基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法技术

一种基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法，首先人工标记P波初至到时，计算震源位置和发震时刻；进而标记所有有效通道S波波形，计算震源拐角频率，确定震源时间函数及震源破裂半径；对震源至测站距离大于5倍震源破裂半径的远场测站，标记P波初至之后的首个位移峰值，形成P波首波位移峰值序列；利用震源时间函数、P波首波位移峰值序列、矩张量之间物理关系式中的远场P波线性部分，采用线性最小二乘法反演求解矩张量；给定冲击地压显现地点坐标，依据确定的物理关系式正演计算出冲击地点围岩运动参数极值，根据该参数极值进而确定矿震对巷道围岩的力学影响，为研究矿震致灾效应和指导巷道支护设计提供重要的理论基础和指导。基础和指导。基础和指导。

【技术实现步骤摘要】
基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法，属于煤矿安全开采


技术介绍

[0002]冲击地压是采掘工作面煤岩体积聚的弹性变形能突然释放，产生强烈震动，造成煤岩体剧烈破坏的动力灾害。随着矿井开采深度的快速增加以及地质、开采环境的日趋复杂，冲击地压已经成为煤矿开采中最典型的动力灾害之一。
[0003]微震监测法是监测冲击地压等动力灾害的前沿技术，可用于确定震源的位置与能量，在国内煤矿开采中得到了广泛的应用。但微震监测法确定的震源位置通常并不是巷道发生冲击的位置，由于无法预测冲击发生地点和提前在冲击位置安装传感器，故现有的微震监测在研究矿震致灾效应和指导巷道支护设计方面存在着明显的局限性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法，该方法能确定冲击地点围岩运动参数极值，确定矿震对巷道围岩的力学影响，对研究矿震致灾效应和指导巷道支护设计提供重要的理论基础。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法，具体步骤为：
[0006](1)导入m个测站记录的质点运动速度信号序列w
j
(i)，其中，j＝1
…
m,m>6，i＝1
…
n，n为微震信号的总采样点数，总采样点数的下限为保障记录震动信号的完整性所需要的点数，相邻采样点的采样时间间隔t
c
不超过2ms；
[0007](2)对质点运动速度信号序列w
j
(i)进行积分，得到测点的位移序列d
j
(i)；
[0008](3)绘制位移序列图，人工标记P波初至位置，形成P波初至到时序列
[0009](4)通过测量得到每个测站的空间坐标[x
j
,y
j
,z
j
]和震源至测站的P波传播速度α，利用基于微震定位算法求得发震时刻t0和震源位置[x0,y0,z0]；
[0010](5)设定震源至测站的S波波速为计算震源至探头的距离采用公式计算S波开始时间设定P波结束时间为设定S波持续时间长度为P波持续时间长度的e倍，利用公式计算S波的结束时间
[0011](6)利用时序列标记所有有效通道的S波波形，通过频谱分析确定震源拐
角频率f
c
，得到震源时间函数利用公式计算震源破裂半径r0，其中K
c
为依赖于震源模型的常数；震源拐角频率f
c
采用下式计算：
[0012][0013]式中，D
j
(i)为S波震动波形位移频谱，X
j
(i)为S波震动波形速度频谱；
[0014](7)选择震源至探头的距离r
j
大于5倍震源破裂半径r0的远场测站，在其位移序列图d
j
(i)中，人工标记P波首波峰值位置形成P波首波位移峰值序列A
P
；
[0015](8)利用震源时间函数s(t)、序列A
P
、矩张量M之间物理关系式中远场P波的线性部分，采用线性最小二乘法反演求解矩张量M，具体算法如下：
[0016]利用震源矩张量M
pq
与测站x＝[x
j
,y
j
,z
j
]上得到的位移u的物理关系式：
[0017][0018][0019]中的远场P波部分
[0020]，
[0021]采用线性最小二乘法反演求解矩张量M，式中，为震源时间函数s(t)对时间t的导数，当u
ξ
(x,t)取为远场P波首波位移峰值序列时，t满足取极大值，ρ为介质密度，r为震源距测站的距离，RP
near
、RP
inter(Pwave)
、RP
inter(Swave)
、RP
far(Pwave)
、RP
far(Swave)
分别为近场、中场P波、中场S波、远场P波和远场S波辐射花样系数，ξ、p、q分别在x、y、z三个方向中取值：
[0022]RP
near
＝15γ
ξ
γ
p
γ
q
‑
3γ
ξ
δ
pq
‑
3γ
p
δ
ξq
‑
3γ
q
δ
ξp
；
[0023]RP
inter(Pwave)
＝6γ
ξ
γ
p
γ
q
‑
γ
ξ
δ
pq
‑
γ
p
δ
ξq
‑
γ
q
δ
ξp
；
[0024]RP
inter(Swave)
＝6γ
ξ
γ
p
γ
q
‑
γ
ξ
δ
pq
‑
γ
p
δ
ξq
‑
2γ
q
δ
ξp
；
[0025]RP
far(Pwave)
＝γ
ξ
γ
p
γ
q
；
[0026]RP
far(swave)
＝(γ
ξ
γ
p
‑
δ
ξp
)γ
q
；
[0027]式中，对某一测站j，当ξ＝x、p＝x、q＝x时，其对应的当ξ＝y、p＝y、q＝y时，其对应的当ξ＝z、p＝z、q＝z时，其对应的当ξ、p、q取同一方向时，δ
pq
、δ
ξq
、δ
ξp
等于1，否则为零；
[0028](9)给定冲击地压显现地点坐标Ψ＝[ψ
x
,ψ
y
,ψ
z
]，依据物理关系式正演确定围岩运动参数极值，公式如下：
[0029][0030]进一步地，所述步骤(4)中，利用基于微震定位算法求得发震时刻t0和震源位置[x0,y0,z0]，计算公式如下：
[0031][0032]式中，x0,y0,z0为震源坐标，为P波到达第j个测站的时间，α为震源至测站的P波传播速度。
[0033]进一步地，所述步骤(5)中，e的取值范围为1<e<3。
[0034]进一步地，所述步骤(8)和步骤(9)中，M
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微震监测信号确定冲击地点围岩运动参数极值的方法，其特征在于，具体步骤为：(1)导入m个测站记录的质点运动速度信号序列w
j
(i)，其中，j＝1
…
m,m>6，i＝1
…
n，n为微震信号的总采样点数，总采样点数的下限为保障记录震动信号的完整性所需要的点数，相邻采样点的采样时间间隔t
c
不超过2ms；(2)对质点运动速度信号序列w
j
(i)进行积分，得到测点的位移序列d
j
(i)；(3)绘制位移序列图，人工标记P波初至位置，形成P波初至到时序列(4)通过测量得到每个测站的空间坐标[x
j
,y
j
,z
j
]和震源至测站的P波传播速度α，利用基于微震定位算法求得发震时刻t0和震源位置[x0,y0,z0]；(5)设定震源至测站的S波波速为计算震源至探头的距离采用公式计算S波开始时间设定P波结束时间为设定S波持续时间长度为P波持续时间长度的e倍，利用公式计算S波的结束时间(6)利用时序列标记所有有效通道的S波波形，通过频谱分析确定震源拐角频率f
c
，得到震源时间函数利用公式计算震源破裂半径r0，其中K
c
为依赖于震源模型的常数；震源拐角频率f
c
采用下式计算：式中，D
j
(i)为S波震动波形位移频谱，X
j
(i)为S波震动波形速度频谱；(7)选择震源至探头的距离r
j
大于5倍震源破裂半径r0的远场测站，在其位移序列图d
j
(i)中，人工标记P波首波峰值位置形成P波首波位移峰值序列A
P
；(8)利用震源时间函数s(t)、序列A
P
、矩张量M之间物理关系式中远场P波的线性部分，采用线性最小二乘法反演求解矩张量M，具体算法如下：利用震源矩张量M
pq
与测站x＝[x
j
，y
j
，z
j
]上得到的位移u的物理关系式：中的远场P波部分
，采用线性最小二乘法反演求解矩张量M，式中，为震源时间函数s(t)对时间t的导数，当u
ξ
(x，t)取为远场P波首波位移峰值序列时，t满足取极大值，ρ为介质密度，r为震源距测站的距离，RP
near
、Rp
inter(P wave)
、RP
inter(S wave)
、RP
far(P wave)
、RP
far(S wave)
分别为近场、中场P波、中场S波、远场P波和远场S波辐射花样系数，ξ、p、q分别在x、y、z三个方向中取值：RP
nea...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩思园，陆强，蔡武，李慧，张汝佩，杨硕，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：