矿震震波传播规律的三维模型及其应用

针对目前矿震震波的传播模型尚不完善这一问题,通过分析矿震产生的机理,对矿震进行分类。同时建立矿震发生的三维激振模型,进而导出矿震波的传播模型。通过在矿震监测系统的应用表明,该模型有效提高了震级计算和定位计算的精度。模型的建立解释了矿震发生的机理。     

基于Matlab的矿震信号小波分析

矿井微震监测在防治冲击矿压方面已经成为一种有效的手段,它主要是通过布置在矿区范围内的矿震监测系统,记录到矿震震动波形,然后对矿震波形进行分析处理,从而确定矿震震源的位置和能量大小,以Matlab软件为平台,通过对矿震信号的小波分析,根据连续小波变换能检测到信号的突变点,从而能够确定矿震信号P波初动的时间;最后进行小波去噪,能有效地去除掉了矿震信号中的噪声信号。     

煤矿矿震类型及震动波传播规律研究

针对煤矿矿震分类缺乏定量化指标、矿震传播规律不清楚、危险性矿震难以判别等问题,综合采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法,对煤矿矿震进行了分类,通过UDEC数值模拟再现了震动波在节理岩体中的传播过程,结合微震监测数据,统计分析了矿震震动波传播过程中质点峰值速度和震动波能量的衰减规律,初步探讨了危险性矿震判别方法。结果表明:煤矿矿震可分为采动破裂型、巨厚覆岩型和高能矿震型3种,其中高能矿震型又可细分为煤体内爆型、顶板失稳型和断层活化型。根据矿震是否对井下人员或设备造成危害,又可将矿震分为正常矿震和危险性矿震2大类。矿震震动波传播受多种因素影响,煤岩体中的不连续面对震动波传播作用明显。揭示了不连续面对震动波应力传递的阻断机制:当震动波传递的应力与原岩应力叠加超过不连续面强度时,不连续面发生破坏,出现一定位移,介质的不连续性阻断了震动波应力传播。矿震传播过程中,质点峰值速度与震动波能量之间具有内在联系,峰值速度、能量均与传播距离呈负指数型关系。实测表明:某矿区实体煤区域和采空区区域的质点震动速度吸收系数分别为0.003 75和0.007 6,震动波能量吸收系数分别为0.007 5、0.015 2,2种区域内震动波衰减差异明显,不连续面对震动波传播影响显著,验证了数值模拟的正确性。     

矿山微震震源能量表达方法与应用研究

为了克服传统微震监测预报方法采用对微震事件发生频度、数量和定位上,不能从单一的微震事件上进行判断的技术弊端。借鉴于天然地震能量理论,提出了一种建立矿山微震震源能量求解的方法,并建立了震源点实际能量与微震监测能量的关系式。研究了以炸药当量表述微震震源能量,通过炸药当量与震级的关系,基于震源能量求出矿震震级。现场研究结果表明：微震震源能量对预测矿难、预报周期来压、卸压效果评价、构造地带活化评价以及地压异常区域的确立,有着较为显著的意义。研究结果表明建立微震震源能量与炸药用药量、矿震震级的关系可以定量计算微震事件释放能量的大小,为矿山灾害的预警提供一种新的评判标准,可用于指导矿山安全生产。     

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MATLAB的矿震定位方法

在煤体中P波的传播速度较S波快,且到达时间易于识别。基于此,以P波到达时间为主要依据,采用牛顿迭代法求解矿震震源定位的非线性方程,并利用MATLAB编写独立可执行文件对其进行程序实现。应用该程序对华丰煤矿的一次矿震事件进行震源定位,其定位结果与实际数值基本吻合,较为准确的测出震源的空间位置,相互得到验证,图形输出形象直观。     

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。     

综放工作面开采过程的矿震规律研究

以某煤矿SOS微震监测系统的监测数据为基础,运用数理统计和线形拟合的方法分类统计不同开采速度下不同能量级别的矿震的次数、震动能量,研究了综放工作面开采活动和矿震活动的相关性。研究结果表明:矿山震动是矿山开采的直接产物,低能量矿震的次数、能量与开采速度呈近线性正相关,而高能量矿震与开采速度呈非线性关系。开采速度越快,低能量矿震的震动次数和能量越高,而且相对高的能量成分所占比例显著增加。从而提出控制开采速度可以控制低能量矿震发生次数和释放能量,慢匀速开采能有效地减少矿震发生的次数。     

基于中长期微震时空特征的采动地压灾害风险分析

地压灾害风险动态评估与分析是制约深井安全高效开采的关键技术之一。针对某矿山千米以深开采地压灾害现状,通过分析矿山开采技术条件,设计并建立了深部地压灾害风险微震监测系统,开展了爆破定位标定试验,优化了重点监测区域系统速度模型,探究了矿山微震事件中长期时空分布规律,提出了基于微震监测的地压灾害风险分布特征。研究结果表明：采用纵波波速5400m/s、横波波速3200m/s,重点监测区域综合定位误差小于7.4m,满足矿山深部地压灾害风险监测需求;微震事件主要分布在施工及回采区域、隔离矿柱区域,微震活动与采动呈现正相关性;分析微震事件时序分布特征,II-1#矿带地压活动风险较大,红尖山易发生突发性、强度较大的地压事件。研究成果为该矿山深部地压灾害风险防控提供了数据支撑。     

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。     

基于层状波速模型的矿山微震定位方法

针对矿山微震定位精度不高的问题,提出采用层状波速模型来代替传统均匀波速模型。采用试射法射线追踪技术来计算微震波在介质中的传播路径,在此基础上,研究了层状波速模型中Geiger定位方法,提出了层状波速模型中Geiger法精确定位的算法流程。通过MATLAB编程,实现了该定位算法,并且数值测试了该定位算法的准确性。数值测试结果表明:不考虑噪声影响到时拾取精度的情况下,新算法的定位精度在1m以内;考虑噪声影响的情况下,新算法的定位误差为9.3m,而采用传统均匀波速模型的定位误差达到28.71m,远远大于新算法的误差。最后,将新算法应用在冬瓜山铜矿,通过对16个微震事件的定位分析,新算法的定位效果优于传统的定位方法,事件位置更加集中。     

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。     

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。     

矿山开采过程地压活动综合评价分析

以某金矿为研究对象,基于微震监测技术建立地压监测系统,对波速校正后定位结果进行验证,显示定位误差为3.9 m,较好地满足了安全监测需求,基于监测数据对矿山地压活动进行综合评价。监测结果表明,微震事件集中区域与生产集中区相吻合,对微震事件活动率、能量指数和累积视体积进行时间序列分析,揭示了岩体内部应力能量演化规律,并对微震事件参数幂律特征进行分析。研究结果表明,岩体视在刚度、受力水平均较小,微震事件以小震级为主。最终结合微震各参数分析结果,对地压活动进行综合评价,研究成果对类似矿山地压活动评价分析具有一定借鉴意义。     

基于台网布置动态修正和岩体波速动态计算的微震监测方法研究

针对矿山开采不同阶段因岩体空间结构、应力分布、各向异性等变化引起微震监测误差,本文提出了一种基于台网布置动态修正和岩体波速动态计算的矿用微震监测方法,采用动态计算岩体波速,弥补矿山采掘过程中岩体参数变化引起的波速误差,利用动态修正台网布置和岩体波速,实现高风险源的针对性监测,从而进一步提高微震监测及分析的准确性。     

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.