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。     

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。     

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。     

层状黑云变粒岩的波速模型及声发射定位新方法

为了提高层状黑云变粒岩破坏过程中声发射源的定位精度,建立了一种适用于该类岩石的各向异性波速声发射源定位方法。首先,通过波速测量结果构建了各向异性波速模型;然后,建立声发射定位目标函数,并采用直接网格搜索法进行优化求解;最后,通过单轴压缩条件下的层状黑云变粒岩声发射实验,对单一波速的传统定位法和该定位方法进行了验证。研究结果表明：该定位方法具有较高的精度,误差较单一波速的传统定位法减少了约4 mm,可以为研究层状黑云变粒岩破裂过程中裂纹时空演化规律提供技术基础。     

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。     

玲南金矿微震监测系统的建立及应用研究

针对玲南金矿深部开采过程中岩爆等地压灾害频发的现状,建立了深部微震监测系统以实现对岩体的连续监测和岩爆的实时预报。结合传感器布置原则和矿山工程条件,对微震监测系统进行台阵分析,计算微震事件的定位精度和系统的灵敏度,得到最优的传感器布置方案。采用定点爆破进行波速校正。定位结果表明,微震监测系统的平均定位误差为5.7 m,能够满足矿山微震监测的需要。基于玲南金矿的微震监测数据,对微震活动的时空演化规律及民采定位进行研究,取得了初步成果。     

基于时差定位线性算法和Geigei迭代算法的某铁矿声发射源定位精度分析

时差线性定位算法主要参考时间差时,波速等参数构建线性方程组进行代数方法的求解,该法原理和计算过程都较为简单,但缺点是方程组可能会出现无解导致定位计算失败。Geiger迭代定位算法在选取了合适迭代初值的基础上进行多次迭代,得到定位结果,其在原理上比时差线性定位算法更精确,本文对时差定位中的线性定位和Geiger迭代定位两种算法结合云南某大型铁矿的声发射监测系统监测到的声发射事件进行了分析,通过两种定位算法得到的定位结果误差对比分析来具体说明两种方法对于工程实际的适用性和精确度。     

矿山微震监测中震源定位新方法的应用

微震震源空间位置是微震监测的重要参数之一,提高微震震源定位精度一直是微震监测技术研究的重要内容。提出了一种基于震动波形的微震源定位新方法,能够有效避免传统方法中由于波速引起的误差,充分利用微震监测数据,快速准确的对微震震源进行定位。在建有微震监测系统的金山店铁矿对新方法进行验证,通过爆破模拟微震源,验证了该方法的可行性。     

寺河矿地面水力压裂裂缝扩展井地联合微震监测技术

为了评价寺河矿地面水力压裂的效果,采用井地联合微震监测技术,对压裂过程中裂缝的扩展进行了监测。监测结果表明:压裂产生的微震事件以压裂井为中心,呈均匀分散分布,没有明显的主方向;微震定位的高差约10 m,主要集中在煤层高度位置,采用井地联合监测,可提高和保证在高度方向上的定位精度,减小定位误差。     

某金属矿山微震监测系统建设与应用

为监测采空区围岩地压状况,某金属矿山设计并建设了一套微震监测系统。通过台网分析对设计方案进行了优化,并经过波速校正获得定位误差满足定位精度要求的速度模型。3个月的矿山微震事件监测数据分析结果表明,微震事件的时空聚集状态可用于表征空区围岩的破裂发育程度,深部集中爆破作业是影响浅部采空区岩体稳定性的主要因素,矿山需对微震事件聚集区加强巡查,并对已经有变形垮塌的区域进行及时治理。     

非均匀介质条件下矿震震波三维传播模型构建及其应用

为了研究速度模型对矿震定位误差的影响,基于惠更斯原理建立了矿震波在层状非均匀介质中的三维传播模型,通过现场爆破振动试验,采用矿山微震定位监测系统进行监测。对矿震震波的正演建立了矿震震波传播的三维波动方程,并给出了矿震波在介质分界面上传播速度计算公式,由此对经典线性定位方法进行合理改进,使得基于均匀介质的线性定位方法适合于非均匀分层介质。将理论推导结果应用于矿山微震监测定位系统中,进行实际矿震定位计算。试验表明,速度模型对定位的影响较大,运用所建立的三维传播模型应用于矿震定位,有效提高了定位精度。     

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.     

基于改进谱聚类和交叉标注的多人员指纹定位方法

在目前矿井集中式人员定位方法精度与运行效率较低的背景下,文中分析了分布式矿井定位系统模型构建的必要性与算法要求,将现今较为先进的机器学习谱聚类算法使用图论的方法进行了算法改进,分析了运用切比雪夫多项式估计方法完成图谱滤波器与特征值的运算简化过程,构建了一套与矿井定位要求相匹配的改进谱聚类算法。结合矿井具体定位应用过程,分析了传统定位指纹数据收集方式的局限性,提出多人员定位指纹数据交叉标注技术,在数据采集与算法运行两个层面提高了矿井人员定位系统的整体精度,从根本上改进了定位时效性。     

自震式微震监测技术及其在浅埋煤层动载矿压预测中的应用

震源定位是利用微震监测技术研究煤岩体破裂机制、分析矿震活动规律、预测煤岩动力灾害的基础。为了提高微震监测系统的定位精度,提出一种自震式微震监测技术,利用自激震源发射震动信号反演监测区域波速场,再将反演的波速场应用于微震定位计算。根据自震式微震监测技术研发出KJ768煤矿微震监测系统。在一定的拾振器网度和空间布置条件下,通过煤矿井下定点爆破和同类监测系统对比试验,测得KJ768微震监测系统的定位误差小于10 m。基于开发的KJ768煤矿微震监测系统开展浅埋煤层动载矿压预测,通过现场实测,研究微震监测结果和工作面矿压观测结果的关联关系,选定微震事件数和微震总能量作为周期来压和动载矿压的监测预警指标,并确定了预警阈值,准确预测了3次动载矿压和近20次周期来压,为防治异常矿压显现提供了借鉴。     

改进型质心算法在井下人员定位中的应用

井下人员定位对于煤矿的安全管理和应急救援都非常重要,由于井下环境复杂,而质心定位算法受环境影响较小,因此在无线传感网络的节点定位中广泛应用。但传统质心算法精度较差,针对这种情况提出了一种改进质心定位算法,采用遗传算法对权值进行优化。仿真结果表明,经过遗传算法优化后,定位精度优于传统的质心算法。