一种冲击地压时空动态综合预警方法技术

本发明专利技术公开了一种冲击地压时空动态综合预警方法，包括：基于微震现场实际监测数据计算冲击地压前兆预警指标；以各预警指标的时序变化趋势作为预警准则，计算各预警指标的预警效能，筛选出预警效能高的指标作为优选指标；将优选指标进行数据融合，得到时序冲击地压危险量化预警指标，判定矿井大区域范围内冲击危险等级；对矿井空间进行网格划分，计算各网格内优选指标值；基于各网格内优选指标值和各优选指标的预警效能计算各网格内空间冲击地压危险指标，绘制空间冲击地压危险指标的空间分布云图，结合矿井底图判定局部冲击危险区，根据局部冲击危险区和区域危险等级采取针对性防冲措施。本发明专利技术可实现冲击地压的精准预警，并有效降低其防治成本。并有效降低其防治成本。并有效降低其防治成本。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击地压时空动态综合预警方法


[0001]本专利技术涉及地下开挖工程和煤岩动力灾害预警
，特别涉及一种冲击地压时空动态综合预警方法。

技术介绍

[0002]冲击地压是井下生产过程中面临的一种典型动力灾害，其具有突发性、猛烈性等特征，一旦发生则易出现群死群伤事故，给井下相关工作人员的生命和财产安全带来了极大威胁。并且随着浅部矿产资源的日近枯竭，煤炭开采逐年向地球深部扩展，受地应力、地质条件等多种因素的综合影响，冲击地压事故发生频次逐年上升，其发生机理也愈发复杂，给煤矿的安全生产造成严重挑战
[0003]为保障煤矿的安全生产，近年来，针对冲击地压监测预警的技术取得了诸多优秀成果，研究表明微震、地音、电磁辐射、地应力等在线监测系统具有良好的现场应用效果，并且其中微震监测系统可以对矿井大范围区域内煤岩体破断进行实时监测，被认为是冲击地压防治效能最高的监测手段之一。
[0004]但是，井下相关人员应用微震系统进行监测预警的过程中，常需要将独立的微震事件在空间中简化为“点源”，并且受系统定位误差、台网布置等因素的影响，其预警准确率还有较大上升空间，为保障井下工作人员的生命和财产安全，常需大范围施行各项防冲措施，其效果难以检验，造成了部分资源的浪费和开采成本的上升。因此，有必要提出一种能适应井下复杂开采条件，为相关人员提供高效、准确防冲决策依据的预警方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种冲击地压时空动态综合预警方法，以解决现有技术所存在的预警准确率不够高，造成了部分资源浪费和开采成本上升的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种冲击地压时空动态综合预警方法，包括：
[0008]基于微震现场实际监测数据，计算冲击地压前兆预警指标；
[0009]判定各预警指标的时序变化趋势，以各预警指标的时序变化趋势是否符合预警前兆表征规律作为其是否触发预警的标准，并计算各预警指标的预警效能，筛选出预警效能大于预设预警效能阈值的预警指标，作为优选指标；
[0010]将所述优选指标进行数据融合，得到时序冲击地压危险量化预警指标，基于所述时序冲击地压危险量化预警指标，判定矿井大区域范围内冲击危险等级；
[0011]对矿井空间进行网格划分，计算各网格内优选指标值；基于各网格内优选指标值和各优选指标的预警效能，计算各网格内空间冲击地压危险指标，绘制空间冲击地压危险指标的空间分布云图，结合矿井底图判定局部冲击危险区；
[0012]根据局部冲击危险区和区域危险等级采取针对性防冲措施。
[0013]进一步地，所述微震现场实际监测数据指的是利用安装在矿井的微震监测系统采
集到的一系列独立微震事件的相关信息，包括：各微震事件的发生时间、X坐标、Y坐标、Z坐标、能量以及事件类型；
[0014]所述预警指标包括正向预警指标和负向预警指标，所述正向预警指标指的是冲击地压事件发生前出现增长趋势的指标，所述负向预警指标指的是冲击地压事件发生前出现降低趋势的指标；其中，所述正向预警指标包括：日最大能量、日总能量、日总频次、日平均能量、能量偏差值、频次偏差值、平均总能量、微震活动度、缺震、A(b)值、断层总面积、平均总频次、微震活动标度和算法复杂度；所述负向预警指标包括：震源集中程度、b值、P(b)值和时间信息熵。
[0015]进一步地，所述判定各预警指标的时序变化趋势，以各预警指标的时序变化趋势是否符合预警前兆表征规律作为其是否触发预警的标准，并计算各预警指标的预警效能，筛选出预警效能大于预设预警效能阈值的预警指标，作为优选指标，包括：
[0016]利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的时序变化趋势；
[0017]以各预警指标的时序变化趋势是否符合预警前兆表征规律作为其是否触发预警的标准，并计算各预警指标的预警效能；其中，所述预警前兆表征规律是指预警指标随冲击地压危险程度的变化而出现的响应特征，所述响应特征为：所述正向预警指标在冲击危险程度增加时出现的异常高值、连续增加或持续在高值附近波动，所述负向预警指标在冲击危险程度增加时出现的异常低值、连续降低或持续在低值附近波动；所述触发预警的标准为：若正向预警指标存在增长趋势或负向预警指标存在降低趋势，则触发预警，否则，不触发预警；
[0018]筛选出预警效能大于预设预警效能阈值的预警指标，作为优选指标。
[0019]进一步地，所述利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的时序变化趋势，包括：
[0020]将各预警指标前一段时间内的计算结果组成时间序列，记为X[x1,x2,x3,...,x
n
]，其中，n表示时间窗长度；首先计算X的检验统计量S：
[0021][0022]其中：
[0023][0024]式中，x
k
表示第k个指标，k＝1,2,3,...,i
‑
1，x
i
表示第i个指标，i＝k+1,2,3,...,n；
[0025]再计算X的检验标准量Z：
[0026][0027][0028]当Z>0时，相应的预警指标具有增长趋势；当Z<0时，相应的预警指标具有降低趋势；当Z＝0时，相应的预警指标不具有明显变化趋势。
[0029]进一步地，所述预警效能的计算公式为：
[0030][0031]其中，F表示预警指标的预警效能，TP表示预警指标触发预警，并且实际发生了冲击地压事件，FP表示预警指标未触发预警，但实际发生了冲击地压事件，FN表示预警指标触发预警，但实际未发生冲击地压事件。
[0032]进一步地，所述方法还包括：根据需求重新筛选预警指标，以适应工作环境，提高预警准确率。
[0033]进一步地，所述时序冲击地压危险量化预警指标T
Q
的计算公式为：
[0034][0035]其中，n为优选指标总数；F
k
为第k个优选指标对应的预警效能；W
k
表示第k个优选指标的异常隶属度，当指标触发预警时取值为1，未触发时取值为0；
[0036]基于所述时序冲击地压危险量化预警指标，判定矿井大区域范围内冲击危险等级，具体为：当0≤T
Q
≤0.25时，判定矿井处于无冲击危险等级；当0.25<T
Q
≤0.5时，判定矿井处于弱冲击危险等级；当0.5<T
Q
≤0.75时，判定矿井处于中冲击危险等级；当0.75<T
Q
≤1时，判定矿井处于强冲击危险等级。
[0037]进一步地，对矿井空间进行网格划分，计算各网格内优选指标值；基于各网格内优选指标值和各优选指标的预警效能，计算各网格内空间冲击地压危险指标，绘制空间冲击地压危险指标的空间分布云图，结合矿井底图判定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击地压时空动态综合预警方法，其特征在于，包括：基于微震现场实际监测数据，计算冲击地压前兆预警指标；判定各预警指标的时序变化趋势，以各预警指标的时序变化趋势是否符合预警前兆表征规律作为其是否触发预警的标准，并计算各预警指标的预警效能，筛选出预警效能大于预设预警效能阈值的预警指标，作为优选指标；将所述优选指标进行数据融合，得到时序冲击地压危险量化预警指标，基于所述时序冲击地压危险量化预警指标，判定矿井大区域范围内冲击危险等级；对矿井空间进行网格划分，计算各网格内优选指标值；基于各网格内优选指标值和各优选指标的预警效能，计算各网格内空间冲击地压危险指标，绘制空间冲击地压危险指标的空间分布云图，结合矿井底图判定局部冲击危险区；根据局部冲击危险区和区域危险等级采取针对性防冲措施。2.如权利要求1所述的冲击地压时空动态综合预警方法，其特征在于，所述微震现场实际监测数据指的是利用安装在矿井的微震监测系统采集到的一系列独立微震事件的相关信息，包括：各微震事件的发生时间、X坐标、Y坐标、Z坐标、能量以及事件类型；所述预警指标包括正向预警指标和负向预警指标，所述正向预警指标指的是冲击地压事件发生前出现增长趋势的指标，所述负向预警指标指的是冲击地压事件发生前出现降低趋势的指标；其中，所述正向预警指标包括：日最大能量、日总能量、日总频次、日平均能量、能量偏差值、频次偏差值、平均总能量、微震活动度、缺震、A(b)值、断层总面积、平均总频次、微震活动标度和算法复杂度；所述负向预警指标包括：震源集中程度、b值、P(b)值和时间信息熵。3.如权利要求2所述的冲击地压时空动态综合预警方法，其特征在于，所述判定各预警指标的时序变化趋势，以各预警指标的时序变化趋势是否符合预警前兆表征规律作为其是否触发预警的标准，并计算各预警指标的预警效能，筛选出预警效能大于预设预警效能阈值的预警指标，作为优选指标，包括：利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的时序变化趋势；以各预警指标的时序变化趋势是否符合预警前兆表征规律作为其是否触发预警的标准，并计算各预警指标的预警效能；其中，所述预警前兆表征规律是指预警指标随冲击地压危险程度的变化而出现的响应特征，所述响应特征为：所述正向预警指标在冲击危险程度增加时出现的异常高值、连续增加或持续在高值附近波动，所述负向预警指标在冲击危险程度增加时出现的异常低值、连续降低或持续在低值附近波动；所述触发预警的标准为：若正向预警指标存在增长趋势或负向预警指标存在降低趋势，则触发预警，否则，不触发预警；筛选出预警效能大于预设预警效能阈值的预警指标，作为优选指标。4.如权利要求3所述的冲击地压时空动态综合预警方法，其特征在于，所述利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的时序变化趋势，包括：将各预警指标前一段时间内的计算结果组成时间序列，记为X[x1,x2,x3,...,x
n
]，其中，n表示时间窗长度；首先计算X的检验统计量S：
其中：式中，x
k
表示第k个指标，k＝1,2,3,...,i
‑
1，x
i
表示第i个指标，i＝k+1,2,3,...,n；再计算X的检验标准量Z：量Z：当Z>0时，相应的预警指标具有增长趋势；当Z<0时，相应的预警指标具有降低趋势；当Z＝0时，相应的预警指标不具有明显变化趋势。5.如权利要求3所述的冲击地压时空动态综合预警方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振雷，薛雅荣，宋大钊，何学秋，周超，王洪磊，
申请(专利权)人：中安安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：