(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110962048.0 (22)申请日 2021.08.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113671568 A (43)申请公布日 2021.11.19 (73)专利权人 中国科学院武汉岩土力学研究所 地址 430071 湖北省武汉市洪山侧路中科 院 专利权人 招金矿业股份有限公司 (72)发明人 陈炳瑞　王庆　彭剑平　李邵军　 汪宗文　张博超　 (74)专利代理 机构 武汉宇晨专利事务所(普通 合伙) 42001 专利代理师 李鹏　王敏锋(51)Int.Cl. G01V 1/30(2006.01) G01V 1/22(2006.01) G06F 30/27(2020.01) 审查员 丁虎 (54)发明名称 一种扰动应力-微震同时空集 成传感系统及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种扰动应力 ‑微震同时空集 成传感系统， 包括输出装置、 集成传感装置和数 据处理装置， 集成传感装置获得微震数据和应力 数据并发送给数据处理装置。 数据处理装置， 用 于对微震数据和应力数据进行处理获得微震信 号数据和扰动应力数据， 还用于根据微震信号数 据通过扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型计算 获得计算扰动应力， 还用于将微震信号数据、 实 测扰动应力、 微震信号类型、 以及计算扰动应力 输送到外部输出装置。 本发明还公开了一种扰动 应力‑微震同时空集成传感方法。 本发明现场监 测的实测扰动应力与训练后的扰动应力 ‑微震同 时空集成传感模型计算得出的计算扰动应力相 结合， 为施工开挖与支护设计提供参 考依据。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 113671568 B 2022.07.15 CN 113671568 B 1.一种扰动 应力‑微震同时空集成传感系统， 包括输出装置(300)， 其特征在于， 还包括 集成传感装置(100)和数据处理装置(200)， 集成传感装置(100)， 用于获得微震数据和应力 数据， 并将微震数据和应力数据发送给 数据处理装置(20 0)， 数据处理装置(200)， 用于对微震数据和应力数据进行处理获得微震信号数据和扰动 应力数据， 微震信号数据包括波形传播速度V、 最大振幅Amax、 主频F、 振动加速度a、 以及P ‑S 波到时差Td， 扰动应力数据包括实测扰动应力σi， 还用于根据微震信号数据通过扰动应力 ‑ 微震同时空集成传感模型计算获得计算扰动应力σ ′i， 还用于将微震信号数据、 实测扰动应 力σi、 微震信号类型、 以及计算扰动应力σ ′i输送至外部输出装置(3 00)， 扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型通过以下步骤训练： 步骤4.1、 选用BP神经网络作 为扰动应力‑微震同时空集成传感模型， 初始化扰动 应力‑ 微震同时空集成传感模型， 步骤4.2、 获取不同微震信号类型对应的微震信号数据和实测扰动应力σi， 微震信号数 据包括波形传播速度V、 最大振 幅Amax、 主频F、 振动加速度a、 以及P ‑S波到时差Td， 一组微震 信号数据和对应的实测扰动应力σi作为样本， 多个样本构成样本集， 将样本集分为训练集 和验证集， 步骤4.3、 扰动 应力‑微震同时空集成传感模型包含输入层、 隐含层与输出层， 输入节点 数初始为5， 输出节点数初始为1， 微震信号数据的波形传播速度V、 最大振幅Amax、 主频F、 振 动加速度a、 P ‑S波到时差Td作为输入层的输入， 微震信号数据对 应的实测扰动应力σi作为输 出层的输出， 步骤4.4、 训练之前对扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型的训练参数进行设置， 训练 参数包括最大学习次数、 训练结果的间隔步数、 允许时长、 学习率、 动量系数、 以及误差极 限， 步骤4.5、 训练参数设置完成后， 利用训练集对扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型进 行训练， 经过多次迭代训练， 扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型输出的计算扰动应力σ ′i 的总误差小于预 先设置的第一 误差指标值， 进入步骤4.6， 步骤4.6、 选择验证集对训练好的扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型进行验证， 如果 根据验证集的微震信号数据获得的计算扰动应力σ ′i与验证集的微震信号数据对应的实测 扰动应力σi的总误差小于预先设置 的第二误差指标值， 则扰动应力 ‑微震同时空集成传感 模型训练完成； 否则， 增加样本集中的样本， 数据处理装置(200)对接收到的微震数据和应力数据进行 计算处理与信号识别， 获得微震信号数据、 扰动应力数据、 以及微震信号类型， 微震信号数 据包括波形传播速度V、 最大振 幅Amax、 主频F、 振动加速度a、 以及P ‑S波到时差Td； 扰动应力 数据包括实测扰动应力σi； 微震信号类型包括岩石破裂信号、 爆破信号、 以及钻机信号， 返 回步骤4.1。 2.一种扰动应力 ‑微震同时空集成传感方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 在巷道围岩内钻孔， 然后将集成传感装置(100)推送安装在钻孔测量点处， 集成 传感装置(100)通过数据线与钻孔外的数据处理装置(200)相连， 对钻孔进行注浆， 注浆完 成后进行钻孔封口， 步骤2、 集成传感装置(100)对微震数据和应力数据进行实时监测， 通过数据线将微震权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113671568 B 2数据和应力数据传输 至数据处 理装置(20 0)， 步骤3、 数据处理装置(200)对接收到的微震数据和应力数据进行计算处理与信号识 别， 获得微震信号数据、 扰动应力数据、 以及微震信号类型， 微震信号数据包括波形传播速 度V、 最大振 幅Amax、 主频F、 振动加速度a、 以及P ‑S波到时差Td； 扰动应力数据包括实测扰动 应力σi； 微震信号类型包括岩石破裂信号、 爆破信号、 以及钻机信号， 步骤4、 对扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型进行训练， 将微震信号数据输入到训练 完成的扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型， 步骤5、 经 过扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型计算输出计算扰动应力σ ′i， 步骤6、 数据处理装置(200)传输微震信号数据、 实测扰动应力σi、 微震信号类 型、 以及计 算扰动应力σ ′i至外部输出装置(300)， 若实测扰动应力σi与计算扰动应力σ ′i的差值超 过设 定阈值时， 则进行报警， 所述的步骤4包括以下步骤： 步骤4.1、 选用BP神经网络作 为扰动应力‑微震同时空集成传感模型， 初始化扰动 应力‑ 微震同时空集成传感模型， 步骤4.2、 获取不同微震信号类型对应的微震信号数据和实测扰动应力σi， 微震信号数 据包括波形传播速度V、 最大振 幅Amax、 主频F、 振动加速度a、 以及P ‑S波到时差Td， 一组微震 信号数据和对应的实测扰动应力σi作为样本， 多个样本构成样本集， 将样本集分为训练集 和验证集， 步骤4.3、 扰动 应力‑微震同时空集成传感模型包含输入层、 隐含层与输出层， 输入节点 数初始为5， 输出节点数初始为1， 微震信号数据的波形传播速度V、 最大振幅Amax、 主频F、 振 动加速度a、 P ‑S波到时差Td作为输入层的输入， 微震信号数据对 应的实测扰动应力σi作为输 出层的输出， 步骤4.4、 训练之前对扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型的训练参数进行设置， 训练 参数包括最大学习次数、 训练结果的间隔步数、 允许时长、 学习率、 动量系数、 以及误差极 限， 步骤4.5、 训练参数设置完成后， 利用训练集对扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型进 行训练， 经过多次迭代训练， 扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型输出的计算扰动应力σ ′i 的总误差小于预 先设置的第一 误差指标值， 进入步骤4.6， 步骤4.6、 选择验证集对训练好的扰动应力 ‑微震同时空集成传感模型进行验证， 如果 根据验证集的微震信号数据获得的计算扰动应力σ ′i与验证集的微震信号数据对应的实测 扰动应力σi的总误差小于预先设置 的第二误差指标值， 则扰动应力 ‑微震同时空集成传感 模型训练完成； 否则， 增 加样本集中的样本， 返回步骤3 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113671568 B 3