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中国科学院武汉岩土力学研究所李晓锋获国家专利权

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龙图腾网获悉中国科学院武汉岩土力学研究所申请的专利基于DAS及爆破主动源信号的隧道微震增强定位方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120405755B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510912850.7,技术领域涉及:G01V1/28;该发明授权基于DAS及爆破主动源信号的隧道微震增强定位方法及系统是由李晓锋;李海波;蒋钟崴;何天佑;何立恒;李潜;夏祥;刘博设计研发完成,并于2025-07-03向国家知识产权局提交的专利申请。

基于DAS及爆破主动源信号的隧道微震增强定位方法及系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于DAS及爆破主动源信号的隧道微震增强定位方法及系统,所述方法为:先在隧道壁表面及钻孔内布设光纤;后进行掌子面爆破产生已知时空的爆破主动源信号;接着通过DAS系统采集爆破主动源信号,记录光纤上各监测点P波到时;随后根据爆破主动源信号的时空信息及光纤上各监测点P波到时,建立并优化波速场分区模型;当围岩发生微震事件时,利用优化后的波速场分区模型及光纤上各监测点处测得的P波到时,结合几何算法反演定位微震事件并输出定位结果。所述系统包含信号采集系统、光纤网路及DAS系统。本发明优点有:利用掌子面爆破信号优化并动态更新波速场模型,利用DAS系统进行分布式感测,显著增强了对隧道微震事件的监测和评估能力。

本发明授权基于DAS及爆破主动源信号的隧道微震增强定位方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种基于DAS及爆破主动源信号的隧道微震增强定位方法,其特征在于,包含如下步骤: S1、在隧道壁表面布设纵向光纤(100)和横向光纤(200),在隧道钻孔内布设螺旋缠绕光纤(300),并将所述纵向光纤(100)、横向光纤(200)及螺旋缠绕光纤(300)与DAS系统(400)连接在一起; S2、掌子面爆破,产生已知时空的爆破主动源信号,并记录下掌子面爆破时间点以及炮孔坐标位置; S3、通过DAS系统(400)采集所述爆破主动源信号,并记录所述纵向光纤(100)、横向光纤(200)及螺旋缠绕光纤(300)上各监测点P波到时; S4、根据爆破主动源信号的时空信息以及所述纵向光纤(100)、横向光纤(200)及螺旋缠绕光纤(300)上各监测点P波到时,建立并优化波速场分区模型; S5、当隧道附近围岩发生微震事件时,通过DAS系统(400)采集微震事件P波信号,并记录隧道不同位置处的纵向光纤(100)、横向光纤(200)及螺旋缠绕光纤(300)上各监测点P波到时; S6、利用优化后的波速场分区模型以及步骤S5中隧道不同位置处的纵向光纤(100)、横向光纤(200)及螺旋缠绕光纤(300)上各监测点处测得的P波到时,结合几何算法反演定位微震事件,并输出定位结果; 其中,步骤S4,具体步骤如下: S401、建立初始波速场分区模型,且建立的初始波速场分区模型具体如下: (1) 其中,为初始波速场;为第个波速分区的初始波速值,单位ms;为第个波速分区的指示函数;N为波速分区总数; S402、建立波速-走时残差目标函数,且建立的波速-走时残差目标函数具体如下: (2) 其中,为第个DAS光纤通道的权重因子,,为信号信噪比;为第个DAS光纤通道的理论走时,取值随变化而变化,,为从爆破主动源到第个DAS光纤通道的射线路径,为第个波速分区的指示函数;为第个DAS光纤通道的初至波到达时间,i=1,2,…,M,M为DAS光纤通道数;为正则化系数,取值为0.1~1.0;为第个波速分区的波速值;为上一次迭代的第个波速分区的波速值;N为波速分区总数; S403、根据费马原理,通过下式(3)进行射线路径修正; (3) 其中,为走时梯度,表征波阵面传播方向;为从爆破主动源到第个DAS光纤通道的射线路径空间变化率;为待测岩体内某点的波速; S404、基于共轭梯度法求解目标函数,更新分区波速,且更新后的波速具体通过下式(4)计算得到: (4) 其中,为更新后的第个波速分区的波速;为更新前的第个波速分区的波速;为步长因子;为目标函数对波速的偏导,为雅可比矩阵,为第个波速分区的波速值; 其中,步骤S6,具体步骤如下: S601、建立定位目标函数,且建立的定位目标函数具体如下: (5) 其中,为第个DAS光纤通道的权重因子,,为信号信噪比;为第个DAS光纤通道的初至波到达时间,i=1,2,…,M,M为DAS光纤通道数;为微震事件发生时间;为从微震事件震源到第个DAS光纤通道的射线路径;为待测岩体内某点的波速; 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发生时间,所述微震事件震源位置求解公式具体如下: (6) 其中,为第次迭代的微震事件震源参数向量;为第次迭代的微震事件震源参数向量,,为第次迭代的微震事件震源空间坐标,为微震事件发生时间;为矩阵转置符号;为雅可比矩阵,,,,;为权重对角矩阵,组成元素为;为阻尼因子,取值为0.01~0.1;为单位矩阵;为残差向量,组成元素为,为第个DAS光纤通道的初至波到达时间,i=1,2,…,M,M为DAS光纤通道数;为第个DAS光纤通道的初至波旅行时间,;为从微震事件震源到第个DAS光纤通道的射线路径;为待测岩体内某点的波速; S603、输出微震事件震源定位结果,得到微震事件发生位置。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人中国科学院武汉岩土力学研究所,其通讯地址为:430064 湖北省武汉市武昌区水果湖街小洪山2号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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