基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统与流程

1.本发明涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统。


背景技术：

2.巷道掘进过程中一般需要预留30m掘进超前安全距离，针对预留的30m掘进超前安全距离开展相关的物探和钻探手段，确保后方安全可掘进。常规的地震超前探测需要停下掘进工作面生产工作，布置观测系统、打眼、放炮等，工作繁杂，严重影响工作面掘进速度。
3.随掘地震超前探测方法是近些年发展起来的一种新型矿井巷道地震超前探测方法，该方法以掘进机掘进过程中产生的震动作为震源进行巷道超前探测，从而实现了边掘边探的任务目的。
4.掘进机的动力头与煤壁或岩壁的截割，将产生大量伪随机连续震源，通过在迎头后方巷道侧帮布置的随掘地震监测系统，全时接收煤层或岩层中截割震动信号，结合相关叠加干涉等智能算法的处理，把掘进机的连续震动信号转换为脉冲震源信号，利用反射波提取与基于广义s变换的时频极化分析绕射波偏移成像技术(《ahilbert polarization imaging method with breakpoint diffracted wave in front of roadway》，bo wang等)，推测为前方异常地质界面变化，从而达到掘进前方和工作面内构造的动态超前探测的作用。文献“煤矿井下随采随掘地震监测智能地质保障系统，智能矿山第2022年11期，关奇等人”中对随采地震监测技术和随掘地震监测技术进行了研究，其中，掘是指掘进即向前挖掘打出巷道，一般来说工作面小，效率低，采即指在打出的巷道中间布置回采工作面向后回采煤层；通过在巷道内布设传感器网络，实时不间断的接收截割震动信号并通过布设的光纤网络将震动信号发送给地面和井下集控中心磁盘存储阵列进行存储，由集控中心的随掘数据处理系统对实时采集的数据进行处理生成成像结果，该方案仅实现了随掘地震在线式数据采集。
5.目前的随掘地震探测方案多是在全时数据采集完成后，人工进行处理获取当时掘进机所在位置前方一定范围内的异常位置分布，从数据采集完成到获取异常位置分布间隔时间较长，无法满足随掘随探，掘遇地质异常实时预警的要求。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于如何实现掘进巷道前方动态实时预警。
7.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：
8.第一方面，本发明提出了一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，所述方法包括：
9.s10、对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程ti，获取该行进里程ti每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；
10.s20、对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；
11.s30、对ti里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。
12.进一步地，在所述对ti里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域之后，包括：
13.将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并重复执行所述步骤s10～步骤s20，得到下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点；
14.根据下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的异常点数是否持续增加；
15.若是，则确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置并预警；
16.若否，则确定所述疑似异常区域为假异常区域。
17.进一步地，所述利用随掘地震监测系统获取掘进机每间隔设定距离截割时的随掘地震信号，包括：
18.将所述随掘地震监测系统与所述掘进机的控制系统连接，基于掘进机技术协议，获取截割技术参数，所述截割技术参数包括掘进机位置、掘进机截割岩体的工作时间、掘进机的掘进头所在里程位置及截割电流；
19.基于所述截割技术参数获取所述掘进机截割时有效的随掘地震信号。
20.进一步地，所述对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点，包括：
21.提取各所述异常界面所在切线线段的中点位置坐标以及切线线段的角度，并将中点位置坐标作为异常点的位置坐标、将切线线段的角度作为异常点的角度信息，所述异常点的二维平面表达形式为(x，y，α)，其中x表示异常界面所在切线线段的中点横坐标，y表示异常界面所在切线线段的中点纵坐标，α表示切线线段的角度。
22.进一步地，所述对ti里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警，包括：
23.基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；
24.基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；
25.将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域；
26.基于ti里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。
27.进一步地，所述基于ti里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警，包括：
28.判断所述主异常区域或所述次异常区域内的异常点数占异常点总数的占比；
29.在所述占比超过设定比值时，则确定所述主异常区域或所述次异常区域为疑似异常区域，并将所述疑似异常区域的中心坐标作为当前监测范围内的异常位置；
30.在所述占比未超过所述设定比值时，则舍弃所述主异常区域或所述次异常区域。
31.进一步地，在确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置或确定所述疑似异常区域为假异常区域之后，所述方法还包括：
32.判断巷道掘进作业是否完成；
33.若是，则结束巷道掘进作业；
34.若否，则继续移动所述观测系统，得到下一行进里程t
i+2
对应的所有异常点，结合行进里程t
i+1
对应的所有异常点和行进里程t
i+2
对应的所有异常点，确定行进里程t
i+2
的异常区域。
35.第二方面，本发明还提出了一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统，所述系统包括：
36.异常界面确定模块，用于对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程ti，获取该行进里程ti每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；
37.异常点提取模块，用于对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；
38.异常区域分析模块，用于对ti里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。
39.进一步地，所述系统还包括加强模块，用于：
40.将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并得到下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点；
41.根据下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的中心点作为异常位置并预警。
42.进一步地，所述异常区域分析模块，包括：
43.集群分析单元，用于基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；
44.距离计算单元，用于基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；
45.扫描单元，用于将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域；
46.异常区域确定单元，用于基于ti里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。
47.本发明的优点在于：
48.(1)本发明根据随掘地震信号获取每设定间隔距离位置时该掘进机所对应前方位
置的异常界面，在基于随掘地震信号实时偏移处理的基础上，对异常界面中的异常点进行提取并进行集群分析得到异常区域，从而根据异常区域来确定异常位置并对前方异常实时预警，可实现掘进巷道前方动态实时预警，指导矿方安全高效掘进。
49.(2)通过在当前监测范围内确定异常区域位置后，在掘进机移动至下一监测范围内时，对异常区域内的异常点是否持续增长进行随掘地震监测，实现对确定的异常区域进行加强判别，减少在超前预报过程中误报和虚假异常的判断，保障安全距离内高效掘进。
50.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
51.图1是本发明实施例提出的一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法的流程示意图；
52.图2是本发明实施例中随掘地震监测系统现场观测系统布置图，其中(a)为当前监测范围的布置图，(b)为下一次监测范围的布置图；
53.图3是本发明实施例中单次掘进随掘地震偏移结果示意图；
54.图4是本发明实施例中单次掘进随掘监测异常点分布图；
55.图5是本发明实施例中单次随掘地震监测异常点集群结果图；
56.图6是本发明实施例提出的另一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法的流程示意图；
57.图7是本发明实施例提出的一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统的结构示意图。
具体实施方式
58.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.如图1所示，本发明第一实施例提出了一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，所述方法包括以下步骤：
60.s10、对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程，获取该行进里程每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；
61.s20、对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；
62.s30、对所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。
63.本实施例根据随掘地震信号获取每设定间隔距离位置时该掘进机所对应前方位置的异常界面，并对异常界面中的异常点进行提取并进行集群分析得到异常区域，从而根据异常区域来确定异常位置并对前方异常实时预警，可实现掘进巷道前方动态实时预警，
指导矿方安全高效掘进。
64.在一实施例中，所述步骤s10：对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程，获取该行进里程每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面，具体包括以下步骤：
65.s11、利用随掘地震监测系统获取掘进机每设定间隔距离截割时的随掘地震信号；
66.s12、对所述随掘地震信号进行干涉处理，把掘进机的连续震动信号转换为主动脉冲震源信号；
67.s13、对主动脉冲震源信号进行反射波提取和偏移成像处理，得到每间隔设定距离位置时该掘进机所对应前方位置的异常界面。
68.具体地，随掘地震监测系统现场布置如图2中(a)所示，16个传感器布置于掘进迎头起始位置后方巷道侧帮，且各传感器间隔布置，比如传感器间距5m布置，第16号传感器距迎头起始位置5m，16个传感器通过连接线与随掘地震监测系统相连接，随掘地震监测系统布置于掘进机后方监控平台内部，根据布置于巷道迎头后方的随掘地震监测系统获取掘进机每1m截割时的随掘地震波形信号。
69.通过结合掘进机在不同位置获取的随掘地震记录，对所在位置的随掘地震记录进行干涉处理、反射波提取、偏移成像等常规随掘地震处理流程，获取每1m位置所对应前方位置偏移界面，如图3黑线所示。
70.在一实施例中，所述步骤s11：利用随掘地震监测系统获取掘进机每设定间隔距离截割时的随掘地震信号，具体包括：
71.s111、将所述随掘地震监测系统与所述掘进机的控制系统连接，基于掘进机技术协议，获取截割技术参数，所述截割技术参数包括掘进机位置、掘进机截割岩体的工作时间、掘进机的掘进头所在里程位置及截割电流；
72.具体地，本实施例将掘进机方作为协议服务端，随掘地震监测系统方作为客户端，以开放服务端端口的形式通过tcp/ip与客户端进行协议通讯，其中掘进机协议具体内容为截割运行状态以1个字节发送，传感器间距以1个字节发送，迎头里程以2个字节发送，进刀量以2个字节发送，炮头高度以2个字节发送，截割电流以2个字节发送等。
73.s112、基于所述截割技术参数获取所述掘进机截割时有效的随掘地震信号。
74.具体地，根据掘进机的里程位置可以获取掘进机的位置，根据掘进机的截割电流来判断掘进机的有效截割时间，随掘地震信号主要想获取掘进机掘进时截割煤岩体时产生的震动信号，本实施例根据掘进机的截割电流大小来确定其何时处于截割状态，然后根据处于截割状态的时间来挑选出系统中随掘地震信号。
75.本实施例通过将随掘地震监测系统与掘进机控制系统互通，可直接基于掘进技术协议获取截割技术参数，包括：掘进机位置、掘进机截割岩体的工作时间、掘进机的掘进头所在里程位置、截割电流等相关信息，并利用截割技术参数辅助获取有效的随掘地震信号。
76.在一实施例中，所述步骤s20：对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点，具体包括：
77.提取各所述异常界面所在切线线段的中点位置坐标以及切线线段的角度，并将中点位置坐标作为异常点的位置坐标、将切线线段的角度作为异常点的角度信息，所述异常
点的二维平面表达形式为(x，y，α)，其中x表示异常界面所在切线线段的中点横坐标，y表示异常界面所在切线线段的中点纵坐标，α表示切线线段的角度。
78.具体地，每截割1m后，在形成的异常界面中提取异常点(一般不超过三个)，假设一刀提取三个异常，将20m作为一个监测范围，则在截割20m后随掘地震监测系统共产生60个异常点，在二维平面中以(x，y，α)表达，其中α代表异常界面的倾角，x、y坐标隐含每个点倾角信息，如图4中十字星所示。
79.在一实施例中，所述步骤s30：对所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，确定异常区域并预警，具体包括以下步骤：
80.s31、基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；
81.具体地，对当前监测范围内提取的异常点(假设60个异常点)进行集群分析，假设异常点1的位置坐标为(x1，y1)，异常点2的位置坐标为(x2，y2)，.......，基于距离计算公式计算每两个异常点之间的距离，并根据距离值d与集群半径r的2倍关系，(1)若d＞2r，则两异常点不聚为一个异常区域；(2)若d≤2r，则两异常点可聚为一个异常区域，依次完成60个点的集群分析，可形成最优集群区域作为主异常区域。
82.s32、基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；
83.s33、将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域。
84.具体地，计算各所述异常点与该中心坐标(x
′
,y
′
)的距离，并取距离最大值，公式表示为确定出max1和max2两处的中心坐标为第一次异常区域和第二次异常区域的中心坐标，并以中心坐标为圆心，集群半径r为圆半径形成异常圆进行除主异常区域(见图5中圆圈1)以外的异常点数扫描，以圆内包含最多异常点作为扫描终止条件，确定除第一次异常区域(见图5中圆圈2)和第二次异常区域(见图5中圆圈3)；如此即得到完成截割的20m监测范围内集群的3个异常区域。
85.s34、基于所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。
86.本实施例考虑到在一次随掘地震记录的偏移结果中，可能不一定只有一个异常界面，在一次掘进的过程中，实际的前方异常界面也不止一个，通过基于主异常区域确定次异常区域就可更全面的表达出可能存在的异常界面，提高预警准确性。
87.在一实施例中，所述步骤s34：基于所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警，具体包括以下步骤：
88.s341、判断所述主异常区域或所述次异常区域内的异常点数占异常点总数的占比；
89.s342、在所述占比超过设定比值时，则确定所述主异常区域或所述次异常区域为疑似异常区域，并将所述疑似异常区域的中心坐标作为当前监测范围内的异常位置；
90.s343、在所述占比未超过所述设定比值时，则舍弃所述主异常区域或所述次异常区域。
91.需要说明的是，本实施例针对集群得到的主异常区域和次异常区域，对单次随掘地震异常点集群效果进行评价，判断异常区域内异常点数占比是否超过总的异常点数的40％，若超过，则认为次异常区域为疑似异常区域，保留异常区域的中心坐标为此截割20m监测范围内疑似异常位置；若判断异常区域内异常点数占比不超过总点数40％，则认为是假异常区域，舍弃。
92.应当理解的是，本实施例中设定比值设为40％仅为举例说明，本领域技术人员可根据实际情况选取合适的比值，本实施例不作具体限定。
93.需要说明的是，观测系统每移动一次的行进里程ti即所观测范围为20m，本实施例在完成单次观测t1里程0～20m监测范围后，获取前方t2里程20～40m和t3里程40～60m异常点分布以及t3里程40～60m异常区域圈定，随掘地震监测系统进行搬站，进行下一监测范围t2里程20～40m随掘监测，获取前方t3里程40～60m和t4里程60～80m异常点分布，通过再次t3里程40～60m的异常分布进行的预警判断，依次循环直至巷道掘进作业完成。
94.如图6所示，本发明第二实施例提出了一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，在上述第一实施例公开的内容的基础上，所述方法包括以下步骤：
95.s10、对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程ti，获取该行进里程ti每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；
96.s20、对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；
97.s30、对ti里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定疑似异常区域；
98.s40、移动所述观测系统，并重复执行步骤s10～步骤s20，得到下一行进里程对应的所有异常点；
99.s50、根据下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点，在确定所述疑似异常区域内的异常点数持续增加时，确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置并预警。
100.应当理解的是，若确定所述疑似异常区域内的异常点数未持续增加时，则确定所述疑似异常区域为假异常区域。
101.需要说明的是，本实施例中观测系统每移动一次的行进里程ti即所观测范围为20m，在完成单次观测20m监测范围后，随掘地震监测系统进行搬站，如图2中(b)所示，此时后方1-4号传感器向前移动，布置于16号传感器的前方，道间距保持5m，首个传感器(此时是原来的4号传感器)据迎头的位置仍保持5m；完成随掘地震监测系统搬站后，基于新获取的异常界面中的异常点对上述确定的异常区域及异常位置进行加强判断，以保障隧道掘进安全距内高效生产。
102.具体地，本实施例在上一20m监测范围确定的所有疑似异常位置及疑似异常区域之后，进行下一监测范围，此时每米形成3个异常提取界面，加强判断过程为针对疑似异常区域，若每1m截割后的随掘地震偏移结果异常界面提取点在图4中的疑似异常区域内仍保持连续不断增加则确定疑似异常区域异常并进行预警。
103.本实施例通过首次观测范围积累的异常区域位置及前进移动观测系统后提取的下一里程的异常点，判断异常区域内的异常点数是否增加来确定异常情况，对掘进迎头前
方监测范围内的异常进行实时预警，保障隧道掘进安全距内高效生产，保证掘进条件可视、可预和可控，在隧道掘进的过程中保持安全距离内的实时监测预警，为矿井地质条件透明化提供重要支持，也为智慧矿山建设及煤炭安全智能精准开采提供强有力支撑。
104.在一实施例中，在步骤s50：根据下一行进里程对应的所有异常点，在确定所述疑似异常区域内的异常点数持续增加时，确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置并预警之后，所述方法还包括：
105.判断巷道掘进作业是否完成；
106.若是，则结束巷道掘进作业；
107.若否，则继续移动所述观测系统，得到下一行进里程t
i+2
对应的所有异常点，结合行进里程t
i+1
对应的所有异常点和行进里程t
i+2
对应的所有异常点，确定行进里程t
i+2
的异常区域
108.本实施例基于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程对应的异常点来确定疑似异常区域，然后通过移动观测系统并获取下一行进里程对应的异常点，根据下一行进里程对应的异常点判断疑似异常区域的点数是否增加来确定是否预警。其中下一行进里程对应的异常点除了作预警判断，同时还作为下一次的异常区域确定的依据，依次下去，以两次移动观测系统作为一个循环，直至完成整个巷道掘进作业。
109.此外，如图7所示，本发明第三实施例提出了一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统，所述系统包括：
110.异常界面确定模块10，用于对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程ti，获取该行进里程ti每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；
111.异常点提取模块20，用于对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；
112.异常区域分析模块30，用于对ti里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。
113.本实施例根据随掘地震信号获取每设定间隔距离位置时该掘进机所对应前方位置的异常界面，并对异常界面中的异常点进行提取并集群分析得到异常区域，从而根据异常区域来确定异常位置并对前方异常实时预警，可实现掘进巷道前方动态实时预警，掘进机无停留安全掘进。
114.在一实施例中，所述异常点提取模块20，用于提取各所述异常界面所在切线线段的中点位置坐标以及切线线段的角度，并将中点位置坐标作为异常点的位置坐标、将切线线段的角度作为异常点的角度信息，所述异常点的二维平面表达形式为(x，y，α)，其中x表示异常界面所在切线线段的中点横坐标，y表示异常界面所在切线线段的中点纵坐标，α表示切线线段的角度。
115.在一实施例中，所述异常区域分析模块30，包括：
116.集群分析单元，用于基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；
117.距离计算单元，用于基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；
118.扫描单元，用于将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域；
119.异常区域确定单元，用于基于ti里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。
120.在一实施例中，所述异常区域确定单元，用于：
121.判断所述主异常区域或所述次异常区域内的异常点数占异常点总数的占比；
122.在所述占比超过设定比值时，则确定所述主异常区域或所述次异常区域为疑似异常区域，并将所述疑似异常区域的中心坐标作为当前监测范围内的异常位置；
123.在所述占比未超过所述设定比值时，则舍弃所述主异常区域或所述次异常区域。
124.在一实施例中，所述系统还包括加强模块，用于：
125.将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并得到下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点；
126.根据下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的中心点作为异常位置并预警。
127.在一实施例中，所述系统还包括：
128.判断模块，用于判断巷道掘进作业是否完成；
129.执行模块，用于在所述判断模块输出结果为是时，结束巷道掘进作业；
130.执行模块，用于在所述判断模块输出结果为否时，继续移动所述观测系统，得到下一行进里程t
i+2
对应的所有异常点，结合行进里程t
i+1
对应的所有异常点和行进里程t
i+2
对应的所有异常点，确定行进里程t
i+2
的异常区域。
131.需要说明的是，本发明所述基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统的其他实施例或具有实现方法可参照上述各方法实施例，此处不再赘余。
132.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
133.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
134.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述方法包括：s10、对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程t
i
，获取该行进里程t
i
每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；s20、对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；s30、对t
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里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。2.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，在所述对t
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里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域之后，包括：将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并重复执行所述步骤s10～步骤s20，得到下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点；根据下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的异常点数是否持续增加；若是，则确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置并预警；若否，则确定所述疑似异常区域为假异常区域。3.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述获取该行进里程每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，包括：将随掘地震监测系统与所述掘进机的控制系统连接，基于掘进机技术协议，获取截割技术参数，所述截割技术参数包括掘进机位置、掘进机截割岩体的工作时间、掘进机的掘进头所在里程位置及截割电流；基于所述截割技术参数获取所述掘进机截割时有效的随掘地震信号。4.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点，包括：提取各所述异常界面所在切线线段的中点位置坐标以及切线线段的角度，并将中点位置坐标作为异常点的位置坐标、将切线线段的角度作为异常点的角度信息，所述异常点的二维平面表达形式为(x，y，α)，其中x表示异常界面所在切线线段的中点横坐标，y表示异常界面所在切线线段的中点纵坐标，α表示切线线段的角度。5.如权利要求1所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述对t
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里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警，包括：基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结合集群半径进
行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域；基于t
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里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。6.如权利要求5所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，所述基于t
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里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警，包括：判断所述主异常区域或所述次异常区域内的异常点数占异常点总数的占比；在所述占比超过设定比值时，则确定所述主异常区域或所述次异常区域为疑似异常区域，并将所述疑似异常区域的中心坐标作为当前监测范围内的异常位置；在所述占比未超过所述设定比值时，则舍弃所述主异常区域或所述次异常区域。7.如权利要求2所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法，其特征在于，在确定所述疑似异常区域的中心点作为异常位置或确定所述疑似异常区域为假异常区域之后，所述方法还包括：判断巷道掘进作业是否完成；若是，则结束巷道掘进作业；若否，则继续移动所述观测系统，得到下一行进里程t
i+2
对应的所有异常点，结合行进里程t
i+1
对应的所有异常点和行进里程t
i+2
对应的所有异常点，确定行进里程t
i+2
的异常区域。8.一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统，其特征在于，所述系统包括：异常界面确定模块，用于对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程t
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，获取该行进里程t
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每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；异常点提取模块，用于对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；异常区域分析模块，用于对t
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里程范围内所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，并根据异常点数在汇集区域的占比确定异常区域并预警。9.如权利要求8所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统，其特征在于，所述系统还包括加强模块，用于：将所述异常区域作为疑似异常区域，移动所述观测系统，并得到下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点；根据下一行进里程t
i+1
对应的所有异常点，确定所述疑似异常区域内的中心点作为异常位置并预警。10.如权利要求8所述的基于随掘地震偏移结果的前方异常预警系统，其特征在于，所述异常区域分析模块，包括：集群分析单元，用于基于集群半径和所有所述异常点的位置坐标，对所有所述异常点进行集群分析，得到包含最多异常点的区域作为主异常区域；距离计算单元，用于基于所述主异常区域的中心坐标，计算各所述异常点与该中心坐标的距离，得到一组距离值；扫描单元，用于将该组距离值中的距离从大到小进行排序，并按照排序结果选取前n个距离值，将n个距离值所对应的异常点的位置坐标分别作为n个次异常区域的中心坐标，结
合集群半径进行除所述主异常区域以外的异常点数扫描，确定n个次异常区域；异常区域确定单元，用于基于t
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里程范围内所述主异常区域和所述次异常区域，确定异常区域并预警。

技术总结
本发明公开一种基于随掘地震偏移结果的前方异常预警方法及系统，方法包括对于观测系统当前所监测的掘进迎头前方行进里程，获取该行进里程每设定间隔距离截割时对应的随掘地震信号，并对所述随掘地震信号进行处理，得到掘进机每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面；对每设定间隔距离所对应前方位置的异常界面所在切线线段的中点进行提取，作为所述异常界面中的异常点，以得到多次设定间隔距离后提取的所有异常点；对所有所述异常点进行集群分析，将设定范围内的所述异常点按集群半径汇集，确定异常区域并预警；本发明可实现掘进巷道前方动态实时预警，指导矿方安全高效掘进。指导矿方安全高效掘进。指导矿方安全高效掘进。


技术研发人员：刘金锁 吴记军 任川 胡斌 李纯阳 王宗涛 董亚 曹煜
受保护的技术使用者：安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/11