一种钻孔应力计数据有效性的判定方法与流程

本发明涉及钻孔应力计数据，具体提供一种钻孔应力计数据有效性的判定方法。

背景技术：

1、 “钻孔应力计”是一种用于监测围岩相对应力变化的仪器，具有安装简单、制作成本低、适用范围广、可推广性强等优点。其工作原理如下：当围岩应力发生变化时，围岩中的钻孔会产生形变，钻孔应力计通过传感器捕捉这些形变信息，从而间接反映围岩的应力变化。为了确保钻孔应力计的准确性，仪器必须始终与钻孔壁保持紧密贴合，这对现场安装和后续工作场景提出了较高要求。

2、在井工煤矿中，随着工作面的回采必然会使工作面前方围岩应力升高，应力升高部分通常被称为超前支承压力影响范围。若钻孔应力计能够正常工作，则进入超前支承压力影响范围后，必然会伴随着数值升高的现象。

技术实现思路

1、本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种钻孔应力计数据有效性的判定方法，通过监测钻孔应力计在采动影响下读数是否升高来判断数据有效性，可以根据钻孔应力计在受到超前支承压力影响后，数值是否上升来判断数据有效性的，提高矿山压力监测的准确性和可靠性，为安全开采提供科学依据。

2、本发明提供一种钻孔应力计数据有效性的判定方法，所述方法通过监测钻孔应力计在采动影响下，受到矿山超前支承压力影响后，数值是否上升来判断数据有效性的，实现步骤包括：

3、（1）确定矿山超前支承压力影响距离；

4、（2）提取受超前支承压力影响的数据；

5、（3）数据重采样；

6、（4）缺失值处理；

7、（5）线性拟合并计算斜率；

8、（6）判断有效性。

9、所述矿山超前支承压力影响范围可通过数值模拟、钻孔应力计历史数据分析和力学建模等多种方式确定，一般情况下，该影响范围为40至60米，少数情况下可达60至80米；

10、所述步骤（1）中矿山超前支承压力影响距离的确定过程如下：

11、随着采煤工作面的推进，当钻孔应力计的数值从稳定状态过渡到持续上升状态的时刻，该钻孔应力计与采煤工作面的最短距离即为该钻孔应力计受到超前支承压力的影响距离d，选取钻孔应力计历史数据，取其均值 d可近似得到该工作面的超前支承压力影响距离，计算公式如下：

12、，

13、其中， n为数据的数量， d i为第 i个测量值。

14、更进一步的，所述步骤（2）中受超前支承压力影响数据的提取过程如下：

15、通过数据库，找到所有距离采煤工作面小于d/2 的钻孔应力计，记录这些应力计的编号；

16、对于每个找到的应力计，提取其距离工作面为d时刻至检索时刻的数据，形成一个时间序列数据集。

17、更进一步的，所述步骤（3）中数据重采样过程如下：

18、在提取了受超前支承压力影响的时间序列数据后，为了更好地分析和处理数据，需要对时间序列数据进行重采样，重采样的目的是暴露缺失值；

19、首先，确定合适的重采样时间间隔 δt，钻孔应力计数据常见的重采样间隔一般为1小时或者1天；

20、假设原始时间序列数据为 {( t i,σ i)}，其中 t i为时间，σ i为应力值；

21、重采样后的数据为 {( t' j，σ' j)}，其中 t' j为重采样后的时间点，σ' j为重采样后的应力值，重采样的时间点 t' j计算公式为：

22、，

23、其中， t 0为起始时间， j为重采样点的索引。

24、更进一步的，由于原始采样频率与重采样频率有多种可能，当重采样频率要高于原始采样频率时，需要进行上采样，上采样后的应力值σ' j通过线性插值计算：

25、，

26、其中， t i-1和 t i分别为原始数据中相邻的两个时间点，使得 t i-1≤ t' j< t i。

27、当重采样频率要低于原始采样频率时，需要进行下采样；下采样后的应力值σ' j通过平均值法计算：

28、，

29、其中，σ ik为原始数据中位于时间区间 [ t' j, t' j+δ t) 内的应力值， n为该时间区间内的数据点数量。

30、更进一步的，所述步骤（4）中缺失值处理过程如下：

31、重采样后如果暴露出存在缺失值的问题，为了保证数据的完整性和连续性，需要对缺失值进行填充；采用线性插值法来填充缺失值，可以有效地保持数据的平滑性和趋势一致性，具体步骤与上采样类似：

32、对于每一个缺失值σ' j，假设在 t' j-1和 t' j+1两个时间点上，已经存在的应力值分别为σ' j-1和σ' j+1，线性插值公式为：

33、，

34、使用上述线性插值公式逐个填充每个缺失值，形成完整的时间序列数据集。

35、更进一步的，所述步骤（5）中线性拟合及斜率计算过程如下：

36、所述方法在完成所述缺失值处理后，使用最小二乘法对重采样后的数据进行线性拟合，并计算斜率，具体步骤如下：

37、选取最小二乘法拟合的模型如下，其中a为斜率，b为截距，

38、，

39、使用填充后的时间序列数据集 {( t' j，σ' j)}，进行最小二乘法拟合，计算公式为：

40、，

41、，

42、其中 n为时间序列数据点的数量。

43、更进一步的，所述步骤（6）在对某受超前支承压力影响的钻孔应力计序列数据进行线性拟合并计算斜率后，就可以判断该钻孔应力计的数据是否有效，具体步骤如下：

44、首先是根据实际情况和经验，确定一个斜率阈值athreshold，比如可以指定为0；这个阈值用于区分有效和无效的数据；

45、如果斜率