[发明专利]地下工程施工期突水地质灾害电阻率实时成像监测方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下工程施工期突水地质灾害电阻率实时成像监测方法与系统。

背景技术

近年来，随着我国基础设施建设进程的加快和能源战略的实施，西部大开发进程的迅速发展，我国修建了一大批铁路、公路、水电及跨流域调水等工程，在这些领域会遇到相当多的长大隧道、隧洞等地下工程。

这些地下工程普遍具有埋深大、洞线长、地质条件复杂、含水构造发育等特点。由于前期的勘查工作难以全部查清水文地质条件，导致掘进中遭遇突(涌)水灾害的机率大大增加。在这些地下工程开挖和矿床采掘过程中，大量水流突然涌入地下洞室和矿山井巷，不仅淹没隧道和井巷，还极易导致塌方和围岩失稳，甚至造成人身伤亡、工程报废的灾难性结果。在如此严峻的形势下，开展地质灾害实时监测工作迫在眉睫，以便施工技术人员制定出相应的施工方案和治理措施，避免或减少突发性的地质灾害造成的人员伤亡和工程损失。

目前，地下工程中的突涌水灾害的监测主要是通过应力传感器、应变传感器、温度传感器等对应力、应变、位移、温度、水压等表象参数的监测与分析来捕捉灾害前兆信息，无法获得关于突水灾变过程中裂隙扩展、岩层破断等本质信息，这类方法需要埋设大量的传感器，操作复杂，而且只是得到埋设元件附近局部的数据信息。而且上述监测方法仪器采集的数据需要进行后处理才能推断出突水灾害演化状态，滞后性强，易错过及时应对灾害的最佳时机。

直流电阻率监测方法以其对水体响应敏感的特点在突水等地质灾害监测中具有明显优势。但是目前研究工作中均采用了单一极距的对称四极装置形式，从视电阻率时程曲线中直观的获得信息，该方法主要有以下缺点：①受电极距测深的影响，对深部岩体电性变化响应不敏感，无法获得岩体破坏初期的信息，导致预警发布的延迟；②仅是对局部某几个点的导电性变化的监测，无法获得较大范围内岩体导电性变化的详细信息，无法对岩体破坏等过程进行实时成像监测，可能会导致重要前兆信息的遗漏；③现有的直流电阻率监测方法未实现数据的实时反演，滞后性强，无法得到灾害形成的实时动态图像。

综上所述，现有的地下工程施工期突水灾害监测存在以下问题：

(1)目前已有的应力、位移、温度、水压等监测方法只能获得埋设元件点附近的局部相关信息，无法全面监测大范围特别是深部的突水信息，无法获得裂隙扩展、突水通道孕育发展、岩层破裂等突水灾害演化的本质信息，其直观性差、时效性差，极易造成重要信息的遗漏，造成误判、错判。

(2)已有的直流电阻率监测方法仅依靠视电阻率图像进行监测和判断，未突破实时反演方法，无法真实的呈现突水灾变过程中裂隙扩展、岩层破断、突水通道形成等重要过程，监测效果往往能够不理想。

因此，解决实时反演成像难题，研发电阻率实时反演成像监测方法与系统对于实现地下工程施工期突水灾害的实时监测与及时准确预警具有重要意义和价值。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种地下工程施工期突水地质灾害电阻率实时反演成像监测方法与系统。本发明实现了数据实时采集与传输，实时反演，实时成像以及实时捕捉突水灾变前兆信息，可以有效地得到裂隙产生、扩展直至贯通的实时动态图像，得到主要裂隙和突涌水渗流通道的产生位置、形成过程等信息，成功地捕捉到一系列前兆信息，为地质灾害的预报提供及时预警。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种地下工程施工期突水地质灾害电阻率实时成像监测方法，包括如下步骤：

(1)数据采集：实时采集视电阻率数据；

(2)数据传输：将实时采集到的数据实时传输给后台处理；

(3)数据实时反演与成像：采用基于光滑约束的最小二乘线性反演方法作为电阻率层析成像实时监测中的快速反演方法，实现对采集的数据进行实时反演，得到实施反演图像；

(4)灾变前兆识别与预警：基于实时反演的动态图像熵值，当实时反演的动态图像熵值发生突变时，发出警报。

在实时反演的同时，还通过原始视电阻率监测对比不同时刻的原始视电阻率数据，定性的分析监测层的电阻率变化情况并推断渗流发展情况与涌水情况。

还通过关键点电阻率数据监测来实现观察关键点数据随时间的变化情况，以直观的判断与分析涌水灾害发生过程的相关信息。

所述数据采集方法用于采集视电阻率。本方法为实现数据的实时采集，该数据采集软件可实现数据的自动采集和存储，扫描完一组数据之后无须人工干预自动进行下一组数据的测量，可按照设定的时长与模式实现数据的自动化采集。