煤矿区钻孔瞬变电磁人工智能反演关键技术OA
【背景】钻孔瞬变电磁法凭借定向钻孔实现孔内近场激发与三分量同步接收,能够有效避免巷道内铁磁性物质的干扰,从而显著提升探测精度与范围,被广泛应用于煤矿井下隐伏水害探测。目前钻孔瞬变电磁反演方法在精度与效率上存在矛盾,现有技术难以同时满足隐伏水害探测高效性与高精度的需求。【方法】针对这一问题,提出一种基于贝叶斯优化的自适应样本构建方法与长短时记忆神经网络(long short term memory,LSTM)人工智能反演框架。首先通过趋势面法对实测数据理论响应进行重构,以减少环境等因素对数据的影响,为与模拟数据进行分布一致性分析奠定基础;然后引入贝叶斯优化策略,利用最大均值差异(maximum mean discrepancy,MMD)与曲线下面积(area under the curve,AUC)构建分布一致性目标函数,该函数能够定量评估模拟样本数据与实测数据的分布相似性,从而不断优化确定最优电阻率区间。并研发了基于GPU并行计算的瞬变电磁一维正演算法,利用该算法依据最优电阻率区间构建高质量训练样本库。反演模型基本单元采用LSTM构建的Seq2Seq架构,并融合注意力机制(Attention)充分捕捉电磁响应的时序动态特征。并在一维反演的基础上,利用K-means聚类算法对水平分量异常特征的象限位置进行分类,在推导出的深度系数与电阻率的关系和求得工具面角信息的基础上,实现钻孔瞬变电磁反演电阻率立体成像。【结果和结论】在数值模拟实验中,该反演方法的平均相对均方根误差可控制在5%以内,相较于OCCAM反演与RNN反演方法表现出更高的精度。同时,通过抗噪性实验验证表明,在一定强度噪声干扰条件下,该方法仍能保持较好的稳定性与鲁棒性。在水槽物理模拟实验中,通过铜板代替低阻异常体,利用构建的高质量样本库和ATT-LSTM反演框架能精准反演出地层模型,并刻画出异常体的位置。通过新疆某煤矿工程实践应用表明,该方法可有效识别煤矿井下低阻异常区,立体成像结果与已知地质资料高度吻合,研究结果可为煤矿区隐伏水害探测提供可靠技术支撑,有效保障巷道高效、快速掘进。
范涛;郝跃;张鹏;李萍;赵兆;赵睿;刘强;晏俊生;宋贤哲;刘博睿;陈长远;李波
煤炭科学研究总院,北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京100013煤炭科学研究总院,北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京100013中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京100013中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000煤炭科学研究总院,北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077 西安煤科透明地质科技有限公司,陕西西安712000 高性能电子装备机电集成制造全国重点实验室,陕西西安710071
天文与地球科学
钻孔瞬变电磁深度学习贝叶斯优化长短时记忆神经网络
《煤田地质与勘探》 2026 (6)
P.300-312,13
国家自然科学基金面上项目(42374176,42274184)天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2023-2-TD-KJHZ005)。
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