[发明专利]一种灌浆期间地层抬动的风险控制方法

权利要求书

1.一种灌浆期间地层抬动的风险控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)基于支持向量机方法预测Δt时间后的地层抬动位移；通过位移传感器实时检测灌浆过程中地层的抬动位移，作为检测位移，以抬动位移上限值作为目标位移，采用支持向量机方法预测Δt时间后的地层抬动预测位移；

2)建立以预测位移为输入、灌浆压力为输出的地层抬动响应数学模型；将预测位移作为输入，通过地层抬动动态响应数学模型计算预测位移对应的理论灌浆压力；

3)将灌浆压力初始设定值与数学模型计算的Δt时间后抬动预测位移对应的灌浆压力值进行对比，得到偏差e，偏差e在预设值范围内时，不需要调节灌浆压力；当偏差e不在预设值范围，进行步骤4)；

4)通过模糊控制器的模糊控制算法对偏差和偏差变化率进行处理，获得模糊控制器控制量u，灌浆压力通过压力调节阀调节，压力调节阀开度值与控制量u成正比，通过压力调节阀提前Δt时间调节灌浆压力。

2.根据权利要求1所述的灌浆期间地层抬动的风险控制方法，其特征在于，所述步骤1)中将检测位移x＝{x₁,…,x_n}做为输入数据和抬动位移上限值y＝{y₁,…,y_n}作为支持向量机位移学习目标，构建支持向量机预测函数；

其中，x_i是n个样本中第i个样本；K(x_i·x)是核函数；α_i为所对应的x_i的支持向量；b为阈值，σ为核函数宽度参数。

3.根据权利要求2所述的灌浆期间地层抬动的风险控制方法，其特征在于，通过多个所述检测位移构建样本库，根据样本库构建支持向量机预测模型。

4.根据权利要求2所述的灌浆期间地层抬动的风险控制方法，其特征在于，所述地层抬动动态响应数学模型为：

其中，h为灌浆深度，K为岩层渗透系数，μ为浆液粘度，β为浆液损失度，w为抬动位移，r为浆液扩散半径，r₀为灌浆孔半径，t为灌浆时间，V_裂隙为灌浆区域地层裂隙体积，ΔP＝P_r-P₀，为半径r与r₀之间的灌浆压力差值。

5.根据权利要求4所述的灌浆期间地层抬动的风险控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，地层抬动动态响应数学模型的建立步骤为：

2-1)根据体积守恒原理，注入浆液总体积与被注浆岩层的裂隙体积和抬动体积的关系为；

(1-β)×V_总＝V_抬动+V_裂隙

式中，β为浆液损耗率，V_总注入浆液总体积，V_抬动为灌浆抬动区域抬动体积，V_裂隙为灌浆区域地层裂隙体积；

2-2)抬动体积与抬动位移的关系为：

V_抬动＝πr²w

其中，w为抬动位移，r为浆液扩散半径；

2-3)根据V_总＝Qt，得到注浆量与抬动位移的关系为：

其中，β为浆液损失度，t为灌浆时间，Q为注浆量；

2-4)通过注浆量与灌浆压力和扩散半径关系式：

得到所述地层抬动动态响应数学模型为：

其中，h为灌浆深度，K为岩层渗透系数，μ为浆液粘度，β为浆液损失度，w为抬动位移，r为浆液扩散半径，r₀为灌浆孔半径，t为灌浆时间，Q为注浆量，V_裂隙为灌浆区域地层裂隙体积，ΔP＝P_r-P₀，为半径r与r₀之间的灌浆压力差值。

6.根据权利要求4所述的灌浆期间地层抬动的风险控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，将灌浆压力初始设定值和数学模型计算灌浆压力值作为控制器的输入，比较两者偏差，并由该偏差e得到偏差变化率e_c，即：将该偏差e、偏差变化率e_c经模糊控制算法进行处理，得到误差变量的基本论域[-e+e]、[-u+u]的量化等级n，偏差量化因子和偏差变化率量化因子经过论域转换后输入模糊控制器进行处理得到调节阀的控制量u，即压力调节阀的开度。