一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法技术

本发明专利技术公开一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，包括以下步骤：采集煤岩体破裂产生的微震数据；对所述微震数据进行层次聚类，获得目标震源群，其中，所述目标震源群包括若干类震源；获取所述目标震源群中所有震源的震源机制解，基于所述震源机制解获取震源方位角和震源倾角；对震源定位、所述震源方位角和震源倾角进行层次聚类，预测所述采掘工作面主裂隙方位。本发明专利技术能够量化分析采掘工作面回采过程中主裂隙的发育情况，实现对冲击地压危险的准确预测。击地压危险的准确预测。击地压危险的准确预测。

An analysis and prediction method of main fracture orientation in mining face based on microseismic monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法


[0001]本专利技术涉及煤矿开采及煤矿安全
，特别是涉及一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法。

技术介绍

[0002]冲击地压是煤矿采掘空间周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。采掘过程中采掘工作面周围震动波扰动会使煤岩体内部裂隙发育扩展，造成煤岩体损伤劣化，整体强度降低；同时，煤矿井煤岩体本身赋存大量地质弱面、原生裂隙以及断层构造等，均会在采掘扰动下导致裂隙的进一步萌生、扩展以及汇聚等，当多条裂隙汇聚在一起形成主裂隙时可能会导致煤岩体发生大规模的失稳破坏进而诱发冲击地压，实现对裂隙发育的有效预测某种程度上也可提高对冲击地压预测预警的准确率。
[0003]采掘工作面周围裂隙扩展过程中会产生大量的微震信号，使用微震系统可实现对微震信号的捕捉，通过该系统可获得震动信号的清晰波形，并且可以实现对震源的发震时间、空间坐标以及震源能量准确计算。通过对微震信息的进一步后处理，可对采掘工作面周围的裂隙发育情况进行判断。而如何深入分析震源定位及破裂面产状信息，进而对采掘工作面的裂隙发育方位进行预测尚未有行之有效的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，以解决上述现有技术存在的问题，量化分析采掘工作面回采过程中主裂隙的发育情况，实现对冲击地压危险的准确预测。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，包括以下步骤：
[0006]采集煤岩体破裂产生的微震数据；
[0007]对所述微震数据进行层次聚类，获得目标震源群，其中，所述目标震源群包括若干类震源；
[0008]获取所述目标震源群中所有震源的震源机制解，基于所述震源机制解获取震源方位角和震源倾角；
[0009]对震源定位、所述震源方位角和震源倾角进行层次聚类，预测所述采掘工作面主裂隙方位。
[0010]可选地，对所述微震数据进行层次聚类，获得目标震源群包括：
[0011]设置初始聚类类别；
[0012]基于所述初始聚类类别对所述微震数据进行聚类，获得微震数据聚类结果，计算初始类别的微震平均聚集度；
[0013]增加聚类类别，重新对所述微震数据进行聚类，获得新的微震数据聚类结果，计算
增加聚类类别后新的微震平均聚集度；
[0014]比较所述初始类别的微震平均聚集度和所述新的微震平均聚集度，若所述新的微震平均聚集度大于所述初始类别的微震平均聚集度，则继续增加聚类类别进行聚类；若所述新的微震平均聚集度小于所述初始类别的微震平均聚集度，则终止聚类，输出当前类别数作为最终类别数量，并输出聚类结果，得到所述目标震源群。
[0015]可选地，所述微震平均聚集度的计算方法为：
[0016][0017]其中，为某一聚类的微震平均聚集度；n为某一聚类的微震事件数；a
i
＝(x,y,z,c2t)为第i个震源时
‑
空坐标，x，y，z与t分别为震源的X，Y，Z空间坐标数值以及发震时刻；i，j分别为震源编号；为某一聚类内所有震源的几何中心坐标；c2为时
‑
空变异系数；Var(X)，Var(Y)，Var(Z)与Var(T)分别为某一聚类下所有微震时
‑
空坐标x，y，z，t的方差。
[0018]可选地，获取所述目标震源群中所有震源的震源机制解，基于所述震源机制解计算震源方位角和震源倾角包括：对所述目标震源群中包括的不同类别震源进行震源机制解计算，并计算相应类别的所述震源方位角和所述震源倾角，基于不同类别的震源机制解、所述震源方位角和所述震源倾角，获取所述目标震源群中所有震源的震源机制解、震源方位角和震源倾角。
[0019]可选地，计算不同类别的所述震源机制解，并计算相应类别的所述震源方位角和所述震源倾角包括：
[0020]S1、对同一类别中的震源进行筛选，剔除不满足远场条件的震源，获得该类别中待分析震源；
[0021]S2、求解所述待分析震源的震源机制；
[0022]S3、计算所有所述待分析震源的在不同台站产生的理论位移和误差系数，判断所述误差系数是否大于预设值，如果是，则返回S1；若不是，则终止循环输出对应的所述震源机制解，基于所述震源机制解计算震源的方位角和倾角；
[0023]S4、重复S1
‑
S3计算不同类别震源的所述震源机制解，并计算相应类别的所述震源方位角和所述震源倾角。
[0024]可选地，求解所述待分析震源的震源机制包括：
[0025]计算所述待分析震源的远场位移；
[0026]基于所述远场位移计算震源矩张量；
[0027]分解并分析所述震源矩张量，获得所述震源机制。
[0028]可选地，计算所述待分析震源的远场位移包括：
[0029]从所述待分析震源的波形中剪切P波时域波形；
[0030]结合微震记录仪的采样频率将所述P波时域波形进行傅里叶变换，转化为频域波形；
[0031]对所述频域波形进行衰减修正，计算所述待分析震源的远场位移。
[0032]可选地，所述S3中基于所述震源机制解计算震源的方向角和倾角包括：
[0033]基于所述震源机制解，构建煤岩体破裂面特征矢量与破裂面运动方向和法向方向的关系，获取破裂面法向方向的空间矢量值，基于所述破裂面法向方向的空间矢量值构建破裂面的几何方程模型，计算所述震源的方向角和倾角。
[0034]可选地，对震源定位、所述震源方位角和震源倾角进行聚类，预测所述采掘工作面主裂隙方位包括：
[0035]采用层次聚类方法对震源定位、所述震源方位角和震源倾角进行聚类，获得震源聚类结果；
[0036]基于所述震源聚类结果构建主裂隙分类模型，根据所述主裂隙分类模型进行所述采掘工作面主裂隙方位预测。
[0037]本专利技术公开了以下技术效果：
[0038]本专利技术提供的基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，所需的原始数据来自于煤矿微震系统，实施过程中对微震数据实时后处理，所得结果可实时分析监测范围内采掘工作面裂隙方位发育情况，进而实现对冲击地压危险的辅助分析，有助于提高和改善煤矿冲击地压危险预测的准确率；物理意义明确，适于编程实现智能化。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为本专利技术实施例中实施采掘工作面主裂隙方位分析预测方法流程图；
[0041]图2为本专利技术实施例中工作面采动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，其特征在于：包括以下步骤：采集煤岩体破裂产生的微震数据；对所述微震数据进行层次聚类，获得目标震源群，其中，所述目标震源群包括若干类震源；获取所述目标震源群中所有震源的震源机制解，基于所述震源机制解获取震源方位角和震源倾角；对震源定位、所述震源方位角和震源倾角进行层次聚类，预测所述采掘工作面主裂隙方位。2.根据权利要求1所述的基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，其特征在于：对所述微震数据进行层次聚类，获得目标震源群包括：设置初始聚类类别；基于所述初始聚类类别对所述微震数据进行聚类，获得微震数据聚类结果，计算初始类别的微震平均聚集度；增加聚类类别，重新对所述微震数据进行聚类，获得新的微震数据聚类结果，计算增加聚类类别后新的微震平均聚集度；比较所述初始类别的微震平均聚集度和所述新的微震平均聚集度，若所述新的微震平均聚集度大于所述初始类别的微震平均聚集度，则继续增加聚类类别进行聚类；若所述新的微震平均聚集度小于所述初始类别的微震平均聚集度，则终止聚类，输出当前类别数作为最终类别数量，并输出聚类结果，得到所述目标震源群。3.根据权利要求2所述的基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，其特征在于：所述微震平均聚集度的计算方法为：其中，为某一聚类的微震平均聚集度；n为某一聚类的微震事件数；a
i
＝(x,y,z,c2t)为第i个震源时
‑
空坐标，x，y，z与t分别为震源的X，Y，Z空间坐标数值以及发震时刻；i，j分别为震源编号；为某一聚类内所有震源的几何中心坐标；c2为时
‑
空变异系数；Var(X)，Var(Y)，Var(Z)与Var(T)分别为某一聚类下所有微震时
‑
空坐标x，y，z，t的方差。4.根据权利要求1所述的基于微震监测的采掘工作面主裂隙方位分析预测方法，其特征在于：获取所述目标震源群中所有震源的震源机制解，基于所述震源机制解计算震源方位角和震源倾角包括：对所述目标震源群中包括的不同类别震源进行震源机制解计算，并计算相应类别的所述震源方位角和所述震源倾角，基于不同类别的震源机制解、所述震源方位角和所述震...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀琪，曹安业，白贤栖，周坤友，田鑫元，白金正，阚吉亮，杨旭，王常彬，薛成春，郭文豪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：