本發(fā)明涉及煤巖界面識別，尤其涉及一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、煤巖界面識別技術(shù)是通過煤巖性質(zhì)的差異和相應(yīng)的探測方法，分辨出煤巖界面相對位置的技術(shù)，煤巖界面智能識別是煤層自動截割的瓶頸性技術(shù)障礙。當(dāng)前，基于煤巖界面識別原理的不同，現(xiàn)有的煤巖識別技術(shù)包括基于天然輻射強度不同的射線探測法，利用電磁波在煤巖分界面反射特性的電磁波探測法，基于煤巖硬度不同引起溫升和振動的紅外成像法、振動探測法、截割力法，基于煤壁表面顏色和紋理差異的圖像識別法，以及基于煤巖吸收和反射光譜差異的高光譜法等。然而，上述現(xiàn)有方法往往存在開發(fā)難度大、成本高或識別準(zhǔn)確率低等問題。

2、鉆孔過程是一個鉆具與巖體相互作用的過程，鉆具響應(yīng)信息(即鉆進參數(shù))中蘊藏著大量的巖體信息，某些巖石的物理性質(zhì)與鉆進參數(shù)之間存在一定的響應(yīng)關(guān)系，在理想環(huán)境下，鉆進參數(shù)的差異可明顯區(qū)分不同的模擬地層，可較為準(zhǔn)確地對地層進行界面識別。因此，隨鉆煤巖界面識別是當(dāng)前常用的識別技術(shù)之一。然而，雖然鉆進參數(shù)易用，但在實際應(yīng)用中，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及鉆孔過程的隨機性，鉆機的工作參數(shù)受多方面的影響而動態(tài)變化，難以用準(zhǔn)確的閾值范圍來區(qū)分不同地層類型，其分類精度較差；另外，僅使用單一數(shù)據(jù)類型(如僅使用鉆進速度或鉆頭鉆速等單一參數(shù)數(shù)據(jù))進行識別，也存在分類準(zhǔn)確度較低、模型魯棒性較差的問題，難以建立準(zhǔn)確的煤巖界面預(yù)測模型。

3、而利用高光譜技術(shù)識別煤巖界面具有精度高和信息豐富等優(yōu)點，是當(dāng)前常用識別方法之一，但若對完整巖層進行數(shù)據(jù)采集及高光譜成像處理，則其采集樣本難度大、成本高，處理分析需占用大量計算資源。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法及系統(tǒng)，采集鉆孔鉆進過程中的實時數(shù)據(jù)，以鉆速數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)并濾除鉆孔機械參數(shù)對鉆速的影響，獲取鉆進過程指數(shù)數(shù)據(jù)，避免采集數(shù)據(jù)單一且數(shù)據(jù)波動對識別結(jié)果造成的不良影響，再通過分析數(shù)據(jù)特征結(jié)合分類模型，進行煤巖界面的初步識別，確定煤巖界面的大致范圍，之后再對該初步識別結(jié)果進行基于鉆孔鉆屑成像高光譜數(shù)據(jù)的二次精確分類識別，保障最終煤巖界面識別的精準(zhǔn)性，且這一方式避免了傳統(tǒng)高光譜識別技術(shù)采集數(shù)據(jù)量大、成本高的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法。

3、一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，包括：

4、實時采集地層鉆孔施工過程中的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)；所述鉆進參數(shù)包括鉆進速度、鉆進壓力和鉆頭鉆速；

5、基于鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)，濾除鉆孔機械參數(shù)對鉆進速度的影響，獲取鉆進過程指數(shù)數(shù)據(jù)，再經(jīng)預(yù)處理后，獲取當(dāng)前有效鉆進時段的鉆進信號時序數(shù)據(jù)；

6、基于獲取的鉆進信號時序數(shù)據(jù)，提取鉆進信號的時頻域特征，并基于時頻域特征，通過第一分類模型，輸出煤巖界面的初步識別結(jié)果；

7、若初步識別出煤巖界面，則收集該煤巖界面鉆進前后設(shè)定范圍內(nèi)的鉆孔鉆屑，并掃描獲取成像高光譜數(shù)據(jù)，再基于高光譜數(shù)據(jù)進行煤巖界面的二次識別并輸出；若未識別出煤巖界面，則重復(fù)進行下一時段的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)采集及識別。

8、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別系統(tǒng)。

9、一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別系統(tǒng)，包括：

10、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實時采集地層鉆孔施工過程中的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)；所述鉆進參數(shù)包括鉆進速度、鉆進壓力和鉆頭鉆速；

11、數(shù)據(jù)處理模塊，用于基于鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)，濾除鉆孔機械參數(shù)對鉆進速度的影響，獲取鉆進過程指數(shù)數(shù)據(jù)，再經(jīng)預(yù)處理后，獲取當(dāng)前有效鉆進時段的鉆進信號時序數(shù)據(jù)；

12、初步識別模塊，用于基于獲取的鉆進信號時序數(shù)據(jù)，提取鉆進信號的時頻域特征，并基于時頻域特征，通過第一分類模型，輸出煤巖界面的初步識別結(jié)果；

13、二次識別模塊，用于若初步識別出煤巖界面，則收集該煤巖界面鉆進前后設(shè)定范圍內(nèi)的鉆孔鉆屑，并掃描獲取成像高光譜數(shù)據(jù)，再基于高光譜數(shù)據(jù)進行煤巖界面的二次識別并輸出；若未識別出煤巖界面，則重復(fù)進行下一時段的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)采集及識別。

14、第三方面，本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機指令，所述計算機指令被處理器運行時，完成第一方面所述方法的步驟。

15、第四方面，本發(fā)明還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，完成第一方面所述方法的步驟。

16、以上一個或多個技術(shù)方案存在以下有益效果：

17、1、本發(fā)明提供了一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法及系統(tǒng)，采集鉆孔鉆進過程中的實時鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)，以鉆進參數(shù)中的鉆速為基準(zhǔn)并濾除其他鉆孔機械參數(shù)對鉆速的影響，獲取鉆進過程指數(shù)數(shù)據(jù)，并對該獲取數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以此避免采集數(shù)據(jù)單一且數(shù)據(jù)波動對識別結(jié)果造成的不良影響，再通過分析數(shù)據(jù)特征結(jié)合分類模型，進行煤巖界面的初步識別，通過這一改進的基于鉆進參數(shù)的煤巖界面識別方式，實現(xiàn)低成本下的更高識別準(zhǔn)確性；在上述確定煤巖界面大致范圍的基礎(chǔ)上，再對初步識別結(jié)果進行基于鉆孔鉆屑成像高光譜數(shù)據(jù)的二次精確分類識別，保障最終煤巖界面識別的精準(zhǔn)性，且這一方式僅獲取部分鉆孔鉆屑的成像高光譜數(shù)據(jù)，避免了傳統(tǒng)高光譜識別技術(shù)采集數(shù)據(jù)量大、成本高的問題。

18、2、本發(fā)明所提出的煤巖界面識別方法中，通過傳感器采集鉆孔鉆進過程中的實時鉆進速度、鉆進壓力和鉆頭鉆速數(shù)據(jù)，基于所采集的數(shù)據(jù)，將濾除鉆進壓力和鉆頭鉆速影響的鉆進速度歸一化表達為鉆進過程指數(shù)(dpi)參數(shù)，利用該參數(shù)數(shù)據(jù)進行煤巖界面識別。通過這一方式，解決現(xiàn)有方法中采集數(shù)據(jù)單一且數(shù)據(jù)受多方面影響而波動對最終識別準(zhǔn)確性造成影響的問題，有效提高了識別精度。

19、3、本發(fā)明中，采用基于鉆進參數(shù)的煤巖界面識別和高光譜識別技術(shù)的聯(lián)合識別方法，其中基于鉆進參數(shù)的煤巖界面識別方法具有成本低、經(jīng)濟效益高的特點，高光譜識別技術(shù)識別煤巖界面具有精度高和信息豐富等優(yōu)點，二者相結(jié)合兼顧效率、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟性，適合大范圍推廣應(yīng)用。

20、4、本發(fā)明中，將上述煤巖界面識別系統(tǒng)部署至電子設(shè)備中，實現(xiàn)精確割煤和放煤，突破了煤巖界面無人實時在線識別的難題，符合未來煤炭安全、高效、綠色開采的技術(shù)發(fā)展趨勢。

技術(shù)特征：

1.一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，所述鉆進過程指數(shù)dpi的獲取，包括：

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括：

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，所述鉆進信號的時頻域特征作為與煤巖界面相關(guān)的波動特征，包括時域特征和頻域特征；

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，所述頻域特征的提取，包括：

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，基于鉆孔鉆屑的高光譜數(shù)據(jù)，進行煤巖界面的二次識別并輸出，包括：

7.如權(quán)利要求6所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法，其特征在于，煤巖界面的識別結(jié)果為判斷當(dāng)前鉆進地層界面是否為煤巖界面，若二次識別結(jié)果為識別出煤巖界面，即判斷當(dāng)前鉆進地層界面為煤巖界面，則輸出準(zhǔn)確的煤巖界面位置；反之，若二次識別結(jié)果為未識別出煤巖界面，即判斷當(dāng)前鉆進地層界面非煤巖界面，則重復(fù)進行下一時段的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)采集及識別。

8.一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機指令，所述計算機指令被處理器運行時，完成如權(quán)利要求1-7中任一項所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，完成如權(quán)利要求1-7中任一項所述的一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于鉆進參數(shù)與成像高光譜的煤巖界面識別方法及系統(tǒng)，涉及煤巖界面識別技術(shù)領(lǐng)域，包括：實時采集地層鉆孔施工過程中的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)；基于所采集的數(shù)據(jù)，濾除鉆孔機械參數(shù)對鉆進速度的影響，獲取鉆進過程指數(shù)數(shù)據(jù)，再經(jīng)預(yù)處理后，獲取當(dāng)前有效鉆進時段的鉆進信號時序數(shù)據(jù)；提取鉆進信號的時頻域特征，并通過第一分類模型，輸出煤巖界面的初步識別結(jié)果；若初步識別出煤巖界面，則收集該煤巖界面鉆進前后設(shè)定范圍內(nèi)的鉆孔鉆屑，并掃描獲取成像高光譜數(shù)據(jù)，以此進行煤巖界面的二次識別并輸出；若未識別出煤巖界面，則重復(fù)進行下一時段的鉆進參數(shù)數(shù)據(jù)采集及識別。本發(fā)明可實現(xiàn)更低成本、更高精度的煤巖界面識別。

技術(shù)研發(fā)人員：許振浩,翟晨宇,李珊,余騰飛,林鵬,劉祎龍
受保護的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23