基于单纯形-最短路径射线追踪的微震震源混合定位算法

震源定位精度是评价微震监测效果的最重要指标。最短路径射线追踪法是一种求解复杂速度模型下地震波走时场及检源路径的算法,是一种重要的地震波走时正演方法。本文将该方法引入到矿山微震监测领域,与基于平均速度模型的常规单纯形定位方法相结合,建立了单纯形-最短路径射线追踪混合定位算法。首先采用最短路径射线追踪方法,计算观测系统中每个检波点到潜在震源点的反向射线路径及走时;然后基于均匀速度模型,采用单纯形算法计算得到一个初始解;最后在初始解的一个小区间内,计算各节点"走时-到时"差之和,取求和值最小值对应的节点作为震源点。层状速度模型和空区速度模型正演模拟实验表明,最短路径射线追踪方法计算得到的检源路径符合地震波传播基本规律。基于神东某矿31101工作面坚硬顶板压裂案例,以标定炮为参考,新方法定位误差4.35m,常规单纯形方法定位误差为19.63m;该方法可为层状及含空区等复杂地层微震监测等提供重要的理论支撑和技术支撑。     

基于奇异值分解法的古山矿微震系统监测能力优化

微震监测系统已成为古山煤矿矿山动力灾害的主要监测手段。为了保证微震系统定位和能量计算的准确性,采用奇异值分解法对古山煤矿微震监测系统的现用台网监测能力进行评价,从而发现了微震系统定位误差较大区域,由此制定监测系统优化方案,并对微震系统的台网布置进行优化。最后采用现场爆破试验对优化结果进行校验,结果表明微震系统的监测误差明显下降。     

井上下微震联合监测震源垂直定位精度优化研究

震源垂直定位位置是煤矿冲击地压机理研究的重要基础数据,对冲击地压灾害的监测与防治研究具有重要意义。对于近水平煤层工作面,由于各微震台站之间高差较小,导致在进行震源定位计算时,震源参数的偏微分矩阵接近奇异,迭代计算无法收敛到准确解。对台站合理高差和无高差两种情况下的煤矿微震台网进行仿真模拟,结果表明当台网内台站处于同一水平面时,震源垂直位置的定位误差较大。为了解决这个难题,笔者在井下微震监测台站的基础上,增加了地面微震监测台站,形成井上下联合监测台网,有效优化了微震监测台网的空间结构,尤其是台站在垂直方向上的分布效果。对红庆河的微震数据进行分析可知对于2次方的微震事件,井上下联合监测系统的监测效能可达90%,3次方及以上的微震事件可达100%。通过对比10组井下断顶爆破引发的微震事件数据,发现井下微震监测系统定位结果基本位于煤层上方30 m的封孔范围内,井上下微震联合监测系统定位结果基本位于煤层上方30～60 m的爆破孔装药长度范围内;与单纯利用井下监测台站的定位结果相比,井上下微震联合监测系统的定位结果普遍距离真实震源更近,表明地面监测台站的加入有效提高了震源的垂直定位精度,解决了近水平煤层微震事件垂直定位误差较大的问题。     

微地震事件定位中地震波走时计算研究

在微地震事件的定位中地震波到时读数的准确性对定位效率和精度起着至关重要的作用。本文主要任务是建立速度结构模型,利用Visual C++实现计算从震源到台站的走时,并且利用OpenGL强大的绘图功能把三维射线路径在模型中表现出来;把计算出的走时与观测走时进行残差的最小二乘法求解,从而对震源参数进行修正,并评价定位效果。     

张集煤矿突水危险域微震监测系统应用

依据张集煤矿1612A工作面的突水危险域及开采施工特点,优化提出了利用锚杆作为传导岩体破微裂信号介质,并采用锚杆焊接、锚固剂锚固螺栓等手段在瓦斯矿井合理安装微震监测传感器的方法,实现了对张集煤矿突水危险域的实时监控。利用实时波形数据及微震事件定位结果对该方法进行了验证。结果表明:工作面推进速度与监测得到的工作面顶底板微震事件定位结果相同,微震定位的底抽巷巷内异常点与现场抽水泵位置基本一致,验证了采用优化设计方法的合理性与准确性。     

微震震源定位可靠性综合评价模型

微震震源定位受定位方法、微震台网布置、波速模型和到时等因素的影响,单一指标很难对震源定位结果进行全面评价,因此提出了一种包含事件残差指标、敏感度指标和触发序列指标的震源定位可靠性综合评价方法。采用改进的L1范数统计准则计算微震事件残差,并根据事件残差的取值范围确定了可评价震源定位精度的事件残差指标;根据给定波速误差后震源定位结果之间差值的大小,提出了敏感度指标,主要对定位稳定性进行评价;基于观测触发序列和计算触发序列匹配度,并结合微震台网布置和有效传感器数量,提出了触发序列指标,该指标能够同时反映定位精度和稳定性;综合以上3种评价指标,建立了微震震源定位可靠性综合评价模型。通过现场试验验证,表明该模型能够对定位精度和稳定性进行全面有效评价,评价结果可以作为衡量微震监测系统定位可靠性的实用依据。     

大采高综放面底板破坏深度的高精度微震监测研究

煤矿底板突水事故严重威胁着矿井的安全生产,煤层采动引起底板隔水层破坏是诱发突水的重要原因,而进行底板破坏深度探测是预防突水的有效技术手段。以何家堡煤矿为例,将高精度ARAMIS M/E微震监测技术应用于特厚煤层大采高综放面的底板破坏中,首先在工作面两侧巷道的底板锚杆上以菱形方式布置6个检波器探头,然后用最小二乘法选择最佳波速参数,用振动持续时间法计算微震能量,最终通过分析微震事件的能量、频次和密集程度确定煤层底板岩体的破坏范围。为探讨微震监测底板破坏深度的准确性,采用塑性力学中解析法进行理论计算。结果表明,微震监测技术与理论计算结果较接近,验证了微震监测应用于探测底板破坏深度的可靠性。     

采空区微震高精度定位方法研究

当前微震监测系统在矿山采空区震源定位误差较大,严重影响了后期的处理解释、安全评价、巷道支护设计。针对这一现状,本文采用基于迭代初值的震源定位方法得到初始定位结果,根据监测台站与重点监测区域间距、监测台站微震信号信噪比设置相应权重参数进行重定位,采用矿山现场数据进行IMS微震监测系统定位结果和本文定位结果对标,结果表明,基于迭代初值的分权重震源定位方法得到的定位结果更可靠,准确匹配矿山采动过程中危险源所在区域。     

基于未确知聚类法的底板采动破坏深度动态预测

根据微震监测结果,利用未确知聚类优化法,选取采深、煤层倾角、采厚、构造影响程度4个主要影响因素作为判别指标,建立煤矿底板采动破坏深度动态预测模型。利用微震实测的18组数据作为训练样本,以样本均值为聚类中心,采用信息熵理论确定各判别指标的权重,通过计算样本的多指标综合测度与所属类别样本均值乘积之和获得底板采动破坏深度的预测值,并对样本数据进行逐一检验。为进一步验证该方法的可靠性,另选5组样本进行预测,将预测值与微震实测结果做了比较。研究结果表明:底板采动破坏深度的预测值与实测值的平均相对误差不超过1%,底板采动破坏深度动态预测模型是可靠实用的,可以在同类矿山进行推广应用。     

微震初至波在岩层中的传播路径研究

为了合理解释微震初至波在岩层中传播路径,提高微震监测系统的监测精度,从现场微震波传播异常现象出发,利用地震波基础理论,分别以微震初至波在单一岩层和过岩层分界面的传播方式及路径建立了模型,着重分析了过岩层分界面时,震源与拾震器位于同一岩层中以及位于不同岩层中微震初至波的传播路径。在此基础上,优化了微震监测系统拾震器的布置原则,通过现场校检,微震监测系统水平方向定位误差由优化前的37郾 5 m降到5郾 7 m,垂直方向定位误差由33郾 4 m降低到3郾 0 m,一定程度上解决了微震波传播异常现象。     

基于波速反演微震监测系统的设计与应用

为了进一步提高微震监测系统的定位精度,提出并设计了一种基于波速反演的微震监测系统。通过频率可调、激振力可控的自激震源及配套的波速反演算法,实现微震定位前波速场的反演与校正,之后用校正后的波速场定位煤岩体破裂产生的微震事件,文中介绍了系统的组成,分站、传感器、自激震源的设计及波速反演的算法。通过煤矿井下定点爆破对比试验结论表明:基于波速反演的微震监测系统的三个方向的定位误差均小于10m,且均优于波兰ARAMIS微震监测系统与加拿大ESG无波速反演功能的传统微震监测系统,为进一步提高微震系统的定位精度提供了新的思路及实现方案。     

Solution and simulation algorithm of microseismic events location to three-dimensional model by comprehensive location method based on Matlab

The essential for microseismic monitoring is fast and accurate calculation of seismic wave source location. The precision of most traditional microseismic monitoring processes of mines, using TDOA location method in two-dimensional space to position the microseismic events, as well as the accuracy of positioning microseismic events, may be reduced by the two-dimensional model and simple method, and ill-conditioned equations produced by TDOA location method will increase the positioning error. This article, based on inversion theory, studies the mathematical model of TDOA location method, polarization analysis location method, and comprehensive difference location method of adding angle factor in the traditional TDOA location method. The feasibility of three methods is verified by numerical simulation and analysis of the positioning error of them. The results show that the comprehensive location method of adding angle difference has strong positioning stability and high positioning accuracy, and it may reduce the impact effectively about ill-conditioned equations to positioning results. Comprehensive location method with the data of actual measure may get better positioning results.     

基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法

针对经典定位方法中存在的求解系统发散、定位精度低和定位受微震台网影响大等问题,采用L1范数统计对微震震源定位进行残差分析,推导得到了基于L1范数统计的事件残差计算公式;提出了微震震源定位的误差空间概念,它的实质是微震监测区域中事件残差对震源定位误差的反映;将震源的时间维数从误差空间中分离出去,建立了基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法,该方法不仅对到时和波速等输入数据中误差较大的离群点具有较高的抗干扰性,而且在震源求解时不会发生发散问题,具有很好的稳定性和强健性;通过现场爆破实验对算法的优越性进行了验证。研究结果表明:基于L1范数统计的单纯形算法震源定位结果稳定,定位精度高;而且算法受震源和微震台网相对位置影响较小,能够有效抵抗微震台网扩散效应对震源定位的影响,保证了台网边缘或外部震源定位的稳定性和精度;另外它还能够降低微震台网在方向控制上对定位精度的影响,提高了垂直方向上的震源定位精度。     

微地震监测技术在回采工作面矿压显现规律中的应用

工作面回采导致上覆岩层破坏,上覆岩层的破坏与煤矿顶底板突水、冲击地压、煤与瓦斯突出等事故发生密切相关,对回采工作面矿压显现规律的研究是保障煤炭安全开采的关键之一。回采工作面在覆岩破坏过程中,由于应变能的释放,产生相应强度较弱的地震波（微地震波）。微地震监测技术能够实现实时动态三维空间的整体监测。对鲁西煤矿3_上107工作面回采过程中覆岩破坏产生的微地震事件进行了监测,通过对监测到的微地震事件定位计算,证实微地震发展演化与采场覆岩破坏密切相关。鲁西煤矿3_上107工作面矿压显现规律的微地震监测分析表明,顶板来压时微地震事件数达到高峰,顶板的来压完成时微地震事件数下降,据此得出3_上107工作面基本顶来压步距为23.3 m。与通过现场实测得出的基本顶来压步距24.3 m基本吻合,说明采用微地震监测技术研究回采工作面显现规律是可行的,从而为回采工作面矿压显现规律的研究提供了一种新的技术途径。     

采煤工作面拟2.5维地震速度层析成像方法

二维地震速度层析是探测采煤工作面内地质构造的方法之一。该方法把双巷道间空间简化为水平面,未能考虑煤层的倾角。提出拟2. 5维的地震速度层析的技术方案,即将二维反演的平面模型改为板状模型并程序实现。通过数值模拟技术及现场实验,得到不同倾角煤层的双巷透射地震数据,实现了二维和拟2. 5维地震速度层析成像。对比分析结果认为:二维速度层析在高倾角煤层探测中,存在较大误差;拟2. 5维地震速度层析方法基本消除了双巷高程的影响,速度异常区与地质构造更加吻合;拟2. 5维地震波速度层析成像加入了高程参数,使得射线追踪的旅行路径更加准确,速度计算结果更符合实际。     

基于双模式反演方法的煤系地层顶底板岩性识别——以寺河矿区3号煤层为例

为了提高寺河矿区 " 号煤层顶底板岩性的划分精度"开展了基于波阻抗和自然伽马拟声 波阻抗双模式反演方法识别煤系地层顶底板岩性的研究"对 " 号煤层顶底板岩性进行了测井曲 线响应特征分析"利用分析结果定性找出划分顶底板岩性的两种参数!!!波阻抗和自然伽马# 结合寺河矿区 " 号煤层数据作波阻抗 *自然伽马交会图"定量找出波阻抗与自然伽马的取值范 围# 结果显示"相比于常规波阻抗反演方法"利用波阻抗和自然伽马拟声波阻抗双模式反演方法 能够更准确地划分煤层顶底板岩性#     

煤矿震动波CT反演技术的应用与分析

为解决3105工作面矿压显现的安全隐患,基于震动波CT反演技术对3105工作面进行震动波CT探测,通过实时监测3105工作面区域的震源分布,形成高密度射线穿过煤层,生成大范围、高分辨率的波速反演云图,结合煤(岩)体内震动波速与应力的耦合关系,确定了3105工作面区域内的应力分布情况.经过微震法、钻屑法验证,震动波CT反...     

华亭煤矿强矿压力学机制与防治对策

为从机理上认识和防治华亭煤矿强矿压,应用震源机制解答方法反演强矿压岩体破裂机制,结合现场地应力测量、微震监测、现场调查、采矿活动分析和理论分析等技术途径,验证震源机制解答方法的可靠性,分析强矿压成因,制定强矿压防治策略。研究得出如下认识：震源机制解答方法反演煤矿采动岩体破裂机制的应用效果较好;华亭煤矿强矿压频发的主要原因是水平应力强度高、最大主应力方向与巷道走向大角度相交、厚层砂岩大面积悬顶、底煤厚度大且冲击倾向性强;防治此类强矿压发生的主要途径是工作面设计应避开最大主应力方向与巷道走向大角度相交、先开采底板抗冲击性能较好的下分层、顶板预裂卸掉垂向采动应力和巷道钻孔、切槽断底。     

Strata反演技术及其在煤矿采区岩性描述中的应用

地震波阻抗反演是岩性地震勘探的重要手段之一。利用钻孔测井数据纵向分辨率很高的有利条件,对井旁地震资料进行约束反演,并在此基础上对孔间地震资料进行反演,利用三维地震资料具有大面积密集采集信息的优势,从平面和立体角度研究煤层厚度及顶底板的岩性变化,推断煤系地层岩性在平面上的变化,大大提高了三维地震资料的纵横向分辨率及对地质问题的研究程度。该文介绍了Strata反演软件的原理和流程,通过实际煤矿采区地震勘探资料的处理与分析,在大量统计数据的基础上,建立了不同岩性与波阻抗之间的解释标准,说明了该方法在岩性描述中的良好应用与成果。