本发明专利技术公开了一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，利用微震监测系统记录微震信号，计算微震活动度S值、微震时间信息熵Qt值、微震累积冲击指标E值、微震活动异常指标|Z|值并分析；所得数据分析后，分别绘制出上述四个指标的演变图；根据所绘制的演变图，分析是否在同一时间段内出现微震活动度S值在7天内先降低后以大于降低速率的速率迅速增加，微震时间信息熵Qt值在4天时间内持续降低，微震累积冲击指标E值大于临界值Em，微震活动异常指标|Z|>3，若同一时间段内四项指标中出现2～4项，则判断会出现冲击地压的情况。采用多个参数指标综合对冲击地压进行预警，能有效提高预警的准确率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种冲击地压的预警方法，具体是一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，属于微震监测预警
技术介绍
近年来，随着我国煤矿开采深度的逐年增加，很多矿区冲击地压问题越来越严重。煤矿冲击地压是煤岩体中的压力超过强度极限，聚积在巷道或采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出剧烈声响，是一种开采诱发的矿山地震，更是一种灾害，不仅造成煤岩体震动及破坏、部分巷道垮落破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、地面建筑物等的破坏，还会引发瓦斯与煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重威胁着煤矿的安全生产。由于这种灾害的发生一般并无明显的宏观前兆，其时间上的突发性、过程急剧的短暂性以及地质条件上的复杂性，造成对其进行预测预警也成为世界性难题。传统的利用矿压预测冲击地压的方法局限性较大，而且传统方法具有无法回避的费时费力、必须人员现场操作记录、安全性低及经济成本高等系列劣势。目前虽然有利用微震监测的方法进行冲击地压预测，但是大多数采用单一指标进行预测，导致其预警准确率低，无法满足矿井的预警需要。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，采用多个参数指标综合对冲击地压进行预警，能有效提高预警的准确率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：该种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，具体步骤是：A：在矿井中安装微震监测系统；B：利用矿井微震监测系统记录微震信号，将信号传输到地面计算机中，利用相关软件(Matlab，excel等)分析测量微震活动度S值、微震时间信息熵Qt值、微震累积冲击指标E值、微震活动异常指标|Z|值并；其中，微震活动度S：其计算公式为：S=0.117lg(N+1)+0.029lg1NΣi=1N101.5×Mi+0.015×M---(1-1)]]>式中，N为微震总数，Mi为能级，M为最大能级；微震时间信息熵Qt值：基于耗散结构理论，将大地震的孕育、发生过程看作为一个开放系统，当应力场作用达到一定阈值时，大范围地震活动将从无序向新的稳定有序状态变化，其计算公式为Qt=-(1/n)Σi=1npilnpiln(n-1)---(1-2)]]>式中：n为某时间窗长的矿震事件总数，ti为第i个矿震发生的时间，pi取值为0～1之间；微震累积冲击指标E值：定义单位mm，表征煤岩体介质的累积损伤；其中vi为垂直分量上信号在t时刻的振动速度值，单位为mm/s；T1是信号中最大振幅时刻，T2为信号尾波截止时刻，单位为s；设定微震累积冲击指标Em＝0.3mm。微震活动异常指标|Z|值(微震活动异常指标越接近零，即选取的样本与微震背景越接近，说明越不好预测；|Z|值越大，说明样本越异常，危险性越高，实质指的是样本与总体的偏差大小)：通过分析平均震级样本的变化即可了解研究区域不同时段平均的变化情况，根据m‾j=1kΣi=1kmi,z=M‾-m‾σM2N+σm2n,]]>求得|Z|值；其中，为整个时间区间上对所有平均震级样本的算术平均值，为要考察的时间区段内样本平均震级样本的算术平均值；σM和σm分别是两样本的标准差，N和n为样本数；C：所得数据分析后，绘制出微震活动度S值演变图、微震时间信息熵Qt值演变图、微震累积冲击指标E值演变图以及微震活动异常指标|Z|值演变图共四项演变图；D：根据所绘制的演变图，分析是否在同一时间段内出现微震活动度S值在7天内先降低后以大于降低速率的速率迅速增加，微震时间信息熵Qt值在4天时间内持续降低，微震累积冲击指标E值大于临界值Em，微震活动异常指标|Z|>3，若同一时间段内四项指标中出现2～4项，则判断会出现冲击地压的情况。采用多个参数指标综合对冲击地压进行预警，能有效提高预警的准确率。优选地，B步骤中，微震监测系统设置采集的微震信号能量大于100J，以减弱噪音干扰；D步骤中，在同一时间段内出现微震活动度S值在7天内先降低后以大于降低速率的速率迅速增加，微震时间信息熵Qt值在4天时间内持续降低，微震累积冲击指标E值大于临界值Em，微震活动异常指标|Z|>3，则判断会出现冲击地压的情况。本专利技术中，所述四项指标的基本原理分别是：一、微震活动度S微震活动度S包含了微震活动性的时、空、强等因素即下述控制因素：微震频度、平均能级或平均释放能量、最大能级、以及微震空间分布的集中度及其记忆效应。其计算公式为：S=0.117lg(N+1)+0.029lg1NΣi=1N101.5×Mi+0.015×M---(3-2)]]>式中，N为微震总数，Mi为能级，M为最大能级强能量释放理论上发生在S值持续增强后。二、微震时间信息熵Qt朱传镇等根据耗散结构论的基本思想，把地震孕育，发生和发展的过程看作一个与周围环境有能量交换的开放系统，当应力场作用达到一定阐值时，小震活动的时、空、强分布将会从无序状态向有序状态变化。据此，依热力学第一，第二定律定义了描述小震动时、空、强各因子分布状态的特征量：地震活动熵，强震发生前，微观无序的裂隙发育向宏观大裂隙发育，地震活动熵明显降低，本专利技术将其引入到矿山微震活动的分析中，具有相似的作用和意义。Qt的定义如下：Qt=-(1/n)Σi=1npilnpiln(n-1)---(3-10)]]>式中：n为某时间窗长的矿震事件总数，ti为第i个矿震发生的时间，pi取值为0～1之间。矿震时间信息熵Qt方法主要刻划矿震事件时间分布结构的丛集特征，描述矿震时间演化过程中的无序到有序，理论上，在孕育强能量过程前，熵值存在一个持续下降过程，其本质是矿震能量空间分布的有序性增加。三、微震累积冲击指标E值微震累积冲击指标E值：定义单位mm，表征煤岩体介质的累积损伤。其中vi为垂直分量上信号在t时刻的振动速度值，单位为mm/s；T1是信号中最大振幅时刻，T2为信号尾波截止时刻，单位为s；设定微震累积冲击指标Em＝0.3mm。四、微震活动异常指标|Z|值:通过分析平均震级样本的变化即可了解研究区域不同时段平均的变化情况：m‾j=1kΣi=1kmi]]>z=M‾-m‾&sig本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，其特征在于，具体步骤是：A：在矿井中安装微震监测系统；B：利用矿井微震监测系统记录微震信号，将信号传输到地面计算机中，利用相关软件分析测量微震活动度S值、微震时间信息熵Qt值、微震累积冲击指标E值、微震活动异常指标|Z|值；其中，微震活动度S：其计算公式为：S=0.117lg(N+1)+0.029lg1NΣi=1N101.5×Mi+0.015×M---(1-1)]]>式中，N为微震总数，Mi为能级，M为最大能级；微震时间信息熵Qt值：基于耗散结构理论，将大地震的孕育、发生过程看作为一个开放系统，当应力场作用达到一定阈值时，大范围地震活动将从无序向新的稳定有序状态变化，其计算公式为：Qt=-(1/n)Σi=1npiln piln(n-1)---(1-2)]]>式中：n为某时间窗长的矿震事件总数，ti为第i个矿震发生的时间，pi取值为0～1之间；微震累积冲击指标E值：定义单位mm，表征煤岩体介质的累积损伤；其中vi为垂直分量上信号在t时刻的振动速度值，单位为mm/s；T1是信号中最大振幅时刻，T2为信号尾波截止时刻，单位为s；设定微震累积冲击指标Em＝0.3mm；微震活动异常指标|Z|值：通过分析平均震级样本的变化即可了解研究区域不同时段平均的变化情况，根据m‾j=1kΣi=1kmi,]]>z=M‾-m‾σM2N+σm2n,]]>求得|Z|值；其中，为整个时间区间上对所有平均震级样本的算术平均值，为要考察的时间区段内样本平均震级样本的算术平均值；σM和σm分别是两样本的标准差，N和n为样本数；C：所得数据分析后，绘制出微震活动度S值演变图、微震时间信息熵Qt值演变图、微震累积冲击指标E值演变图以及微震活动异常指标|Z|值演变图共四项演变图；D：根据所绘制的演变图，分析是否在同一时间段内出现微震活动度S值在7天内先降低后以大于降低速率的速率迅速增加，微震时间信息熵Qt值在4天时间内持续降低，微震累积冲击指标E值大于临界值Em，微震活动异常指标|Z|>3，若同一时间段内四项指标中出现2～4项，则判断会出现冲击地压的情况。...
【技术特征摘要】
1.一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，其特征在于，具体步骤是：
A：在矿井中安装微震监测系统；
B：利用矿井微震监测系统记录微震信号，将信号传输到地面计算机中，利用相关软件
分析测量微震活动度S值、微震时间信息熵Qt值、微震累积冲击指标E值、微震活动异常
指标|Z|值；其中，
微震活动度S：其计算公式为：
S=0.117lg(N+1)+0.029lg1NΣi=1N101.5×Mi+0.015×M---(1-1)]]>式中，N为微震总数，Mi为能级，M为最大能级；
微震时间信息熵Qt值：基于耗散结构理论，将大地震的孕育、发生过程看作为一个开
放系统，当应力场作用达到一定阈值时，大范围地震活动将从无序向新的稳定有序状态变
化，其计算公式为：
Qt=-(1/n)Σi=1npilnpiln(n-1)---(1-2)]]>式中：n为某时间窗长的矿震事件总数，ti为第i个矿震发生的时间，pi取
值为0～1之间；
微震累积冲击指标E值：定义单位mm，表征煤岩体介质的累积损
伤；
其中vi为垂直分量上信号在t时刻的振动速度值，单位为mm/s；
T1是信号中最大振幅时刻，T2为信号尾波截止时刻，单位为s；
设定微震累积冲击指标Em＝0.3mm；
微震活动异常指标|Z|值：通过分析平均震级样本的变化即可了解研究区域不同时段平<...
【专利技术属性】
技术研发人员：牟宗龙，刘广建，王建娟，杜俊留，沈威，李腾，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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