基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法
阅读：1016发布：2021-03-19
专利汇可以提供基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，包括以下步骤：a、钻孔设计；b、钻机安装在设计 位置 ，测量钻机的支机点坐标，钻机的支机点作为岩性突变界点坐标计算的 坐标系 原点；c、按照钻孔设计的方位 角 和倾角依次进行凿岩，在凿岩过程中同步采集 钻杆 从支机点到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声，进行凿岩冲击声处理并确定岩性突变界点；d、解算岩性突变界点坐标；e、重复步骤b、步骤c和步骤d，完成全部钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点 云 ；f、利用岩性突变界点坐标点云建立岩层分界面。实时智能圈定岩层分界面，有利于矿产资源开发利用的管控和低贫损开采。，下面是基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法专利的具体信息内容。
1.一种基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，
包括以下步骤：
a、钻孔设计，确定钻孔的支机点、方位角和倾角；
b、按照钻孔设计安装钻机，并测量钻机的支机点坐标，以钻机的支机点作为岩性突变界点坐标计算的坐标系原点；
c、按照钻孔设计的方位角和倾角依次进行凿岩，在凿岩过程中，同步采集钻杆从支机点到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声，进行凿岩冲击声处理并确定岩性突变界点；
d、解算岩性突变界点坐标；
e、重复步骤b、步骤c和步骤d，完成全部钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云；
f、利用岩性突变界点坐标点云建立岩层分界面。
2.根据权利要求1所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，所述步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：
预先制作冲击声标准数据库；
将连续采集的凿岩冲击声划分为冲击声段，提取采集的凿岩冲击声段特征参数，并与冲击声标准数据库进行比对，确定岩性种类，根据比对结果判别岩性突变时刻。
3.根据权利要求2所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，冲击声标准数据库制作，具体为：
根据矿体赋存条件，确定矿体、矿体围岩以及矿体所含夹石的岩性，并按岩性进行分类；
在已知的岩性区域内进行凿岩，获得连续的冲击声原始数据，将连续的冲击声原始数据分隔为冲击声段；
从冲击声段提取岩性的冲击声特征参数，从而构建该岩性的冲击声判断使用的标准数据集合；
考虑到岩性具有离散性，在矿区内选择相同岩性在不同位置采集的标准数据集合作为比对基准。
4.根据权利要求1所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，所述步骤c的凿岩冲击声处理，具体为：
连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声数据分割为冲击声段，提取与冲击声标准数据库中的标准数据相同的实测凿岩冲击声特征数据；
然后逐个获取实测凿岩冲击声特征数据与每种岩性内包含的标准数据的贴近度，取实测凿岩冲击声特征数据与每种岩性中的各组标准数据贴近度的最大值，对应贴近度最大的岩性，识别为正在钻进的岩性；或者
当识别的岩性与上一次或一段不同时，判定该点为岩性突变界点。
5.根据权利要求1所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，所述步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：
连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声数据分割为冲击声段；
提取冲击声段特征参数集，由于岩层具有一定的厚度，当在同一种岩性的岩层中钻进时，冲击声段的特征参数集贴近度变化幅度小；
当钻孔钻进穿过一种岩性进入另一种岩性的岩层时，冲击声的特征参数将发生突变，贴近度将突变；
根据凿岩现场获取的冲击声特征参数确定贴进度阈值，将贴近度与贴进度阈值比较，低于贴进度阈值则该时刻确定为岩性突变界点。
6.根据权利要求1所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，所述步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：
同步采集钻杆从支机点到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声；
将采集的凿岩冲击声分割为冲击声段，提取冲击声段的特征参数集；
采用聚类分析方法，根据冲击声特征参数集，在时程上将冲击声划分为至少一段，每段对应一种岩性，相邻两段岩性之间的界点为岩性突变界点的时程界点；
根据时程界点确定其钻孔迹线长度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，
所述步骤d中，突变界点坐标解算方式为：
设支机点在矿区坐标系的点坐标为U(XU，YU，ZU)，以钻机的支机点作为岩性突变界点坐标计算的坐标系原点，建立球坐标子系统，已知钻孔倾角为θ，钻孔方位角为φ，支机点到岩性突变界点的钻孔迹线长度为r，则在球坐标子系统中突变界点的坐标为(r，θ，φ)，转换到矿区坐标系后，突变界点的坐标为T(XU+rsinθcosφ，YU+rsinθsinφ，ZU+rcosθ)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，
所述步骤b中加入步骤：
安装凿岩冲击声采集设备，以采集凿岩全程的冲击声。
9.根据权利要求8所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，凿岩冲击声采集设备包括用于采集冲击声实时数据信息的冲击声监测传感器、用于收集冲击声监测传感器传输的数据信息的采集模块、用于储存采集模块收集的数据信息的储存模块以及用于将储存模块储存的数据信息与冲击声标准数据库进行比对识别以判断正在凿岩的岩性的识别模块。
10.根据权利要求8所述的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，其特征在于，凿岩冲击声采集设备还包括用于将经过识别模块识别的数据经过调制放大处理并通过网络传输至上级基站的传输模块以及用于将识别到的岩性通过显示设备和声光信号提示凿岩现场以指示和/或控制凿岩设备进行后续操作的指示模块。
基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地质探矿技术领域，特别地，涉及一种基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法。
背景技术
[0002] 受地质构造作用的影响，矿体的规模、形态、产状均较复杂，前期探矿虽然满足了采准设计的需要，但是在回采阶段由于受探矿网度的限制，对矿体的上延、下垂、分枝、转折部位以及凿岩分段间的矿化连续程度、形态复杂程度、上下盘边界和夹石在凿岩分段间的变化均不能准确的控制。故在回采中，在一定范围内仍将造成矿石损失、岩石混入，造成矿石损失贫化，而矿体边界的盲目性是导致贫损指标超高的重要因素。因此，我们必须通过完善探矿工作，更好地掌握矿体的实际形态，才可以更好的解决这一问题。
[0003] 矿山生产探矿是在矿床经过详细勘探以后进行的，主要做法是布置专门的探矿工程，利用开拓、采准、切割各阶段布置的工程进行探矿，由于工程之间的间距较大，工程之间的矿体情况靠推断确定，如急倾斜中厚矿体，采用分段空场采矿法回采，分段高度一般为10～15m左右，分段凿岩巷道沿采场走向布置在脉内，为了探清矿体的厚度方向的矿体边界，一般在分段凿岩巷道侧掘进穿脉揭露矿体边界，其余位置根据穿脉揭露情况进行推断，显然其网度仍然较大，准确度仍不高。
[0004] 以采用中深孔或深孔凿岩的矿山为例，炮孔排距在1.5～4m，孔底距在1.5～4m，为了爆破后获得均匀的块度，要求炮孔在待采矿体内均匀分布最佳，因此能利用回采凿岩炮孔作为探矿手段，可以解决探矿网度低的问题。为此，大量矿山做了探索，研究了：
[0005] 1、取中深孔返渣岩粉化验的方法。由于从孔内返回浆液将带走部分精矿，因此品位误差较大；二是化验工作量大，及时性差，不能及时指导现场凿岩工作。
[0006] 2、中深孔磁探法。具有局限性，不适用于无磁性的矿体探矿。
[0007] 3、根据矿岩颜色不同，观察中深孔凿岩返浆颜色判断矿岩的边界。根据矿岩颜色的判断方法，一方面当矿岩颜色接近时，不能判断；另一方面由于炮孔有一定行程，凿岩返浆需要一定的时间，钻杆外壁与炮孔壁之间的空间狭小，炮孔钻进过程中岩渣有时不能马上排除，不同岩性返渣混合后颜色难以区分，井下作业可视性差等原因也使得边界难以判断。
[0008] 上述利用回采凿岩进行探矿的方法提高了矿体圈定的准确性，但是由其过程可知，均需要地质工程师全程进行跟班取样作业，劳动强度大，人工耗费大。
发明内容
[0009] 本发明提供了一种基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，以解决现有生产探矿技术及时性差，地质工程师劳动强度大；深孔探矿反复提钻或者取岩芯，探矿成本高，劳动强度大，工作效率低；软岩被水冲洗不能准确的判断岩性界面的技术问题。
[0010] 本发明提供一种基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，包括以下步骤：a、钻孔设计，确定钻孔的支机点、方位角和倾角；b、按照钻孔设计安装钻机，并测量钻机的支机点坐标，以钻机的支机点作为岩性突变界点坐标计算的坐标系原点；c、按照钻孔设计的方位角和倾角依次进行凿岩，在凿岩过程中，同步采集钻杆从支机点到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声，进行凿岩冲击声处理并确定岩性突变界点；d、解算岩性突变界点坐标；e、重复步骤b、步骤c和步骤d，完成全部钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云；f、利用岩性突变界点坐标点云建立岩层分界面。
[0011] 进一步地，步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：预先制作冲击声标准数据库；将连续采集的凿岩冲击声划分为冲击声段，提取采集的凿岩冲击声段特征参数，并与冲击声标准数据库进行比对，确定岩性种类，根据比对结果判别岩性突变时刻。
[0012] 进一步地，冲击声标准数据库制作，具体为：根据矿体赋存条件，确定矿体、矿体围岩以及矿体所含夹石的岩性，并按岩性进行分类；在已知的岩性区域内进行凿岩，获得连续的冲击声原始数据，将连续的冲击声原始数据分隔为冲击声段；从冲击声段提取岩性的冲击声特征参数，从而构建该岩性的冲击声判断使用的标准数据集合；考虑到岩性具有离散性，在矿区内选择相同岩性在不同位置采集的标准数据集合作为比对基准。
[0013] 进一步地，述步骤c的凿岩冲击声处理，具体为：连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声数据分割为冲击声段，提取与冲击声标准数据库中的标准数据相同的实测凿岩冲击声特征数据；然后逐个获取实测凿岩冲击声特征数据与每种岩性内包含的标准数据的贴近度，取实测凿岩冲击声特征数据与每种岩性中的各组标准数据贴近度的最大值，对应贴近度最大的岩性，识别为正在钻进的岩性；或者当识别的岩性与上一次或一段不同时，判定该点为岩性突变界点。
[0014] 进一步地，步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声数据分割为冲击声段；提取冲击声段特征参数集，由于岩层具有一定的厚度，当在同一种岩性的岩层中钻进时，冲击声段的特征参数集贴近度变化幅度小；当钻孔钻进穿过一种岩性进入另一种岩性的岩层时，冲击声的特征参数将发生突变，贴近度将突变；根据凿岩现场获取的冲击声特征参数确定贴进度阈值，将贴近度与贴进度阈值比较，低于贴进度阈值则该时刻确定为岩性突变界点。
[0015] 进一步地，步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：同步采集钻杆从支机点到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声；将采集的凿岩冲击声分割为冲击声段，提取冲击声段的特征参数集；采用聚类分析方法，根据冲击声特征参数集，在时程上将冲击声划分为至少一段，每段对应一种岩性，相邻两段岩性之间的界点为岩性突变界点的时程界点；根据时程界点确定其钻孔迹线长度。
[0016] 进一步地，步骤d中，突变界点坐标解算方式为：设支机点在矿区坐标系的点坐标为U(XU，YU，ZU)，以钻机的支机点作为岩性突变界点坐标计算的坐标系原点，建立球坐标子系统，已知钻孔倾角为θ，钻孔方位角为φ，支机点到岩性突变界点的钻孔迹线长度为r，则在球坐标子系统中突变界点的坐标为(r，θ，φ)，转换到矿区坐标系后，突变界点的坐标为T(XU+rsinθcosφ，YU+rsinθsinφ，ZU+rcosθ)。
[0017] 进一步地，步骤b中加入步骤：安装凿岩冲击声采集设备，以采集凿岩全程的冲击声。
[0018] 进一步地，凿岩冲击声采集设备包括用于采集冲击声实时数据信息的冲击声监测传感器、用于收集冲击声监测传感器传输的数据信息的采集模块、用于储存采集模块收集的数据信息的储存模块以及用于将储存模块储存的数据信息与冲击声标准数据库进行比对识别以判断正在凿岩的岩性的识别模块。
[0019] 进一步地，凿岩冲击声采集设备还包括用于将经过识别模块识别的数据经过调制放大处理并通过网络传输至上级基站的传输模块以及用于将识别到的岩性通过显示设备和声光信号提示凿岩现场以指示和/或控制凿岩设备进行后续操作的指示模块。
[0020] 进一步地，步骤a中的钻孔设计，具体为：根据矿体所在位置的地质资料，绘制完成采场采准工程设计，完成采准工程施工；根据采准工程揭露的矿体情况，绘制二次岩层分界面圈定图；根据二次岩层分界面圈定图，进行回采爆破设计并绘制炮孔排位图；根据炮孔排位布置，确定支机点作为钻机安装位置，同时也作为整个岩层分界面圈定的判断坐标系原点。
[0021] 进一步地，步骤c还包括：记录测量的支机点、炮孔的方位角和炮孔的倾角，在凿岩过程中记录钻杆从支机点到钻头最前端的推进长度。
[0023] 本发明具有以下有益效果：
[0024] 本发明基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，能够及时准确的判断岩层分界点，提高了矿体圈定的准确性和及时性，能够及时指导下一步的钻孔参数调整；利用采集的突变界点点坐标信息，可直接生成岩层分界面，能够实现凿岩钻孔控制区域的岩层分界面自动圈定；利用凿岩工程完成了探矿工作，一举多得，降低了探矿工程量和探矿成本；解决岩层软弱夹层地质钻孔取芯法，钻进水冲洗后岩芯不完整，岩芯采集率低，引起分界面圈定误差的问题，提高软弱夹层分界面的采集精度；大幅度的加密了探矿网度，提高了矿体圈定的准确性，为矿体回采范围的确定奠定了地质基础，有利于控制和降低矿体回采的贫化损失；通过建立岩性大数据库，利用凿岩冲击声识别技术，可实现不取芯岩层识别，能够大幅提高超深岩层分界面的圈定效率。
[0027] 图1是本发明优选实施例的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法的结构框图；
[0028] 图2是本发明优选实施例的矿体边界及炮孔排面设计示意图；
[0029] 图3是本发明优选实施例的实际矿体边界示意图；
[0031] 图例说明：
[0032] 1、支机点；2、冲击声识别主机；3、数据传输电缆；4、冲击声采集传感器钻孔；5、冲击声采集传感器；6、设计炮孔；7、推断的矿体边界线；8、实际矿体边界线；9、钻杆迹线。
具体实施方式
[0033] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0034] 图1是本发明优选实施例的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法的结构框图；图2是本发明优选实施例的矿体边界及炮孔排面设计示意图；图3是本发明优选实施例的实际矿体边界示意图；图4是本发明优选实施例的选定炮孔的坐标转换示意图。
[0035] 如图1所示，本实施例的基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，包括以下步骤：a、钻孔设计，确定钻孔的支机点1、方位角和倾角；b、按照钻孔设计安装钻机，并测量钻机的支机点1坐标，以钻机的支机点1作为岩性突变界点坐标计算的坐标系原点；c、按照钻孔设计的方位角和倾角依次进行凿岩，在凿岩过程中，同步采集钻杆从支机点1到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声，进行凿岩冲击声处理并确定岩性突变界点；d、解算岩性突变界点坐标；e、重复步骤b、步骤c和步骤d，完成全部钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云；f、利用岩性突变界点坐标点云建立岩层分界面。本发明基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法，能够及时准确的判断岩层分界点，提高了矿体圈定的准确性和及时性，能够及时指导下一步的钻孔参数调整；利用采集的突变界点点坐标信息，可直接生成岩层分界面，能够实现凿岩钻孔控制区域的岩层分界面自动圈定；利用凿岩工程完成了探矿工作，一举多得，降低了探矿工程量和探矿成本；解决岩层软弱夹层地质钻孔取芯法，钻进水冲洗后岩芯不完整，岩芯采集率低，引起分界面圈定误差的问题，提高软弱夹层分界面的采集精度；大幅度的加密了探矿网度，提高了矿体圈定的准确性，为矿体回采范围的确定奠定了地质基础，有利于控制和降低矿体回采的贫化损失；通过建立岩性大数据库，利用凿岩冲击声识别技术，可实现不取芯岩层识别，能够大幅提高超深岩层分界面的圈定效率。能够实时智能圈定岩层分界面，有利于矿产资源开发利用的管控和低贫损开采。
[0036] 本实施例中，步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：预先制作冲击声标准数据库；将连续采集的凿岩冲击声划分为冲击声段，提取采集的凿岩冲击声段特征参数，并与冲击声标准数据库进行比对，确定岩性种类，根据比对结果判别岩性突变时刻。
[0037] 本实施例中，冲击声标准数据库制作，具体为：根据矿体赋存条件，确定矿体、矿体围岩以及矿体所含夹石的岩性，并按岩性进行分类；在已知的岩性区域内进行凿岩，获得连续的冲击声原始数据，将连续的冲击声原始数据分隔为冲击声段；从冲击声段提取岩性的冲击声特征参数，从而构建该岩性的冲击声判断使用的标准数据集合。考虑到岩性具有离散性，在矿区内选择相同岩性在不同位置采集的标准数据集合作为比对基准。
[0038] 本实施例中，述步骤c的凿岩冲击声处理，具体为：连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声数据分割为冲击声段，提取与冲击声标准数据库中的标准数据相同的实测凿岩冲击声特征数据；然后逐个获取实测凿岩冲击声特征数据与每种岩性内包含的标准数据的贴近度，取实测凿岩冲击声特征数据与每种岩性中的各组标准数据贴近度的最大值，对应贴近度最大的岩性，识别为正在钻进的岩性；或者当识别的岩性与上一次或一段不同时，判定该点为岩性突变界点。
[0039] 本实施例中，步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声数据分割为冲击声段；提取冲击声段特征参数集，由于岩层具有一定的厚度，当在同一种岩性的岩层中钻进时，冲击声段的特征参数集贴近度变化幅度小；当钻孔钻进穿过一种岩性进入另一种岩性的岩层时，冲击声的特征参数将发生突变，贴近度将突变；根据凿岩现场获取的冲击声特征参数确定贴进度阈值，将贴近度与贴进度阈值比较，低于贴进度阈值则该时刻确定为岩性突变界点。
[0040] 本实施例中，步骤c中的凿岩冲击声处理，具体为：同步采集钻杆从支机点1到孔底的钻孔迹线长度和凿岩冲击声；将采集的凿岩冲击声分割为冲击声段，提取冲击声段的特征参数集；采用聚类分析方法，根据冲击声特征参数集，在时程上将冲击声划分为至少一段，每段对应一种岩性，相邻两段岩性之间的界点为岩性突变界点的时程界点；根据时程界点确定其钻孔迹线长度。
[0041] 本实施例中，步骤d中，突变界点坐标解算方式为：设支机点1在矿区坐标系的点坐标为U(XU，YU，ZU)，以钻机的支机点1作为岩性突变界点坐标计算的坐标系原点，建立球坐标子系统，已知钻孔倾角为θ，钻孔方位角为φ，支机点1到岩性突变界点的钻孔迹线长度为r，则在球坐标子系统中突变界点的坐标为(r，θ，φ)，转换到矿区坐标系后，突变界点的坐标为T(XU+rsinθcosφ，YU+rsinθsinφ，ZU+rcosθ)。
[0042] 如图1和图2所示，本实施例中，步骤a中的钻孔设计，具体为：根据矿体所在位置的地质资料，绘制完成采场采准工程设计，完成采准工程施工；根据采准工程揭露的矿体情况，绘制二次岩层分界面圈定图；根据二次岩层分界面圈定图，进行回采爆破设计并绘制炮孔排位图；根据炮孔排位布置，确定支机点1作为钻机安装位置，同时也作为整个岩层分界面圈定的判断坐标系原点。如图2、图4所示，采矿工程师根据二次圈定图绘制回采爆破设计，绘制炮孔排位图，排位炮孔布置图，确定支机点的点坐标O点，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ。如图2所示，根据二次圈定获得推断的矿体边界线7。钻机安装在巷道内的P0位置，设计炮孔6分别沿P0P1、P0P2、P0P3、P0P4、P0P5、P0P6、P0P7、P0P8、P0P9、P0P10、P0P11方向布设。为了降低凿岩环境内噪声的影响，通过在凿岩位置附近钻取冲击声采集传感器钻孔4，在冲击声采集传感器钻孔4内布设冲击声采集传感器5。巷道内布设有冲击声识别主机2，冲击声识别主机2通过数据传输电缆电连接至冲击声采集传感器。
[0043] 本实施例中，步骤b中加入步骤：安装凿岩冲击声采集设备，以采集凿岩全程的冲击声。
[0044] 本实施例中，凿岩冲击声采集设备包括用于采集冲击声实时数据信息的冲击声监测传感器、用于收集冲击声监测传感器传输的数据信息的采集模块、用于储存采集模块收集的数据信息的储存模块以及用于将储存模块储存的数据信息与冲击声标准数据库进行比对识别以判断正在凿岩的岩性的识别模块。
[0045] 本实施例中，凿岩冲击声采集设备还包括用于将经过识别模块识别的数据经过调制放大处理并通过网络传输至上级基站的传输模块以及用于将识别到的岩性通过显示设备和声光信号提示凿岩现场以指示和/或控制凿岩设备进行后续操作的指示模块。
[0046] 本实施例中，步骤c还包括：记录测量的支机点1、炮孔的方位角和炮孔的倾角，在凿岩过程中记录钻杆从支机点1到钻头最前端的推进长度。将钻机安装在设计位置，然后按照钻孔设计方案选取一组炮孔的方位角φ和倾角θ，按照设计要求进行凿岩，记录测量的支机点1、炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ，在凿岩过程中记录钻杆从支机点1到钻头最前端的推进长度。
[0047] 本实施例中，步骤f具体为：完成全部设计钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云，采用三维数字建模软件工具，建立岩性突变分界面，从而获得岩层的分界面。从而获得实际矿体边界线8。各个凿岩后的炮孔6构成钻杆迹线9。
[0048] 本实施例中，用于岩性突变界点识别的凿岩冲击声为凿岩钻头与岩石冲击发出的声音；或地质锤与岩石撞击发出的冲击声；或凿岩过程中与其环境复合的冲击声；或特定物体与岩体冲击发生的冲击声；或凿岩机械自身的冲击声；或包含凿岩过程的声音文件或振动波形文件。
[0049] 本实施例中，冲击声段特征参数为冲击声的时域和/或频域特征值。冲击声段特征参数包括短时能量、声强、频率、振幅、波长、倒谱系数、响度、音调、音色、过零率、功率谱、分形维特征值中的至少一种，以及各参数值的平均值和方差值。冲击声段特征参数采取小波分析、傅里叶变换、统计分析等中的至少一种数学和信号处理方法提取的变换特征参数。由于岩性的多样性，具体参数根据不同矿山待勘探的不同岩性种类或者目标岩性的凿岩冲击声识别试验确定。
[0050] 本实施例中，将采集数据通过网络传递到分析室，实时监测矿山凿岩过程，实现整个矿山的矿体自动二次圈定；和/或根据已完成的钻孔资料圈定矿体，进行后续钻孔作业的参数优化，并调制成凿岩设备能够读取的格式文件，然后传输至凿岩设备，凿岩设备根据调整后的参数自动完成凿岩；和/或将后续钻孔作业参数传输至便携式显示设备上，以便调整凿岩参数；将识别设备组网，与互联网相连，在线监督管理矿产资源。实现地质资源等外部部门对矿产资源在线监督管理。
[0051] 本实施例中，冲击声采集设备的传感器安装位置，根据采集精度要求，安装在凿岩的岩体内；或安装在凿岩巷道内；或随钻安装；或安装在凿岩设备上。
[0052] 实施例一：
[0053] 冲击声标准对比识别突变界点法
[0054] 1、根据掌握的地质资料，绘制完成采场采准工程设计，完成采准工程施工。
[0055] 2、根据采准工程揭露的矿体情况，由地质工程师编制1∶200比例尺的二次圈定图。
[0056] 3、采矿工程师根据二次圈定图绘制回采爆破设计，绘制炮孔排位图，排位炮孔布置图，确定支机点的点坐标O点，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ。如图2、图4所示。
[0057] 4、在距离凿岩位30m范围内，钻凿采集器安装孔，孔径φ50mm，孔深1.0m，将冲击声采集传感器安装在孔内，以提高凿岩冲击声采集精度，采用电缆与冲击声识别主机相连，主机具备采集冲击声监测传感器数据信息，并对其进行储存、识别、传输和根据识别结果进行指示的模块。可选地，安置位置直接放置在凿岩巷道内，将采集模块、储存模块、识别模块、传输模块、指示模块集成。可选地，只在凿岩位置布置冲击声监测传感器，将采集模块、储存模块、识别模块、传输模块、指示模块集成。
[0058] (1)采集模块
[0059] 采集冲击声采集传感器传输的数据信息。
[0060] (2)储存模块
[0061] 存储采集的冲击声采集传感器传输的数据信息；存储岩性标准冲击声数据库文件；存储记录的炮孔的方位角φ、炮孔的倾角θ和钻杆从支机点到钻头最前端的推进长度r。
[0062] (3)识别模块
[0063] 1)岩性标准冲击声数据库
[0064] 根据矿体赋存条件，确定矿体、矿体的围岩、矿体所含夹石的岩性，并进行分类，然后在已知的岩性内进行凿岩获得冲击声原始文件，将获取的连续采集文件分割为冲击声段，从冲击声段文件提取岩性的冲击声特征参数，从而构建该种岩性的冲击声判断使用的标准数据文件Ai＝(Ai1，Ai2，…Ain)(i为一种岩性的特征数据集个数，n为冲击声特征参数维数)的集合，考虑到岩性具有区域性和离散性，在矿区内选择相同岩性，在不同位置采集标准数据文件。重复上述步骤构建所有岩性的标准数据文件。
[0065] 2)冲击声识别
[0066] 采取连续采集的方式，将获取的连续采集文件分割为冲击声段，提取与标准数据文件相同的特征数据X＝(X1，X2，…Xn)，i＝1～n，Xi为冲击声的时域或频域特征值，包括声强、频率、振幅、波长中的一个以上。然后采用模糊匹配的方式，计算X与A中的特征数据集的贴近度，贴近度最大的Ai对应的岩性为正在凿岩的岩性。可选地，计算X与A中的特征数据集的距离，距离最近的判断该标准文件数据对应的岩性为正在凿岩的岩性。可选的，采用神经网络算法，利用标准数据文件进行学习，以采集的冲击声段为输入数据，经神经网络算法预测后直接判断当前岩性种类。
[0067] (4)传输模块
[0068] 将经识别的数据、实时记录的数据经过调制放大等处理，通过网络传输到上级基站，在通过各级基站逐级上传到数据处理器或服务器。将数据传递到云端，供外部使用，如国土资源部分对资源开采进行实时监控管理。
[0069] (5)指示模块
[0070] 在识别到某种岩性时，通过显示设备，声光信号提示凿岩工人或者直接控制凿岩设备进行后续操作。
[0071] 5、将钻机安装在设计位置，然后按设计进行凿岩，记录测量的支机点O(X0，Y0，Z0)，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ，在凿岩过程中记录钻杆从支机点到钻头最前端的推进长度r。
[0072] 6、连续采集凿岩过程中的冲击声，将采集的冲击声文件分割为冲击声段，提取与标准数据文件相同的特征数据X＝(X1，X2，…Xn)，i＝1～n，Xi为冲击声的时域或频域特征值，包括声强、频率、振幅、波长中的至少一个参数值。然后逐个计算X与每种岩性内包含的标准数据文件的贴近度，取X与每种岩性中的各组标准数据文件贴近度的最大值，对应贴近度最大的岩性，识别为正在钻进的岩性，当识别的岩性与上一次(或一段)不同时，判定该点为岩性突变界点。
[0073] 7、突变界点坐标计算方式为：设支机点在矿区坐标系的点坐标为U(XU，YU，ZU)，以支机点为坐标系原点，建立球坐标子系统，如图3所示，已知钻孔倾角为θ，钻孔方位角为φ，记录的支机点到岩性突变界点的钻孔迹线长度为r，则在球坐标子系统中突变界点的坐标为(r，θ，φ)，转换到矿区坐标系后，突变界点的坐标为T(XU+rsinθcosφ，YU+rsinθsinφ，ZU+rcosθ)。
[0074] 8、完成全部设计钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云，采用三维数字建模软件工具，建立岩性突变分界面，从而获得岩层的分界面。如图3所示。
[0075] 实施例二：
[0076] 自比较岩层分界面突变界点识别法
[0077] 1、根据掌握的地质资料，绘制完成采场采准工程设计，完成采准工程施工。
[0078] 2、根据采准工程揭露的矿体情况，由地质工程师编制1∶200比例尺的二次圈定图。
[0079] 3、采矿工程师根据二次圈定图绘制回采爆破设计，绘制炮孔排位图，排位炮孔布置图，确定支机点的点坐标O点，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ。如图2、4所示。
[0080] 4、在距离凿岩位30m范围内，采用浅孔钻进φ50mm钻孔，将冲击声采集传感器安装在孔内，以提高凿岩冲击声采集精度，采用电缆与冲击声识别主机相连，主机具备采集冲击声监测传感器数据信息，并对其进行储存、识别、传输和根据识别结果进行指示的模块。可选地，安置位置直接放置在凿岩巷道内，将采集模块、储存模块、识别模块、传输模块、指示模块集成。可选地，只在凿岩位置布置冲击声监测传感器，将采集模块、储存模块、识别模块、传输模块、指示模块集成。
[0081] (1)采集模块
[0082] 采集冲击声采集传感器传输的数据信息。
[0083] (2)储存模块
[0084] 存储采集的冲击声采集传感器传输的数据信息；存储岩性标准冲击声数据库文件；存储记录的炮孔的方位角φ、炮孔的倾角θ和钻杆从支机点到钻头最前端的推进长度r。
[0085] (3)识别模块
[0086] 采取连续采集方式，将获取的连续采集文件分割为冲击声段，并提取与标准数据文件相同的特征数据X＝(X1，X2，…Xn)，i＝1～n，Xi为冲击声的时域或频域特征值，包括声强、频率、振幅、波长中的至少一个参数值。由于岩层具有一定的厚度，当在同一种岩性的岩层中钻进时，当前时刻监测到的冲击声的特征参数集与前一时刻监测到的冲击声的特征参数集贴近度大，当钻孔穿过一种岩性进入另一种岩性的岩层时，冲击声的特征参数集将发生突变，贴近度将突变，将贴近度与阈值比较，低于阈值则该时刻确定为岩性突变界点。利用这一个特性确定突变界点，从而省去建立标准数据库文件的过程。
[0087] (4)传输模块
[0088] 将经识别的数据、实时记录的数据经过调制放大等处理，通过网络传输到上级基站，在通过各级基站逐级上传到数据处理器或服务器。将数据传递到云端，供外部使用，如国土资源部分对资源开采进行实时监控管理。
[0089] (5)指示模块
[0090] 在识别到某种岩性时，通过显示设备，声光信号提示凿岩工人或者直接控制凿岩设备进行后续操作。
[0091] 5、将钻机安装在设计位置，然后按设计进行凿岩，记录测量的支机点O(X0，Y0，Z0)，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ，在凿岩过程中记录钻杆从支机点到钻头最前端的推进长度r。
[0092] 6、采取连续采集方式，将获取的连续采集文件分割为冲击声段，并提取与标准数据文件相同的特征数据X＝(X1，X2，…Xn)，i＝1～n，Xi为冲击声的时域或频域特征值，包括声强、频率、振幅、波长中的至少一个参数值。由于岩层具有一定的厚度，当在同一种岩性的岩层中钻进时，当前时刻监测到的冲击声的特征参数集与前一时刻监测到的冲击声的特征参数集贴近度大；当钻孔穿过一种岩性进入另一种岩性的岩层时，冲击声的特征参数集将发生突变，贴近度将突变；将贴近度与阈值比较，低于阈值则该时刻确定为岩性突变界点。
[0093] 7、突变界点坐标计算方式为：设支机点在矿区坐标系的点坐标为U(XU，YU，ZU)，以支机点为坐标系原点，建立球坐标子系统，如图3所示，已知钻孔倾角为θ，钻孔方位角为φ，记录的支机点到岩性突变界点的钻孔迹线长度为r，则在球坐标子系统中突变界点的坐标为(r，θ，φ)，转换到矿区坐标系后，突变界点的坐标为T(XU+rsinθcosφ，YU+rsinθsinφ，ZU+rcosθ)。
[0094] 8、完成全部设计钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云，采用三维数字建模软件工具，建立岩性突变分界面，从而获得岩层的分界面。如图3所示。
[0095] 实施例三：
[0096] 聚类分析获取岩性突变界点法
[0097] 1、根据掌握的地质资料，绘制完成采场采准工程设计，完成采准工程施工。
[0098] 2、根据采准工程揭露的矿体情况，由地质工程师编制1∶200比例尺的二次圈定图。
[0099] 3、采矿工程师根据二次圈定图绘制回采爆破设计，绘制炮孔排位图，排位炮孔布置图，确定支机点的点坐标O点，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ。如图2、图4所示。
[0100] 4、在距离凿岩位30m范围内，采用浅孔钻进φ50mm钻孔，将冲击声采集传感器安装在孔内，以提高凿岩冲击声采集精度，采用电缆与冲击声识别主机相连，主机具备采集冲击声监测传感器数据信息，并对其进行储存和传输。可选的包括识别模块，以及根据识别结果进行指示的模块。
[0101] 5、将钻机安装在设计位置，然后按设计进行凿岩，记录测量的支机点O(X0，Y0，Z0)，炮孔的方位角φ和炮孔的倾角θ，在凿岩过程中记录钻杆从支机点到钻头最前端的推进长度r。
[0102] 6、采集冲击声时程数据，以及冲击声时程对应的时程钻孔迹线长度，将获取的连续采集文件分割为冲击声段，并提取与标准数据文件相同的特征数据X＝(X1，X2，…Xn)，i＝1～n，Xi为冲击声的时域或频域特征值，包括声强、频率、振幅、波长中的至少一个参数值。然后采用聚类分析方法，将冲击声特征相同的划分为一段，每段对应一种岩性，相邻两段岩性之间的界点为岩性突变的时程界点，该时程界点对应的钻孔迹线长度为突变界点对应的r。该法可在钻孔完成后统一进行识别，无需实时进行分析，降低了处理难度。
[0103] 7、突变界点坐标计算方式为：设支机点在矿区坐标系的点坐标为U(XU，YU，ZU)，以支机点为坐标系原点，建立球坐标子系统，如图3所示，已知钻孔倾角为θ，钻孔方位角为φ，记录的支机点到岩性突变界点的钻孔迹线长度为r，则在球坐标子系统中突变界点的坐标为(r，θ，φ)，转换到矿区坐标系后，突变界点的坐标为T(XU+rsinθcosφ，YU+rsinθsinφ，ZU+rcosθ)。
[0104] 8、完成全部设计钻孔的凿岩工作，获得岩性突变界点坐标点云，采用三维数字建模软件工具，建立岩性突变分界面，从而获得岩层的分界面。如图3所示。
[0105] 实施例四：
[0106] 用于异质分界面的圈定，两类介质的差异巨大，从一种介质进入另一种介质时，钻孔的冲击声将发生突变。这种特性可用于两步骤充填采矿的异质界面圈定，一步骤采场回采后充填，二步骤回采凿岩时钻孔迹线首先穿过矿体，然后进入充填体，当钻头从矿体进入充填体时，由于岩石和充填体物理特性的巨大差异，凿岩冲击声将发生显著的变化，通过冲击声特征突变确定突变界点。其它过程与实施例二类似。
[0107] 实施例五：
[0108] 当前钻孔冲击声对比的数据文件为：对先钻进孔监测数据进行聚类分析，将冲击声特征相似程度达到阈值的岩体归为一类岩性，并提取该类岩性的冲击声特征参数值，制作冲击声标准数据文件，重复上述步骤分别制作每个钻孔穿过的不同岩性的冲击声标准数据文件。提取后续钻进的冲击声特征参数集与已获得的冲击声参数标准文件进行贴近度比较，当相关性达到阈值要求，则判断当前钻进的岩性为其对应的前期获得岩性相同的岩性种类，从而确定岩性的分界面。
[0109] 实施例六：
[0110] 采集传感器固定在钻头后端，始终保持传感器与钻头的距离不变。该方法能够避免因钻孔过深冲击声无法采集的难题，解决超深岩层分界面的圈定技术难题。
[0111] 本发明基于凿岩冲击声识别的岩层分界面圈定方法的有益效果：
[0112] (1)能够及时准确的判断岩层分界点，提高了矿体圈定的准确性和及时性，能够及时指导下一步的钻孔参数调整，通过在采场设置接收设备，可以直接将分析结果传输至个人便携显示设备上，或者直接驱动凿岩设备修改钻进参数。
[0113] (2)通过构筑井下监测网络和传输系统，可以直接在分析室进行分析，计算机利用采集的突变界点点坐标信息，可直接生成岩层分界面，能够实现凿岩钻孔控制区域的岩层分界面自动圈定。
[0114] (3)利用凿岩工程完成了探矿工作，一举多得，降低了探矿工程量和探矿成本。
[0115] (4)解决岩层软弱夹层地质钻孔取芯法，钻进水冲洗后岩芯不完整，岩芯采集率低，引起分界面圈定误差的问题，提高软弱夹层分界面的采集精度。
[0116] (5)大幅度的加密了探矿网度，提高了矿体圈定的准确性，为矿体回采范围的确定奠定了地质基础，有利于控制和降低矿体回采的贫化损失。
[0117] (6)通过建立岩性大数据库，利用凿岩冲击声识别技术，可实现不取芯岩层识别，能够大幅提高超深岩层分界面的圈定效率。
[0118] (7)通过数据共享，能够实现地质资源等外部部门对矿产资源在线监督管理,有利于提高矿产资源的利用率。
[0119] (8)矿岩边界线圈定自动化，减少了人为因素的干预，便于对施工方管理，有利于简化矿山管理。
[0120] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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