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。     

微震波自动拾取与多通道联合定位优化

依托河北某煤矿的科研项目,进行了以微震波初始到时自动拾取和高精度定位为目的的研究。在采用经验模态分解（EMD）法消噪、滤波的前提下,通过改进传统滑动时窗能量法,加入边界检测因子和稳定因子约束,实现对“起跳模糊、起跳不干脆以及背景干扰过大”波形到时的准确拾取。建立多通道内微震波的联合识别体系,提出利用“到时-振幅”与“时-距差速度”判断法剔除异常波形,拾取有效微震事件。现场监测数据验证表明,以改进滑动时窗能量法拾取初始到时,可有效拾取到时不清晰波形的到时,减少因人工拾取带来的误差;通过多通道内波形的联合识别、定位,削弱“远波先至”、“到时紊乱”等异常事件的干扰,实现了对震源的高精度定位。     

微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望

微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、矿震活动性规律、冲击地压微震监测预警等方面取得了一系列研究成果;在煤与瓦斯突出、突水、煤岩水力压裂、井下救援的微震监测方面进行了初步研究和探索,并取得了一些有益研究结果。然而煤矿微震监测仍然有很多问题需要进行系统深入研究,主要包含如下：煤岩不同破坏类型,特别是流体作用或参与下的微震波形信号特征;高精度的微震信号自动识别和到时自动拾取;基于微震监测的被动成像理论与技术;煤岩动力灾害前兆信息智能感知和多元信息融合监控预警体系;煤岩水力压裂裂缝微震监测与定位成像技术等。同时还应加快发展和完善具有自主知识产权的高性能、高精度、高可靠性的微震监测系统。     

分形计盒维数的微震波初至自动识别

微震波初至到时的自动拾取是实现微震震源定位的技术难点,也是微震监测数据处理的关键技术之一。在分形原理和计盒维数的基础上,建立了分形计盒维数模型,对不同类型的微震波初至到时的计盒维数特征进行分析和描述,并针对不同微震波时间序列进行分析和研究,提出了分形计盒维数自动识别微震波初至到时的具体方法,利用分形盒维数法对具有不同噪声信号的微震波初至到时进行了研究,提高了自动拾取结果的准确性。研究结果表明,典型的信噪比高的微震波,到时自动拾取的结果与手工拾取的结果基本一致;信噪比低和到时点不清晰的微震波自动拾取必须先经过小波分析后应用计盒维数法来识别。     

煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件开发研究

针对煤岩体水力压裂诱发波形到时拾取不准、裂缝定位效果差的问题,研究提出了STA/LTA与AIC联合到时拾取方法及单纯形定位方法。在搭建软件总体架构的基础上,采用python言语与Visual Studio Code编辑器,将波形到时拾取、震源定位算法及相应功能程序化,设计开发了煤矿煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件。在实验室内开展原煤真三轴水力压裂实验,将采集的数据输入软件,进行波形到时拾取与破裂源定位,验证该软件的可靠性与先进性。结果表明：该软件可拾取波形的精确到时,进行破裂定位,达到了刻画煤岩体水压裂缝空间形态的目的,这对于现场水力压裂裂缝监测及优化设计压裂方案具有重要意义。     

基于改进小波阈值去噪与分形盒维数的矿山微震初至波到时拾取研究

微震初至波到时精确拾取是提高震源定位精度的关键因素。针对传统初至波到时拾取算法易受信噪比影响而检测不准的问题，基于小波变换多尺度分析与分形盒维数描述信号复杂性和不规则性的特点，提出了一种改进型小波阈值去噪与分形盒维数拾取相结合的微震初至波到时高精度拾取算法。该算法通过构造一个可调参数阈值函数来确定阈值和选取自适应阈值规则，对微震信号进行有效降噪，在计算盒维数曲线提取到时，实现了初至波到时的精确检测。试验结果表明，所提算法在低信噪比条件下，微震初至波到时拾取精度优于3.6 ms,拾取精度相比传统能量比法和赤池信息准则法有明显提高。     

微震P波到时拾取的PAI-k-MFV算法改进及应用

为了充分发挥PAI-k-MFV算法参数自适应的优势,同时提高P波到时正确拾取率和拾取精度,通过引入STA/LTA算法和改进MFV准则,对PAI-k-MFV算法进行改进。首先,根据预先设置的时窗长度和置信概率的取值范围及步长,采用PAI-k算法拾取得到一组P波到时集;然后,运用STA/LTA算法初步计算P波到时区间,并将到时集中不在该区间内的到时元素剔除,得到更新后的到时集;最后,在新到时集的基础上,根据改进的最大频遇值(MMFV)准则最终确定P波到时。改进算法继承了PAI-k-MFV算法的参数自适应优点,无需人为调整太多参数,同时能够有效克服原MFV准则容易失效和拾取点滞后真实到时点等问题。对比其他算法,改进算法在拾取背景噪声段有强噪声的微震信号和弱微震信号P波到时具有明显优势。利用改进算法和PAI-k-MFV算法拾取冬瓜山铜矿115个实测低信噪比微震信号的P波到时,以人工拾取结果为参考标准,误差在5ms以内(对应30个采样点)视为正确拾取,结果显示:改进算法正确拾取率为96.52%,正确拾取的到时误差绝对值均值为1.1 ms,标准差为1.0 ms;较PAI-k-MFV算法,正确拾取率和拾取精度都大幅度提高。     

基于ITD算法的微震信号到时精确拾取

基于固有时间尺度分解（ITD）及其精确提取的瞬时振幅和瞬时频率信息,对信号时频去噪的基础上,应用长短时均值比例函数（STA/LTA）和瞬时频率信息,构建了一种精确拾取初至震相到时的方法。对监测的微地震信号初至波到时拾取应用表明,提出方法较采用最优基小波包去噪信号经小波变换分解的单尺度信号拾取到时有效拾取率和可靠性高。     

基于固有时间尺度分解算法的微震信号去噪

针对微震信号的非平稳宽频带特征,采用环境噪声层相关阈值,基于固有时间尺度分解(ITD),建立了一种高效的去噪算法。与小波变换为基础的去噪对比结果表明,ITD算法去噪彻底,去噪波形与原始波形峰值位置精确一致、到时突变细节保留完整,适用于对初至波到时精确拾取和判断。     

基于Allen算法微震信号P波初至及其自适应识别

微震监测工程尺度是指监测范围在几米到几百米之间,该尺度下将Allen算法引入到微震领域时需调整该算法参数,以达到最佳拾取效果,从而提高微震定位精度。为此,提出一种基于Allen算法的微震信号P波初至及其自适应识别的方法:首先依据信噪比建立微震信号拾取信息数据库,再结合粒子群算法和拾取评价模型自动选取Allen关键参数;并建立了拾取过程中参数动态反馈修正机制,依靠拾取实例不断扩充和更新数据库Allen算法参数。研究结果表明:该方法能针对不同信号自适应选取微震信号Allen算法最优参数,能克服人工统计的耗时低效,更为准确的从实时监测数据中拾取微震信号及其P波初至,提高微震监测定位精度和数据处理效率,为岩爆、矿震等地质灾害的及时预报提供可靠的数据支持。     

露天矿无线微震监测系统建设及应用分析

我国露天矿逐步进入深部凹陷开采阶段,高陡边坡数量日益增多,滑坡事故已成为露天矿安全生产的重大隐患安全隐患,严重威胁矿山安全生产。微震监测技术作为一种覆盖全矿的有效边坡监测预警手段已被行业广泛认可。通过岩体微破裂感知、弱信号提取、无线传输、数据处理分析等技术形成了无线微震监测方案,在某露天矿完成了无线微震监测系统建设,采用长短时窗结合AIC方法实现了波形到时自动拾取,采用台网自动优选震源定位方法实现了震源自动定位,经爆破验证,台网内震源定位误差为8.15%,台网边缘震源定位误差为8.28%,满足某露天矿危险源震源定位精度要求,实时有效地保障了矿山安全生产。     

三山岛金矿新立矿区微震系统设计及应用

根据三山岛金矿新立矿区实际生产作业情况,布置了高灵敏度拾震传感器,搭建了微震监测系统平台,采用微震监测技术进行深部矿床地压监测;分析了拾取到时波形,在上位机进行了定位计算。系统建成以来,运行良好,提高了井下生产作业的安全性,有效地预防了井下岩爆突水事故的发生,取得了良好的经济效益和社会效益。     

低信噪比微震P波震相初至自动拾取方法

针对微震信号固有的低信噪比、非平稳性、随机性等特征,发展了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)和AIC准则相结合的震相初至自动拾取方法,该方法首先对含噪信号进行经验模态分解(EMD)及内蕴模态函数(IMF)重构,在保留微震信号固有特征基础上实现降噪;其次,基于Hilbert变换计算出归一化包络信号,通过设置包络阈值搜索震相初至的大致位置,并以该位置为基础为AIC函数选择合适的计算时窗以降低计算复杂度;最后,在选择的时窗内应用AIC准则计算出P波震相初至。应用该方法对随机选取的高、低信噪比两类共80个微震信号进行震相初至拾取,若以人工拾取结果为基准、时差在10 ms以内视为准确拾取,结果显示,高信噪比信号拾取准确率为100%,低信噪比信号拾取准确率为92%。     

提高深部开采微震事件定位精度的研究

分析了影响微震事件定位精度的因素,认为在给定速度模型的条件下,定位精度则主要依赖于事件波形到时读数的准确性和震源与拾震器之间的几何形状.结合现场的实际工程条件,进行了拾震器的优化布置,通过对事件波形的降噪处理,提高了P波、S波初至标定的准确性,进而提高了矿山微震事件定位的精度.     

单事件多通道微震波形的特征提取与联合识别研究

通过对矿山现场数据的处理分析,提出一种基于微震单事件的多通道联合识别方法,建立了"初步判断"、"联合识别"及"优化判断"的微震波形识别机制。对矿山微地震信号进行滤波等预处理,采用经典STA/LTA算法拾取波形的到时与终时,截取整个信号中的有效部分,并进行波形校正;建立波形的频谱特征(f)、时长(L)、振幅特征(A)、振幅分布(AD)、门限阈值特征(TS)及互相关特征(R)的定量描述方法,并求取相应的特征值;分层次对有效岩石破裂波形进行有效性判断与识别,优化选取最终定位通道。以山东某矿的一次微震事件为例对该方法进行了验证研究。结果表明,该方法能够有效提取波形的特征,并能实现对单事件多通道波形电磁干扰、底部噪声等的快速分类识别,识别精度满足现场应用需求。     

基于PTP和RTC的煤矿微震监测系统及应用

为提高煤矿微震监测系统的震源定位精度,结合煤矿实际情况,研制一套具有自主知识产权的高精度煤矿微震监测系统。该系统井下布置多台分站,通过分站采集拾震传感器信号,然后分站通过以太环网将数据上传到地面主机。系统采用PTP(Precision Time Protocol)网络精密时钟同步协议给分站授时作为时间基准,同时采用RTC(Real Time Clock)作为PTP时钟的补充时钟,主机通过对拾取震动波的阈值、时窗和相关有效触发道数判断,对微震事件进行自动识别。系统运行情况表明,监测结果与实际现场情况较吻合,定位结果具有小于10m的精度。     

微震定位原理与实现

根据震源定位的基本算法,编制了基于M atlab的震源定位程序。用实际工程中监测到的微震数据进行震源定位,展示了震源点分布的三维图像,定位结果与震源实际位置和S irose is软件的定位结果进行比较,验证了本程序的实用性。介绍了微地震监测技术及其研究现状。采用P波到时为主要指标,对监测到的地震波形进行分析,讨论了数据优化组合的方式及其对定位精度的影响。详细介绍了微震定位算法、及其实现过程和实现结果,分析了定位误差的原因。     

基于TFA-DC到时拾取的双震相微震震源定位方法

针对双震相定位中S波初至到时拾取困难的问题,提出了同时使用由基于时频分析的下山比较法(TFA-DC方法)所得P波精确到时与S波峰值到时的双震相定位方法(TD-DL方法)。引入计算发震时刻估计值的双震相目标函数,将其中双震相波速整合为震相传播速度,并与震源坐标一同作为未知量代入粒子群算法中进行计算,以此同TFA-DC方法组成了TD-DL方法。利用TFA-DC方法拾取P波到时与S波到时的特点,结合模型试验下2种单震相与TD-DL方法的定位结果分析,获取了单、双震相定位之间的区别与联系,并论证了该方法提高定位精度的原理。通过对比矿震信号下2种单震相与TD-DL方法在定位精确度与稳定性方面的优劣,对该方法的优越性进行了验证。结果表明：由于S波到时约束信息的增加以及目标函数的最小值趋向作用,TD-DL方法提高了对检波器坐标、双震相到时等已知信息的统合能力,使其定位结果趋于2种单震相定位结果较真实震源误差更小的一方,并且利用TFA-DC方法对于P波与S波拾取到时的偏移关系,在一定程度上抵消了P波、S波单震相计算所得的定位误差,从而达到提高震源反演定位精度的效果;模型试验下TD-DL方法定位误差平均...     

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。     

基于EEMD_Hankel_SVD的矿山微震信号降噪方法

针对矿山微震信号降噪,提出了一种基于EEMD_Hankel_SVD(集合经验模态分解_Hankel矩阵_奇异值分解)的微震信号降噪方法。首先采用EEMD获得多层模态分量,计算各模态分量与原始信号的相关系数,剔除第一个相关系数差值局部最大值前的模态分量。对剩余各模态分量分别构建Hankel矩阵,再计算各Hankel矩阵的奇异值矩阵。根据奇异值曲线划分信号空间和噪声空间,实现剩余各模态分量的降噪,进而对降噪后的模态分量相加得到降噪信号。仿真试验表明该方法能有效保留信号的局部特征,提高了信噪比;矿山微震信号应用表明该方法有效地提高了STA/LTA,PAI-K和AIC法P波初至拾取效果;仿真试验和矿山微震信号P波拾取均表明该方法降噪效果优于小波重构、EMD重构和Hankel_SVD降噪,且该方法与AIC法结合拾取效果最佳。