一种冲击地压矿井矿震空间集中程度的计算方法

1.本发明属于煤岩动力灾害防控领域，具体涉及一种冲击地压矿井矿震空间集中程度的计算方法。


背景技术：

2.矿震即为矿山地震，是井下煤岩体在采掘扰动下释放弹性能产生震动的一种现象。随着我国煤矿采深逐年增加，冲击地压灾害愈演愈烈，同时矿震现象也十分普遍。目前微震监测系统是定位矿震最有效的手段，经标波定位可以确定出矿震发生的时间及空间坐标。已有研究表明，矿震的发生与煤岩体的应力集中相关，矿震发生密集，表明该区域煤岩体内应力集中程度高，发生大尺度破坏的可能性大，易发生具有诱冲能力的高能级矿震或者直接引起冲击地压。因此，计算矿震空间集中程度对预测高能矿震发生区域和冲击风险区域具有重要意义。
3.目前已有的矿震空间集中程度计算方法原理复杂，程序实现难度大，在煤矿现场技术人员水平较低的情况下不易推广应用，阻碍了煤矿现场人员对矿震数据的深度分析与挖掘，不利于开展高能级矿震的预测与防范工作。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种冲击地压矿井矿震空间集中程度的计算方法，该方法原理简单，易于编程实现，便于现场推广应用。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种冲击地压矿井矿震空间集中程度的计算方法，该方法基于欧式距离计算原理，包括如下步骤：
6.(1)初步筛选工作面发生的矿震事件；
7.(2)设s为筛选后工作面矿震事件的集合，将矿震事件划分为j个子集，各子集可依次命名为s1、s2、s3、
……
、s
j
‑2、s
j
‑1、s
j
，即s＝{s1，s2，s3，s4，
……
，s
j
‑2，s
j
‑1，s
j
}；
8.各子集中分别包含n个矿震事件，每个矿震事件可表示为t
n
，即s1＝{t1，t2，t3，t4，t5，
……
，t
n
‑2，t
n
‑1，t
n
}；每个矿震事件的空间位置在笛卡尔直角坐标系中表示为(x
n
，y
n
，z
n
)；
9.(3)选择子集中任意两个矿震事件求解欧式距离，t
n
‑1、t
n
的欧式距离表示为d
(n
‑
1)
‑
n
＝，t
n
‑2、t
n
的欧式距离表示为按以下顺序可求取子集中任意两个矿震事件的欧式距离：d1‑2、d1‑3、d1‑4、
……
、d1‑
n
，d2‑3、d2‑4、d2‑5、
……
、d2‑
n
，d3‑4、d3‑5、d3‑6、
……
、d3‑
n
，
……
，d
(n
‑
2)
‑
(n
‑
1)
、d
(n
‑
2)
‑
n
，d
(n
‑
1)
‑
n
；
10.(4)对子集中的矿震事件两两之间的欧式距离求和：对d1‑2、d1‑3、d1‑4、
……
、d1‑
n
累计求和，表示为对d2‑3、d2‑4、d2‑5、
……
、d2‑
n
累计求和，表示为对d3‑4、d3‑5、d3‑6、
……
、d3‑
n
累计求和，表示为依次类推，直至d
(n
‑
1)
‑
n
；
11.(5)对子集中的矿震事件两两之间的欧式距离取平均值，得到矿震事件平均距离并设为d，计算方法如下：
[0012][0013]
(6)子集内矿震事件个数n与矿震事件平均距离d之比即可求得所有子集内矿震空间集中程度值，即p1、p2、p3、....、p
j
，即：
[0014][0015]
进一步的，步骤(1)中，筛选准则为：矿震事件垂直标高位于开采煤层顶板上方20m至开采煤层底板下方20m范围内。
[0016]
进一步的，步骤(2)中，将矿震事件按空间坐标或者时间顺序划分为j个子集。
[0017]
本发明基于欧式距离提出了一种矿震空间集中程度的计算方法，原理简单、可操作性强，方法中涉及的计算过程易于用编程实现，便于现场推广使用；本方法可提高冲击地压矿井对矿震空间集中程度的量化评估水平，对提升冲击地压矿井的监测预警水平具有重要的作用。
附图说明
[0018]
图1是实施例一工作面按垂直标高筛选后全部的矿震事件空间投影图；
[0019]
图2是实施例一矿震事件集合按空间区域划分示意图；
[0020]
图3是实施例一矿震事件中某个子集的欧式距离表示方式示意图；
[0021]
图4是实施例一工作面各空间区域矿震空间集中程度值p的统计图；
[0022]
图5是实施例二工作面按垂直标高筛选后5月份的矿震事件空间投影图；
[0023]
图6是实施例二5月21日至5月26日的矿震事件分布图；(a)
‑
(f)分别为5月21日、5月22日、5月23日、5月24日、5月25日、5月26日当日矿震事件分布图；
[0024]
图7是实施例二工作面每日矿震空间集中程度值p的统计图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0026]
实施例一
[0027]
一种冲击地压矿井矿震空间集中程度的计算方法，该方法基于欧式距离计算原理，包括如下步骤：
[0028]
(1)如图1所示为本实施例初步筛选工作面发生的矿震事件，对矿震事件进行震源空间集中程度分析，工作面煤层底板标高为+130m，煤层顶板标高为+140m，根据矿震事件的垂直坐标进行初步筛选，则保留垂直坐标处于+110m～+160m的矿震事件，剔除其余垂直标高距离开采煤层较远的矿震事件；
[0029]
(2)设s为筛选后工作面矿震事件的集合，集合s共有7066个矿震事件；如图2所示，在xy平面将矿震事件沿工作面走向即x轴方向用矩形划分，矩形宽度30m，矩形长度可将顺槽两侧的矿震事件包含即可，工作面走向长度即总宽度为1050m，则该工作面可用35个矩形
分割；将矿震事件按空间坐标划分为35个子集，各子集可依次命名为s1、s2、s3、
……
、s
33
、s
34
、s
35
，即s＝{s1，s2，s3，
……
，s
33
，s
34
，s
35
}；
[0030]
各子集中分别包含n个矿震事件，每个矿震事件可表示为t
n
，即s1＝{t1，t2，t3，t4，t5，
……
，t
n
‑2，t
n
‑1，t
n
}；每个矿震事件的空间位置在笛卡尔直角坐标系中表示为(x
n
，y
n
，z
n
)；
[0031]
例如，如图2所示，在笛卡尔直角坐标系中，s1为空间坐标(41～71，23～323，110～160)所包围的柱体空间，则判断矿震事件t
n
是否处于s1空间区域的准则为41≤x
n
＜71且23≤y
n
≤323且110≤z
n
≤160；s2为空间坐标(71～101，23～323，110～160)所包围的柱体空间，则判断矿震事件t
n
是否处于s2的准则为71≤x
n
＜101且23≤y
n
≤323且110≤z
n
≤160；.........；s
35
为空间坐标(1020～1050，23～323，110～160)所包围的柱体空间，则判断矿震事件t
n
是否处于s
35
的准则为1020≤x
n
＜1050且23≤y
n
≤323且110≤z
n
≤160，从将矿震事件集合s划分到35个矩形区域内，具体划分结果为：s1～s
35
矿震事件数目n分别为：5、18、10、16、33、30、34、37、63、36、51、58、68、66、79、92、128、216、258、326、385、518、505、428、331、255、234、212、264、278、360、400、490、601、181；
[0032]
(3)如图3所示，选择s1子集中任意两个矿震事件求解欧式距离，t1、t2的欧式距离表示为t1、t3的欧式距离表示为按以下顺序可求取子集中任意两个矿震事件的欧式距离：d1‑2、d1‑3、d1‑4、d1‑5，d2‑3、d2‑4、d2‑5，d3‑4、d3‑5，d4‑5；
[0033]
(4)对子集中的矿震事件两两之间的欧式距离求和：对d1‑2、d1‑3、d1‑4、d1‑5累计求和，表示为对d2‑3、d2‑4、d2‑5累计求和，表示为对d3‑4、d3‑5累计求和，表示为依次类推，直至d4‑5；
[0034]
(5)对s1子集中的矿震事件两两之间的欧式距离取平均值，得到矿震事件平均距离并设为d1，计算方法如下：
[0035][0036]
同上述步骤(3)至步骤(5)的原理和过程，对s2至s
35
子集中任意两个矿震事件求解欧式距离、再对欧式距离进行求和、最后计算出矿震事件平均距离，即为d2、d3、
…
、d
33
、d
34
、d
35
；
[0037]
s1～s
35
矿震事件平均距离d
j
分别为：106.49、87.99、116.51、74.31、99.62、97.62、63.44、119.92、112.14、129.56、112.64、120.71、114.99、102.29、106.73、92.91、90.22、89.44、80.29、79.89、77.78、76.54、74.77、74.47、77.67、80.59、82.15、82.66、76.71、74.38、76.28、66.38、73.7、76.9、73.63；
[0038]
(6)子集内矿震事件个数n与矿震事件平均距离d之比即可求得所有子集内矿震空间集中程度值，即p1、p2、p3、....、p
35
，即：
[0039]
[0040]
计算结果如图4所示，s1～s
35
区域的p
j
分别为：0.05、0.2、0.09、0.22、0.33、0.31、0.54、0.31、0.56、0.28、0.45、0.48、0.59、0.65、0.74、0.99、1.42、2.41、3.21、4.08、4.95、6.77、6.75、5.75、4.26、3.16、2.85、2.56、3.44、3.74、4.72、6.03、6.65、7.81、2.46；
[0041]
如图4所示，通过比较p1、p2、p3、....、p
35
，即可判断出工作面中矿震空间集中程度最大的区域为s
22
，该区域p值为6.77。
[0042]
实施例二
[0043]
一种冲击地压矿井矿震空间集中程度的计算方法，该方法基于欧式距离计算原理，包括如下步骤：
[0044]
(1)如图5所示为本实施例初步筛选工作面发生的矿震事件，包含了该工作面从5月1日至5月31日的全部矿震事件，对矿震事件进行震源空间集中程度分析，工作面煤层底板标高为+130m，煤层顶板标高为+140m，根据矿震事件的垂直坐标进行初步筛选，则保留垂直坐标处于+110m～+160m的矿震事件，剔除其余垂直标高距离开采煤层较远的矿震事件；
[0045]
(2)设s为筛选后工作面的5月份全部矿震事件的集合，集合s共有1623个矿震事件；如图6所示为5月21日、5月22日、5月23日、5月24日、5月25日、5月26日当日矿震事件分布图；将矿震事件按时间顺序划分为31个子集，各子集可依次命名为s1、s2、s3、
……
、s
29
、s
30
、s
31
，即s＝{s1，s2，s3，
……
，s
29
、s
30
、s
31
}；
[0046]
各子集中分别包含n个矿震事件，每个矿震事件可表示为t
n
，即s1＝{t1，t2，t3，t4，t5，
……
，t
n
‑2，t
n
‑1，t
n
}；每个矿震事件的空间位置在笛卡尔直角坐标系中表示为(x
n
，y
n
，z
n
)；
[0047]
按时间顺序发生矿震事件统计结果为：5月1日至5月31日每个子集合s
j
的矿震数目n分别为：16、15、18、28、19、21、22、31、34、5、25、53、34、33、35、39、72、42、79、103、61、59、92、73、67、51、78、72、156、56、134；
[0048]
(3)选择s1子集中任意两个矿震事件求解欧式距离，t1、t2的欧式距离表示为t1、t3的欧式距离表示为按以下顺序可求取子集中任意两个矿震事件的欧式距离：d1‑2、d1‑3、d1‑4、
……
、d1‑
16
，d2‑3、d2‑4、d2‑5、
……
、d2‑
16
，d3‑4、d3‑5、d3‑6、
……
、d3‑
16
，
……
，d
14
‑
15
、d
14
‑
16
，d
15
‑
16
；
[0049]
(4)对子集中的矿震事件两两之间的欧式距离求和：对d1‑2、d1‑3、d1‑4、
……
、d1‑
16
累计求和，表示为对d2‑3、d2‑4、d2‑5、
……
、d2‑
16
累计求和，表示为对d3‑4、d3‑5、d3‑6、
……
、d3‑
16
累计求和，表示为依次类推，直至d
15
‑
16
；
[0050]
(5)对s1子集中的矿震事件两两之间的欧式距离取平均值，得到矿震事件平均距离并设为d，计算方法如下：
[0051][0052]
同上述步骤(3)至步骤(5)的原理和过程，对s2至s
31
子集中任意两个矿震事件求解
欧式距离、再对欧式距离进行求和、最后计算出矿震事件平均距离，即为d2、d3、
…
、d
29
、d
30
、d
31
；
[0053]
s1～s
31
矿震事件平均距离d
j
分别为：151.23、173.73、142.73、155.5、144.06、188.07、150.94、96.19、99.2、180.6、174.76、189.38、186.51、142.16、108.74、106.01、109.03、112.53、127.4、151.78、128.38、120.06、115.77、123.93、177.1、135.21、157.59、114.56、116.68、101.9、102.95；
[0054]
(6)子集内矿震事件个数n与矿震事件平均距离d之比即可求得所有子集内矿震空间集中程度值，即p1、p2、p3、....、p
31
，即：
[0055][0056]
计算结果如图7所示，s1～s
31
区域的p
j
分别为：0.11、0.09、0.13、0.18、0.13、0.11、0.15、0.32、0.34、0.03、0.14、0.28、0.18、0.23、0.32、0.37、0.66、0.37、0.62、0.68、0.48、0.49、0.79、0.59、0.38、0.38、0.49、0.63、1.34、0.55、1.30；
[0057]
通过比较p1、p2、p3、....、p
31
，即可判断出工作面中矿震空间集中程度最大的区域为s
29
，5月份该工作面矿震空间集中程度最大的时间为5月29日，当日p值为1.34。