一种基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法

本发明涉及一种矿震导致地表损伤评估方法，具体为一种基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，属于煤矿开采安全及地表损伤。

背景技术：

1、矿震指矿山采掘活动诱发的非天然地震现象，通常伴随弹性能迅速释放，并以震动波的形式向外传播能量。少数强矿震发生后，可能诱发煤矿井下冲击地压灾害，有时甚至导致地面晃动、地表塌陷、建筑物损坏等严重后果，使得矿震问题由采矿安全问题演化为公共安全问题。但由于专业学科的限制，煤矿矿震引起地表建筑物损伤的评估具有其特殊性，包含采矿工程、岩体力学、地震工程、结构力学等学科，是多学科交叉的工程科学。因此，对煤矿矿震引起地表损伤进行评估是保障采矿安全与公共安全的基础，对于确定地表建筑物抗震能力，维护社会稳定，具有重要的实际应用价值。

2、然而，目前针对矿震损伤评估，大多为井下巷道支护体系的抗震能力评估。对于煤矿矿震引起的地表损伤评估，常采用震动速度来作为震动强度的判据，但由于监测设备的限制，能量较大的矿震质点峰值速度大多存在超量程的情况，不仅评估结果误差较大，而且严重影响后续工作面设计、地面搬迁、建筑物维修安排等事宜，并且仅采用震动速度单一参量进行判断，其评估准确性较差，因此如何提供一种新的评估方法，不仅能保证获取测量数据的精确性，而且能对地表损伤进行更精准的评估，是本行业所需研究的方向之一。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，通过对超量程的地震波形进行补充，使得其保证获取测量数据的精确性，同时基于地震烈度指标对地表损伤进行评估，从而使得评估更精准。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，具体步骤为：

3、s1、获取当前煤矿各台站的矿震震动波数据，在当前震动波速度量程范围内绘制各个台站的矿震震动波数据变化曲线，接着根据各个台站的矿震震动波数据变化曲线确定各个台站的质点峰值加速度pga和质点峰值速度pgv；其中确定质点峰值速度pgv时，观察各个台站的矿震震动波数据变化曲线中质点峰值速度pgv是否存在超量程的情况，若否，则以该变化曲线中的最大震动波速度时程v(t)作为质点峰值速度pgv；若是，则先确定曲线超量程的范围，接着确定曲线在该范围之前位置的斜率和该范围之后位置的斜率，利用两者斜率绘制延长线从而补充曲线的震动波速度时程v(t)，最终将补充后的最大震动波速度时程v(t)作为质点峰值速度pgv；

4、s2、根据步骤s1获得各台站的质点峰值加速度pga和质点峰值速度pgv，结合震动波在岩体中的传播衰减规律，从而计算得到地表不同位置的质点峰值加速度pga和质点峰值速度pgv；

5、s3、根据步骤s2获得的数据结合地震烈度公式，从而计算得出地表不同位置的地震烈度i，并绘制地震烈度等值线图，实现对当前煤矿地表的损伤评估。

6、进一步，所述步骤s1中确定质点峰值加速度pga的具体过程为：

7、对各台站的矿震震动波数据变化曲线进行加速度时程变化，从而计算获得各台站的质点峰值加速度pga，具体计算公式为：

8、

9、式中，a(t)表示对震动波速度时程v(t)进行求导，质点峰值加速度pga为a(t)的最大值。

10、进一步，所述步骤s2包括以下子步骤：

11、s21、根据质点峰值加速度pga在岩体中的传播衰减规律，构建传播衰减公式，将步骤s1获得各台站的质点峰值加速度pga代入传播衰减公式，从而拟合计算出震动波在岩体中的质点峰值加速度传播衰减系数，具体公式为：

12、ar＝a0·r-α

13、式中，ar表示离震源r位置处的质点峰值加速度，a0为震源处的质点峰值加速度，r为传播距离，α为质点峰值加速度传播衰减系数；

14、s22、根据步骤s21确定的传播衰减公式，计算出地表不同位置处的质点峰值加速度pga；

15、s23、根据质点峰值速度pgv在岩体中的传播衰减规律，构建传播衰减公式，将步骤s1获得各台站的质点峰值加速度pgv代入传播衰减公式，从而拟合计算出震动波在岩体中的质点峰值速度传播衰减系数，具体公式为：

16、vr＝v0·r-β

17、式中，vr表示离震源r位置处的质点峰值速度，v0为震源处的质点峰值速度，r为传播距离，β为质点峰值速度传播衰减系数；

18、s24、根据步骤s23确定的传播衰减公式，计算出地表不同位置处的质点峰值加速度pgv。

19、进一步，所述步骤s3包括以下子步骤：

20、s31、根据地震烈度公式，结合质点峰值加速度pga计算得到的地震烈度计算值：

21、ia＝alog10(pga)+b

22、式中，ia表示采用质点峰值加速度pga计算得出的地震烈度值；a、b为拟合系数；

23、s32、根据地震烈度公式，结合质点峰值速度pgv计算得到的地震烈度计算值：

24、iv＝clog10(pgv)+d

25、式中，iv表示采用质点峰值速度pgv计算得出的地震烈度值；c、d为拟合系数；

26、s33、步骤s31和s32得到的公式，计算得出地表不同位置的地震烈度i：

27、

28、s34、根据步骤s33得出的数据，采用插值法绘制地表不同位置的地震烈度等值线图，实现对当前煤矿地表的损伤评估。

29、与现有技术相比，本发明先获取当前煤矿各台站的矿震震动波数据，并在当前震动波速度量程范围内绘制各台站的矿震震动波数据变化曲线，观察各台站曲线的峰值变化情况，判断各台站的质点峰值速度pgv是否超量程，若超量程，则通过超量程范围两侧斜率的方式对超量程范围内的峰值进行补全，从而获得补全后的质点峰值速度pgv，同时获得质点峰值加速度pga，这样使得获取的数据更精准、误差更小；接着将两者结合震动波在岩体中的传播衰减规律，从而计算出地表不同位置的质点峰值加速度pga、质点峰值速度pgv；最后根据地震烈度公式，将不同位置的质点峰值加速度pga和质点峰值速度pgv代入计算出地表不同位置地震烈度i，并绘制地震烈度等值线图；通过该烈度指标图能实现对地表损伤进行精准评估，由于地震烈度计算公式物理意义明确、参量计算清楚，并且计算过程中所涉及的质点峰值加速度pga、质点峰值速度pgv获取比较简单，投入的成本很低，而且普适性强，具有较强的应用价值。

技术特征：

1.一种基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，其特征在于，所述步骤s1中确定质点峰值加速度pga的具体过程为：

3.根据权利要求1所述基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下子步骤：

4.根据权利要求1所述基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下子步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于烈度指标的矿震导致地表损伤评估方法，先在当前震动波速度量程范围内绘制各台站的矿震震动波数据变化曲线，观察各曲线的峰值变化情况，判断质点峰值速度PGV是否超量程，若超量程，则通过超量程范围两侧斜率的方式对超量程范围内的峰值进行补全，从而获得补全后的质点峰值速度PGV，同时获得质点峰值加速度PGA，这样使得获取的数据更精准、误差更小；接着将两者结合震动波在岩体中的传播衰减规律，从而计算出地表不同位置的质点峰值加速度和质点峰值速度；最后根据地震烈度公式计算出地表不同位置地震烈度I，并绘制地震烈度等值线图；通过该烈度指标图能实现对地表损伤进行精准评估，且其普适性强，具有较强的应用价值。

技术研发人员：白贤栖,曹安业,陈虎,轩涛,侯端明,顾颖诗,吴震,白林国,朱敬,李如朋,拓龙龙,刘耀琪,王常彬,杨耀
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4