(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111330731.9 (22)申请日 2021.11.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113779690 A (43)申请公布日 2021.12.10 (73)专利权人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 许振浩　林鹏　李术才　谢辉辉　 石恒　王朝阳　刘福民　邵瑞琦　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 代理人 张勇 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) E21B 47/00(2012.01) E21F 17/18(2006.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 段偲丽 (54)发明名称 基于随钻感知的超前地质预报方法及系统 (57)摘要 本公开提供了一种基于随钻感知的超前地 质预报方法及系统， 涉及超前地质预报技术领 域， 所述方案包括获取钻进过程中的钻进参数； 基于所述钻进参数反演得到隧道围岩物理力学 参数； 基于钻进过程中收集的冲洗液获取岩渣或 岩粉； 获取岩渣或岩粉的地化特征参数； 根据所 获取的隧道围岩物理力学参数和地化特征参数， 利用预先训练的深度学习模型， 获得不良地质识 别结果与围岩分级结果两者中至少一个， 进而实 现超前地质预报。 所述方案结合超前地质钻探， 从隧道围岩的物理力学性质变化和地化特征参 数变化两方面来全面反映地质特征， 通过对超前 钻探过程中的钻进参数和冲洗液的采集与分析， 融合大数据和深度学习算法， 最终实现对隧道掌 子面前方地质的超前 预报。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 113779690 B 2022.03.29 CN 113779690 B 1.基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取钻进过程中的钻进参数； 基于所述钻进参数反演得到隧道围岩物理力学参数； 基于钻进过程中收集的冲洗液获取岩渣或岩粉； 获取岩渣或岩粉的地 化特征参数； 根据所获取的隧道围岩物理力学参数和地化特征参数， 分别利用预先训练的深度 学习 模型， 对掌子面前方工程地质条件进 行分析， 分别获得不良地质识别结果与围岩分级 结果， 利用两者中至少一个， 实现超前地质预报。 2.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 所述地化特征 参数包括岩体中的元 素种类及含量、 矿物种类及含量和水 溶液中的阴 阳离子种类及含量。 3.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 所述隧道围岩 物理力学参数包括岩体的抗压强度、 粘聚力、 内摩擦角、 磨蚀性和完整性。 4.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 所述深度 学习 模型的训练， 具体为： 基于已有数据集构建用于不良地质识别的训练集， 利用所述训练集进行深度 学习模型 的训练， 获得训练好的不良地质识别模 型； 并且， 基于已有 数据集构建用于围岩分级的训练 集， 利用所述训练集进行深度学习模型的训练， 获得训练好的围岩分级模型。 5.如权利要求4所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 已有数据集的 挖掘过程包括： 采集隧道掘进路线 上各类不良地质及其影响区内岩 体的抗压强度、 粘聚力、 内摩擦角、 磨蚀性和完整性的物理力学参数， 以及元素种类及 含量、 矿物种类及 含量和水溶 液中阴阳离子种类及含量， 基于数据挖掘的方式， 挖掘隧道掘进路线上 的岩体中能够反映 地质前兆特 征信息的物理力学参数和地 化特征渐变演化信息 。 6.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 随着钻进过程 的进行， 根据隧道围岩物理力学参数和地化特征参数以及不良地质识别结果， 不断更新、 优 化其对应的深度学习模型； 并且， 根据隧道围岩物理力学参数和 地化特征参数以及围岩分 级结果, 不断更新、 优化 其对应的深度学习模型。 7.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 所述深度 学习 模型采用全连接层及残差全连接层 对输入的数据进行多级 特征提取， 同时引入了注意力机 制。 8.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 所述深度 学习 模型输入数据的融合过程具体为： 基于全连接层对输入数据分别进行特征提取， 并对提取 的特征进行拼接 。 9.如权利要求1所述的基于随钻感知的超前地质预报方法， 其特征在于， 所述基于所述 钻进参数反演得到隧道围岩物理力学参数， 具体为： 基于历史数据构建钻进参数与隧道围 岩物理力学参数间的映射关系； 基于所述映射关系及获取 的钻进参数， 确定隧道围岩物理 力学参数。 10.基于随钻感知的超前地质预报系统， 其特 征在于， 包括： 钻进参数获取 单元， 其用于获取钻进过程中的钻进参数； 力学性质分析 单元， 其用于基于所述钻进参数反演得到隧道围岩物理力学参数；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113779690 B 2渣粉收集单 元， 其用于基于钻进过程中收集的冲洗液获取岩渣或岩粉； 地化特征分析单元， 其用于获取岩渣或岩粉的地 化特征参数； 超前地质预报单元， 其用于根据所获取的隧道围岩物理力学参数和地化特征参数， 分 别利用预先训练的深度学习模型， 对掌子面前方工程地质条件进行分析， 分别获得不良地 质识别结果与围岩分级结果， 利用两者中至少一个， 实现超前地质预报。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113779690 B 3