用于煤矿掘进的微震监测方法与流程

本发明涉及微震监测，特别是涉及用于煤矿掘进的微震监测方法。

背景技术：

1、当岩体在受到外力或内部因素的作用下发生破裂时，会产生微小的地震波，即微震信号；微震监测通过布置在矿山岩体中的微震检波器接收微震信号并经过信号处理分析以得到相关参数，利用这些参数对矿山岩体稳定性进行评价；矿山微震监测技术已经作为一项较为成熟的技术手段，应用于各个矿山岩体稳定性的监测评估中；

2、目前微震监测利用到时差分析方法推断微震信号的传播路径和方向，但是实际的煤矿掘进过程中岩石的非均匀性和岩石中存在的多尺度裂隙会引起微震信号的传播速度变化，从而导致无法准确推断传播路径和方向；同时微震监测采用设置固定更新时长进行岩体波速监测更新，易造成在岩体状态不合适(岩体不稳定或存在破裂等问题)时开启震源进行波速监测和更新，缺乏科学分析和合理设置易导致进一步的岩体破坏或滑动。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述背景技术提到的问题，提供用于煤矿掘进的微震监测方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：用于煤矿掘进的微震监测方法包括以下步骤：

3、s1：建立监测网格，通过将煤矿掘进区划分为若干个监测区域，每个监测区域均安装有若干个检波器以采集微震信息；其中微震信息包括监测点到达时间、震幅、频率；

4、s2：当采集到的微震信息至少四条时，则将采集到微震信息的监测点记为目标监测点，并获取目标监测点的微震信息构建震源定位方程利用高斯消元法对方程组进行求解以解出一次震源三维坐标(x01、y01、z01)以及一次震动时间t01，其中v表示的是岩体波速；

5、s3：利用激光扫描技术以生成立体三维模型，连接一次震源位置和目标监测点以得到若干条一次传播路径；

6、s4：通过分析每条一次传播路径的岩体特性和空隙特性以得到岩体特性参数和空隙特性参数，并将两者进行综合分析以得到时间调优参数；依据时间调优参数对微震信息进行调优以得到二次震源三维坐标以及二次震动时间；

7、s5：重复s3-s4直至得到的震源三维坐标和震动时间收敛，并将收敛的震源三维坐标和震动时间作为最后准确的震源三维坐标和震动时间输出；

8、s6：通过分析岩体状态以得到岩体整体状态值，并据此指导煤矿掘进工作；

9、s7：通过将岩体状态和波速更新的间隔时长以判定是否开启波速震源进行岩体波速的更新。

10、在一些实施例中，通过将岩体特性参数和空隙特性参数进行综合分析以得到时间调优参数，依据时间调优参数对微震信息进行调优以得到二次震源三维坐标以及二次震动时间；具体步骤如下：

11、提取岩体特性参数和空隙特性参数，其中岩体特性参数包括密度指数和岩体界面指数，空隙特性参数包括空隙界面指数和空隙衰减指数；

12、将密度指数dz、岩体界面指数fz、空隙界面指数hθ和空隙衰减指数hδ代入设定的公式计算得到时间调优参数t1，其中β1和β2分别为设定的校正因子；将时间调优参数t1代入二次震源定位方程组利用高斯消元法对方程组进行求解以解出二次震源三维坐标(x02、y02、z02)以及二次震动时间t02。

13、在一些实施例中，通过分析每条一次传播路径的岩体特性以得到岩体特性参数的具体步骤如下：

14、301：对立体三维模型中的传播路径进行识别以得到若干个空隙、独立块以及独立块的点云密度；

15、302：设定每条传播路径中存在i个独立块，计算独立块体积并将其记为dni；将独立块的点云密度与设定的密度区间进行比较分析以生成高密独立块、中密度独立块和低密度独立块；分别统计高密独立块、中密度独立块和低密度独立块的数量，并将其分别记为f1、f2和f3；

16、303：分别将记为高密独立块、中密度独立块和低密度独立块的点云密度进行求和计算以得到高密度和值、中密度和值和低密度和值，并将其分别记为f4、f5和f6；

17、将f1、f2、f3、f4、f5和f6代入设定的公式计算以得到密度指数dz，其中f1、f2和f3分别为设定的校正因子；

18、304：将独立块按照传播路径进行排列，相邻位置独立块的点云密度进行差值计算以得到密度差；将密度差与设定的差值区间进行比较分析以生成强界面、中界面和弱界面，并将其分别记为f7、f8和f9；将f7、f8和f9代入设定的公式fz＝f4×f7+f5×f8f6×f9计算以得到岩体界面指数fz，其中f4、f5和f6分别为设定校正因子，且f4＞f5＞f6。

19、在一些实施例中，通过分析每条一次传播路径的空隙特性以得到空隙特性参数的具体步骤如下：

20、401：设定每条传播路径中存在j个空隙，按照传播路径将空隙进行先后排列以构建空隙分布图；

21、402：计算相邻两个空隙之间的距离并将其记为空隙间距；将空隙间距与设定的间距区间进行比较分析以以生成空隙紧凑分布、空隙均衡紧凑分布和空隙松散分布；分别统计空隙紧凑分布、空隙均衡紧凑分布和空隙松散分布的次数，并将其分别记为h1、h2和h3；

22、403：分别提取记为空隙紧凑分布、空隙均衡紧凑分布和空隙松散分布的相邻空隙的空隙体积并将其进行均值计算以得到紧凑体积均值、均衡以及均值和松散体积均值，以此类推以得到所有记为空隙紧凑分布、空隙均衡紧凑分布和空隙松散分布的紧凑体积均值、均衡以及均值和松散体积均值，再将所有的紧凑体积均值、均衡以及均值和松散体积均值分别进行求和计算以得到紧凑指数记为δ1、均衡指数记为δ2和松散指数记为δ3；将δ1、δ2和δ3代入设定的公式计算以得到空隙衰减指数hδ，其中α1、α2和α3分别为设定的校正因子；

23、404：提取空隙数量j，则存在(2×j)个空隙界面，并将其与空隙紧凑分布的次数h1、空隙均衡紧凑分布的次数h2、空隙松散分布的次数h3代入设定的公式计算以得到空隙界面指数hθ，其中α4为设定的校正系数。

24、在一些实施例中，通过分析岩体状态以得到岩体整体状态值，并据此指导煤矿掘进工作；具体步如下：

25、任取一监测区域，依据震源三维坐标计算监测区域与震源之间的距离，并将其记为影响距离g1；

26、提取震源纵坐标并得到震源深度并将其记为g2；提取震幅和频率，并将其分别记为g3和g4；将g1、g2、g3和g4代入设定的公式计算得到岩体状态值gz，其中g1、g2、g3和g4分别为设定的校正因子；以此类推得到每个监测区域的岩体状态值，并将岩体状态值进行均值计算以得到岩体整体状态值；

27、当岩体整体状态值小于设定的状态阈值时，则生成暂停掘进工作提示并进行显示。

28、在一些实施例中，通过将岩体状态和波速更新的间隔时长以判定是否开启波速震源进行岩体波速的更新；具体步骤如下：

29、提取该上一次波速更新时间，并将更新时间与当前时间做时间差值计算以得到更新间隔时长，并将其记为g5；

30、将更新间隔时长g5与岩体整体状态值代入进设定的公式计算以得到更新值qz，其中z1和z2分别为设定的校正因子；当更新值大于设定的更新阈值时，则启动声波震源以得到该监测区域的岩体波速。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、1、通过多次分析传播路径中的岩体特性和空隙特性并对监测点的到达时间进行不断的调优修正以得到收敛的震源三维坐标以及震动时间并输出，使得到的震源最为接近真实震源，有效提高震源监测的准确性；

33、2、通过将岩体状态和波速更新的间隔时长以判定是否开启波速震源进行岩体波速的更新，科学分析和合理更新岩体波速，有助于提高地震预测的准确性和及时性，并且能够避免不科学的更新岩体波速以提高煤矿掘进工作的风险。