎn)速及實時鉆進速度進行調(diào)節(jié)，得到目標鉆進轉(zhuǎn)速及目標鉆進速度；

8、根據(jù)所述實時鉆進扭矩及目標鉆進轉(zhuǎn)速，計算鉆進系統(tǒng)的實時旋轉(zhuǎn)能量，根據(jù)所述實時鉆進動力及目標鉆進速度，計算鉆進系統(tǒng)的實時鉆進能量；

9、根據(jù)實時旋轉(zhuǎn)能量、實時鉆進能量及預設的單位參考能量，構(gòu)建圍巖強度模型。

10、可選地，所述利用所述聲波接收單元接收目標圍巖層內(nèi)部反射的目標聲波信號，包括：

11、利用聲波接收單元接收綜合聲波信號；

12、根據(jù)預設的信號閾值，識別所述綜合聲波信號中的裂紋聲波信號，其中，裂紋聲波信號為信號幅值小于信號閾值的綜合聲波信號；

13、將所述綜合聲波信號中的裂紋聲波信號進行刪除處理，得到目標聲波信號。

14、可選地，所述根據(jù)所述信號發(fā)射時刻、信號接收時刻及實時鉆進速度，計算聲波傳播速度，包括：

15、根據(jù)所述信號發(fā)射時刻及信號接收時刻，計算聲波傳播時長，其中，聲波傳播時長表示為：

16、；

17、其中，表示聲波傳播時長，表示信號發(fā)射時刻，表示信號接收時刻；

18、獲取目標圍巖層的圍巖層厚度，根據(jù)預設的初始計數(shù)，將所述圍巖層厚度記為初始發(fā)射路程，其中，所述初始計數(shù)及初始發(fā)射路程表示為：

19、；

20、其中，表示初始計數(shù)，表示初始發(fā)射路程；

21、根據(jù)初始計數(shù)，獲取信號接收單元第次接收到目標聲波信號時的初始傳播時長及初始鉆進速度；

22、根據(jù)所述初始計數(shù)計算目標計數(shù)，其中，所述目標計數(shù)表示為：

23、；

24、其中，表示目標計數(shù)；

25、根據(jù)所述初始發(fā)射路程、初始傳播時長及初始鉆進速度，利用如下公式計算目標發(fā)射路程：

26、；

27、其中，表示目標發(fā)射路程，表示初始接收路程，表示初始發(fā)射路程，表示初始鉆進速度，表示初始傳播時長；

28、獲取聲波接收單元當前已接收的目標聲波信號的當前計數(shù)，判斷所述目標計數(shù)是否等于當前計數(shù)；

29、若所述目標計數(shù)不等于當前計數(shù)，則將所述目標計數(shù)及目標發(fā)射路程分別作為初始計數(shù)及初始發(fā)射路程，并返回所述根據(jù)初始計數(shù)，獲取信號接收單元第次接收到目標聲波信號時的初始傳播時長及初始鉆進速度的步驟；

30、若所述目標計數(shù)等于當前計數(shù)，則將所述目標發(fā)射路程作為聲波發(fā)射路程，并根據(jù)聲波發(fā)射路程、聲波傳播時長及實時鉆進速度，利用如下公式計算聲波傳播速度：

31、；

32、其中，表示聲波傳播速度，表示聲波發(fā)射路程，表示實時鉆進速度，表示聲波傳播時長。

33、可選地，所述根據(jù)聲波傳播速度及聲波強度比值進行權(quán)重計算，得到目標圍巖層的破壞因子，包括：

34、根據(jù)聲波傳播速度及聲波強度比值，利用如下公式計算破壞因子：

35、；

36、；

37、其中，表示破壞因子，表示速度權(quán)重系數(shù)，表示以10為底的對數(shù)函數(shù)，表示聲波傳播速度，表示比值權(quán)重系數(shù)，表示聲波強度比值，表示接收信號強度，表示發(fā)射信號強度。

38、可選地，所述根據(jù)所述破壞因子及預設的破壞閾值，對實時鉆進轉(zhuǎn)速及實時鉆進速度進行調(diào)節(jié)，得到目標鉆進轉(zhuǎn)速及目標鉆進速度，包括：

39、判斷所述破壞因子是否大于破壞閾值：

40、若所述破壞因子不大于破壞閾值，則將所述破壞因子作為調(diào)節(jié)因子；

41、若所述破壞因子大于破壞閾值，則利用如下公式對實時鉆進轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，得到調(diào)節(jié)鉆進轉(zhuǎn)速及鉆頭角速度：

42、；

43、；

44、其中，表示調(diào)節(jié)鉆進轉(zhuǎn)速，表示實時鉆進轉(zhuǎn)速，表示轉(zhuǎn)速參量，表示鉆頭角速度，表示圓周率；

45、獲取旋轉(zhuǎn)鉆進鉆頭的旋轉(zhuǎn)鉆頭直徑，根據(jù)所述鉆頭角速度、實時鉆進速度、實時鉆進動力及旋轉(zhuǎn)鉆頭直徑，利用如下公式對實時鉆進速度進行調(diào)節(jié)，得到調(diào)節(jié)鉆進速度：

46、；

47、其中，表示調(diào)節(jié)鉆進速度，表示旋轉(zhuǎn)鉆頭直徑，表示硬度系數(shù)，表示實時鉆進動力，表示監(jiān)測周期；

48、根據(jù)調(diào)節(jié)鉆進速度，對所述破壞因子進行調(diào)節(jié)計算，得到調(diào)節(jié)因子；

49、判斷所述調(diào)節(jié)因子是否大于破壞閾值：

50、若所述調(diào)節(jié)因子大于破壞閾值，則將所述調(diào)節(jié)因子、調(diào)節(jié)鉆進轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)鉆進速度分別作為破壞因子、實時鉆進轉(zhuǎn)速及實時鉆進速度，并返回所述判斷所述破壞因子是否大于破壞閾值的步驟；

51、若所述調(diào)節(jié)因子不大于破壞閾值，則將所述調(diào)節(jié)鉆進轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)鉆進速度分別作為目標鉆進轉(zhuǎn)速及目標鉆進速度。

52、可選地，所述根據(jù)調(diào)節(jié)鉆進速度，對所述破壞因子進行調(diào)節(jié)計算，得到調(diào)節(jié)因子，包括：

53、根據(jù)所述調(diào)節(jié)鉆進速度，利用如下公式計算聲波調(diào)節(jié)速度?：

54、；

55、其中，表示聲波調(diào)節(jié)速度；

56、根據(jù)所述聲波調(diào)節(jié)速度，利用如下公式計算調(diào)節(jié)因子：

57、；

58、其中，表示調(diào)節(jié)因子。

59、可選地，所述根據(jù)所述實時鉆進扭矩及目標鉆進轉(zhuǎn)速，計算鉆進系統(tǒng)的實時旋轉(zhuǎn)能量，包括：

60、基于所述調(diào)節(jié)因子及監(jiān)測周期，設定計算周期，其中，計算周期表示為：

61、；

62、其中，表示計算周期，表示自然常數(shù)，g(?)表示地板函數(shù)；

63、根據(jù)實時鉆進扭矩及目標鉆進轉(zhuǎn)速，利用如下公式計算實時旋轉(zhuǎn)能量：

64、；

65、；

66、其中，表示實時旋轉(zhuǎn)能量，表示旋轉(zhuǎn)損耗，p表示在一個計算周期內(nèi)獲取的實時鉆進扭矩或目標鉆機轉(zhuǎn)速的數(shù)量，j表示獲取的實時鉆進扭矩或目標鉆進轉(zhuǎn)速的序號，表示第j次獲取的實時鉆進扭矩，表示第j次獲取的目標鉆進轉(zhuǎn)速。

67、可選地，所述根據(jù)所述實時鉆進動力及目標鉆進速度，計算鉆進系統(tǒng)的實時鉆進能量，包括：

68、根據(jù)所述計算周期及目標鉆進速度，構(gòu)建目標鉆進速度集，其中，所述目標鉆進速度集表示為：

69、；

70、其中，表示目標鉆進速度集，表示第1目標鉆進速度，表示第u目標鉆進速度，u表示一個計算周期內(nèi)獲取的實時鉆進動力或目標鉆進速度的數(shù)量；

71、根據(jù)所述實時鉆進動力及目標鉆進速度集，利用如下公式計算實時鉆進能量：

72、；

73、；

74、其中，表示實時鉆進能量，表示動能損耗，?k表示獲取的實時鉆進動力或目標鉆進速度的序號，表示第k次獲取的實時鉆進動力，表示鉆進系統(tǒng)的系統(tǒng)質(zhì)量，表示第k目標鉆進速度。

75、可選地，所述根據(jù)實時旋轉(zhuǎn)能量、實時鉆進能量及預設的單位參考能量，構(gòu)建圍巖強度模型，包括：

76、根據(jù)所述目標鉆進速度集，計算平均鉆進速度；

77、根據(jù)實時旋轉(zhuǎn)能量、實時鉆進能量、平均鉆進速度及計算周期，利用如下公式計算單位旋轉(zhuǎn)能量及單位鉆進能量：

78、；

79、其中，表示平均鉆進速度，表示單位旋轉(zhuǎn)能量，表示單位鉆進能量；

80、根據(jù)所述單位旋轉(zhuǎn)能量、單位鉆進能量及單位參考能量，構(gòu)建如下圍巖強度模型：

81、；

82、其中，表示圍巖強度函數(shù)，表示單位參考能量。

83、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種基于隧道救援鉆進式監(jiān)測的圍巖強度模型構(gòu)建裝置，包括：

84、鉆進數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測鉆進系統(tǒng)的實時鉆進扭矩、實時鉆進轉(zhuǎn)速、實時鉆進動力及實時鉆進速度，其中，鉆進系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)鉆進鉆頭、聲波發(fā)射單元及聲波接收單元；

85、聲波信號處理模塊，用于利用所述聲波發(fā)射單元向預設的目標圍巖層內(nèi)部發(fā)射原始聲波信號，記錄所述原始聲波信號的信號發(fā)射時刻及發(fā)射信號強度，利用所述聲波接收單元接收目標圍巖層內(nèi)部反射的目標聲波信號，記錄所述目標聲波信號的信號接收時刻及接收信號強度；

86、鉆進數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述信號發(fā)射時刻、信號接收時刻及實時鉆進速度，計算聲波傳播速度，根據(jù)所述發(fā)射信號強度及接收信號強度，計算聲波強度比值，根據(jù)聲波傳播速度及聲波強度比值進行權(quán)重計算，得到目標圍巖層的破壞因子，根據(jù)所述破壞因子及預設的破壞閾值，對實時鉆進轉(zhuǎn)速及實時鉆進速度進行調(diào)節(jié)，得到目標鉆進轉(zhuǎn)速及目標鉆進速度；

87、圍巖模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述實時鉆進扭矩及目標鉆進轉(zhuǎn)速，計算鉆進系統(tǒng)的實時旋轉(zhuǎn)能量，根據(jù)所述實時鉆進動力及目標鉆進速度，計算鉆進系統(tǒng)的實時鉆進能量，根據(jù)實時旋轉(zhuǎn)能量、實時鉆進能量及預設的單位參考能量，構(gòu)建圍巖強度模型。

88、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種電子設備，所述電子設備包括：

89、存儲器，存儲至少一個指令；及

90、處理器，執(zhí)行所述存儲器中存儲的指令以實現(xiàn)上述所述的基于隧道救援鉆進式監(jiān)測的圍巖強度模型構(gòu)建方法。

91、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲有至少一個指令，所述至少一個指令被電子設備中的處理器執(zhí)行以實現(xiàn)上述所述的基于隧道救援鉆進式監(jiān)測的圍巖強度模型構(gòu)建方法。

92、本發(fā)明為解決背景技術(shù)所述問題，本發(fā)明可以監(jiān)測鉆進系統(tǒng)的實時鉆進扭矩、實時鉆進轉(zhuǎn)速、實時鉆進動力及實時鉆進速度，這實現(xiàn)了在隧道救援過程中對鉆進系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取，而不用先對目標圍巖進行全方位的檢測，再進行隧道救援，提高了隧道救援的效率，同時實時的監(jiān)測也能夠使獲取的目標圍巖層的數(shù)據(jù)更加的準確，在獲取鉆進系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同時，利用聲波發(fā)射單元向目標圍巖層內(nèi)部發(fā)射原始聲波信號，并記錄原始聲波信號的信號發(fā)射時刻及發(fā)射信號強度，這為后續(xù)評估目標圍巖層的破壞情況提供了條件，同樣的，記錄信號接收時刻及接收信號強度也為后續(xù)評估目標圍巖層的破壞情況提供了條件，通過根據(jù)信號發(fā)射時刻、信號接收時刻及實時鉆進速度，計算出了聲波傳播速度，并根據(jù)發(fā)射信號強度及接收信號強度，計算出了聲波強度比值，這一步獲取了可以表示目標圍巖層破壞情況的具體數(shù)值，即聲波傳播速度及聲波強度比值，接著，再根據(jù)聲波傳播速度及聲波強度比值進行權(quán)重計算，得到了目標圍巖層的破壞因子，這一步完成了對目標圍巖層破壞情況的數(shù)值表示，為后續(xù)隧道救援進行了約束，使得整個隧道救援過程變得更加可控及安全，同時，引入權(quán)重計算，使得所述破壞因子更加的符合實際情況，進而使整個圍巖強度模型構(gòu)建更加準確，進一步，根據(jù)破壞因子及破壞閾值，對實時鉆進轉(zhuǎn)速及實時鉆進速度進行調(diào)節(jié)，得到目標鉆進轉(zhuǎn)速及目標鉆進速度，完成了對隧道救援過程中救援進程的控制，防止因隧道救援過快而導致隧道發(fā)生二次災害，通過根據(jù)實時鉆進扭矩及目標鉆進轉(zhuǎn)速，計算鉆進系統(tǒng)的實時旋轉(zhuǎn)能量，并根據(jù)實時鉆進動力及目標鉆進速度，計算鉆進系統(tǒng)的實時鉆進能量，實時旋轉(zhuǎn)能量及實時鉆機能量的獲取為圍巖強度模型的構(gòu)建提供了數(shù)值依據(jù)，使得圍巖強度可以通過具體的數(shù)值表示出來，最后，根據(jù)實時旋轉(zhuǎn)能量、實時鉆進能量及單位參考能量，構(gòu)建圍巖強度模型，完成了對目標圍巖層的圍巖強度的表示。因此，本發(fā)明可提高圍巖強度模型構(gòu)建的準確性及效率。