一种矿山地压微震监测预警系统的算法的制作方法

本发明涉及微地震监测技术领域，具体是一种矿山地压微震监测预警系统的算法。

背景技术：

矿山只要有开拓和开采活动，就会有地压产生。矿山开采过程中，由于矿山岩体弹性变型瞬间释放而产生的突然剧烈破坏的动力现象称为“地压”。地压的发生，实际上就是应力集中和应力释放过程，也是应力由平衡到不平衡的发展过程，每次由平衡到不平衡然后达到新的相对平衡，这个过程就是地压显现，伴随着矿山岩体内部应力和位移的不断变化，当岩体应力达到极限时，冲击地压就有可能发生。

矿山地压监测方法和手段很多，位移、离层、应力、微震都是监测的手段和方法。不论是那种监测方法都是获取的一个测点的信息，有一定局限性和不确定性。想准确的预警风险区域都是比较困难，特别是预报冲击地压的发生区域，更是没有可靠的方法和手段。

地压监测通常采用位移、应力和微震方法。位移是测定岩体移动数量，用移动数量判断风险大小；应力是测定矿柱应对压力的数值，根据数值判断风险大小；微震是测定岩体断裂点发生的震源能量，根据能量判断风险的大小。位移、应力和微震都是测定的是一个点变换，无法通过测点变换判断区域风险大小。

地压是井下开拓开采活动中最为常见的岩体力学现象，地压表现是冒顶、片帮、采场坍塌，强烈时表现为岩爆或冲击地压，危害极大。当前对于冲击地压的预测预判主要依据地质条件和开拓开采部署以及位移、应力及微震事件能量监测数据进行人为判断评估，这种人为的主观认识与人的认识水平直接相关，扰动区域无法确定。因此不确定因素太大，准确程度不高，对采取措施的地点盲目性大。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种矿山地压微震监测预警系统的算法，可以通过运算把握区域地压风险等级，客观的反映岩体扰动的现状，可以有针对性的采取措施。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种矿山地压微震监测预警系统的算法，是以事件为质心、以质心为半径，运算球体内事件数量和事件频率来确定该区域风险等级，具体步骤如下：

设事件能量大小为e，规定区域内事件发生累计总次数为t，单日发生的次数为d,则能量等级函数定义为g＝f(e,t,d)，其中函数定义域为：e∈[0,+∝]，t∈n，d∈n，其中n为自然数集合，函数值域为：g∈{1，2，3，4}，函数映射关系g＝f(e,t,d)如下：

一，当时，g＝f(e,t,d)＝1，则风险等级为一级；

二，当时，g＝f(e,t,d)＝2，则风险等级为二级；

三，当时，g＝f(e,t,d)＝3，则风险等级为三级；

四，当e≤10²，时，g＝f(e,t,d)＝4，则风险等级为四级。

作为本发明的进一步改进，所述事件为地压微震事件，由微震监测传感器测得，所述微震监测传感器的布置是沿矿井运输大巷、轨道或运输上下山、工作面轨道运输和皮带机运输巷道每隔1300m～1500m,半径650～750m，在顶板或地板岩体内布置一个传感器。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明用微震传感器监测，通过运算把握区域地压风险等级，客观的反映岩体扰动的现状，准确程度高，扰动性最大的区域可以坐标确定，对于有针对性的采取措施有着重大意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的判别准则表；

图2为某矿区微震数据显示图；

图3为震动波传递杆和传感器固接示意图。

1.矿井口，2.微震监测传感器，3.事件，4.设置框，5.结果显示框。

具体实施方式

为了本发明的技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于理解本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先介绍一下地压，地压特别是冲击地压的形成有三个基本规律，一是，冲击倾向性内在因素，一般说采婶越大地压越大，地压还与井田构造和水文地质条件有关，工程地质条件和水文地质条件与成矿过程和地壳运动相关，属自然因素，我们把这种自然因素构成的条件称为内在因素；二是，应力集中与动态扰动动力学因素，矿山开拓和生产过程中由于空间的不断变换，会使应力发生集中、分散、再集中反复变化的过程，这个过程就是岩体动态扰动的过程，我们把这个过程称为扰动动力学因素；三是，采掘工程布置结构因素，采掘工程会随着工程地质条件的变化布置，采掘工程布置合理性与应力集中有着一定的关系，我们把采掘工程布置称为结构因素。

地压微震就是岩体破断，我们把一个地压微震称为一个事件，由微震监测传感器测得，所述微震监测传感器的布置是沿矿井运输大巷、轨道或运输上下山、工作面轨道运输和皮带机运输巷道每隔1300m～1500m,半径650～750m，在顶板或地板岩体内布置一个传感器。

本发明一种矿山地压微震监测预警系统的算法，是以事件为质心、以质心为半径，运算球体内事件数量和事件频率来确定该区域风险等级，具体步骤如下：

设事件能量大小为e，规定区域内事件发生累计总次数为t，单日发生的次数为d,则能量等级函数定义为g＝f(e,t,d)，其中函数定义域为：e∈[0,+∝]，t∈n，d∈n，其中n为自然数集合，函数值域为：g∈{1，2，3，4}，函数映射关系g＝f(e,t,d)如下：

一，当时，g＝f(e,t,d)＝1，则风险等级为一级；

二，当时，g＝f(e,t,d)＝2，则风险等级为二级；

三，当时，g＝f(e,t,d)＝3，则风险等级为三级；

四，当e≤10²，时，g＝f(e,t,d)＝4，则风险等级为四级。

上述为预警算法和判别准则参照图1。

本发明一种矿山地压微震检测预警系统的算法在实际矿区运用时，参照图2，微震监测传感器2从矿井口伸入到矿内，且微震监测传感器2沿矿井运输大巷、轨道或运输上下山、工作面轨道运输和皮带机运输巷道每隔1300m～1500m,半径650～750m的位置设置均一个，微震监测传感器2监测到微震事件的坐标，传感器与工控机连接，并把测得的数据传输给工控机，微震事件是通过专业人员在控制室工控机上观察判断甄选，微震事件由人工选择后存入工控机数据库，工控机数据库将微震事件推送到云平台数据库，云平台数据库将含有x、y、z坐标的微震事件自动推送到含有坐标系的三维框图，本发明根据设定的运算半径、事件数量和一段时间的频次三个条件进行分析和运算，设置框4内可以设置具体的参数，运算半径、统计时间1(天)和统计时间2(小时)，设置后可以运算出结果，运算结果用文字和色球清晰的表现在三维框图中。

根据微震监测结果分析，结合发生冲击地压的机理看，区域事件密度和事件频次是构成地压的条件，事件能量大小是诱发事故的因素，预测事件发生不确定性很大，事件密度和频率可以通过运算得出。

优选地，为了降低传感器消耗成本，本预警系统设计可拆卸重复使用传感器，设置震动波传递杆，(参照图3)将振动波传递杆安装在巷道岩体钻孔中，用10兆帕注浆泵，把一定配比水泥砂浆将震动传递杆固定在岩体钻孔中，把传感器紧固在震动波传递杆上。拆卸时取下传感器，舍弃震动波传递杆。

本发明一种矿山地压微震监测预警系统的算法，适用于各类地下开采矿山预防顶板垮塌、矿房垮落、采空区冒落等预防顶板事故发生，用微震传感器监测，通过运算把握区域地压风险等级，客观的反应扰动的现状，对于有针对性的采取措施有着重大意义，可以推广使用。