中國科學院武漢巖土力學研究所李曉鋒獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉中國科學院武漢巖土力學研究所申請的專利基于DAS及爆破主動源信號的隧道微震增強定位方法及系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120405755B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-05發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510912850.7,技術領域涉及:G01V1/28;該發明授權基于DAS及爆破主動源信號的隧道微震增強定位方法及系統是由李曉鋒;李海波;蔣鐘崴;何天佑;何立恒;李潛;夏祥;劉博設計研發完成,并于2025-07-03向國家知識產權局提交的專利申請。
本基于DAS及爆破主動源信號的隧道微震增強定位方法及系統在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于DAS及爆破主動源信號的隧道微震增強定位方法及系統,所述方法為:先在隧道壁表面及鉆孔內布設光纖;后進行掌子面爆破產生已知時空的爆破主動源信號;接著通過DAS系統采集爆破主動源信號,記錄光纖上各監測點P波到時;隨后根據爆破主動源信號的時空信息及光纖上各監測點P波到時,建立并優化波速場分區模型;當圍巖發生微震事件時,利用優化后的波速場分區模型及光纖上各監測點處測得的P波到時,結合幾何算法反演定位微震事件并輸出定位結果。所述系統包含信號采集系統、光纖網路及DAS系統。本發明優點有:利用掌子面爆破信號優化并動態更新波速場模型,利用DAS系統進行分布式感測,顯著增強了對隧道微震事件的監測和評估能力。
本發明授權基于DAS及爆破主動源信號的隧道微震增強定位方法及系統在權利要求書中公布了:1.一種基于DAS及爆破主動源信號的隧道微震增強定位方法,其特征在于,包含如下步驟: S1、在隧道壁表面布設縱向光纖(100)和橫向光纖(200),在隧道鉆孔內布設螺旋纏繞光纖(300),并將所述縱向光纖(100)、橫向光纖(200)及螺旋纏繞光纖(300)與DAS系統(400)連接在一起; S2、掌子面爆破,產生已知時空的爆破主動源信號,并記錄下掌子面爆破時間點以及炮孔坐標位置; S3、通過DAS系統(400)采集所述爆破主動源信號,并記錄所述縱向光纖(100)、橫向光纖(200)及螺旋纏繞光纖(300)上各監測點P波到時; S4、根據爆破主動源信號的時空信息以及所述縱向光纖(100)、橫向光纖(200)及螺旋纏繞光纖(300)上各監測點P波到時,建立并優化波速場分區模型; S5、當隧道附近圍巖發生微震事件時,通過DAS系統(400)采集微震事件P波信號,并記錄隧道不同位置處的縱向光纖(100)、橫向光纖(200)及螺旋纏繞光纖(300)上各監測點P波到時; S6、利用優化后的波速場分區模型以及步驟S5中隧道不同位置處的縱向光纖(100)、橫向光纖(200)及螺旋纏繞光纖(300)上各監測點處測得的P波到時,結合幾何算法反演定位微震事件,并輸出定位結果; 其中,步驟S4,具體步驟如下: S401、建立初始波速場分區模型,且建立的初始波速場分區模型具體如下: (1) 其中,為初始波速場;為第個波速分區的初始波速值,單位ms;為第個波速分區的指示函數;N為波速分區總數; S402、建立波速-走時殘差目標函數,且建立的波速-走時殘差目標函數具體如下: (2) 其中,為第個DAS光纖通道的權重因子,,為信號信噪比;為第個DAS光纖通道的理論走時,取值隨變化而變化,,為從爆破主動源到第個DAS光纖通道的射線路徑,為第個波速分區的指示函數;為第個DAS光纖通道的初至波到達時間,i=1,2,…,M,M為DAS光纖通道數;為正則化系數,取值為0.1~1.0;為第個波速分區的波速值;為上一次迭代的第個波速分區的波速值;N為波速分區總數; S403、根據費馬原理,通過下式(3)進行射線路徑修正; (3) 其中,為走時梯度,表征波陣面傳播方向;為從爆破主動源到第個DAS光纖通道的射線路徑空間變化率;為待測巖體內某點的波速; S404、基于共軛梯度法求解目標函數,更新分區波速,且更新后的波速具體通過下式(4)計算得到: (4) 其中,為更新后的第個波速分區的波速;為更新前的第個波速分區的波速;為步長因子;為目標函數對波速的偏導,為雅可比矩陣,為第個波速分區的波速值; 其中,步驟S6,具體步驟如下: S601、建立定位目標函數,且建立的定位目標函數具體如下: (5) 其中,為第個DAS光纖通道的權重因子,,為信號信噪比;為第個DAS光纖通道的初至波到達時間,i=1,2,…,M,M為DAS光纖通道數;為微震事件發生時間;為從微震事件震源到第個DAS光纖通道的射線路徑;為待測巖體內某點的波速; S602、采用迭代最小二乘法求解微震事件震源位置和微震事件發生時間,所述微震事件震源位置求解公式具體如下: (6) 其中,為第次迭代的微震事件震源參數向量;為第次迭代的微震事件震源參數向量,,為第次迭代的微震事件震源空間坐標,為微震事件發生時間;為矩陣轉置符號;為雅可比矩陣,,,,;為權重對角矩陣,組成元素為;為阻尼因子,取值為0.01~0.1;為單位矩陣;為殘差向量,組成元素為,為第個DAS光纖通道的初至波到達時間,i=1,2,…,M,M為DAS光纖通道數;為第個DAS光纖通道的初至波旅行時間,;為從微震事件震源到第個DAS光纖通道的射線路徑;為待測巖體內某點的波速; S603、輸出微震事件震源定位結果,得到微震事件發生位置。
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