[發明專利]礦山微震源智能定位方法

有效

• 申請號: 201010100527.3
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101770038A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 陳炳瑞;馮夏庭;徐速超
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01V1/16
• 分類號: G01V1/16;G01V1/20;G01V1/28
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于礦山微震監測技術領域，更具體涉及一種礦山微震源智能定位方 法，該方法可廣泛用于礦業工程、水利水電工程、石油工程、巖土工程以及地下 工程。

背景技術

隨著我國國民經濟的高速增長，深部采礦已成為我國采礦的一個主要發展方 向。礦山開采深度的加大，地應力相應增大，開采條件的惡化，導致開采時出現 冒頂、片幫等現象明顯增多，甚至出現巖爆等動力地壓災害，給國家、礦山企業 和人民群眾造成了巨大的生命財產和經濟損失，嚴重制約了國民經濟和礦山企業 的可持續發展。資料統計顯示，隨著開采深度的增加，紅透山銅礦、凡口鉛鋅礦、 銅陵獅子山銅礦、山東玲瓏金礦、湘西金礦、冬瓜山礦等礦山的動力災害明顯呈 增加趨勢，支護翻修工程也大為增加；與世界主要產煤國相比，我國煤礦地質構 造復雜，礦井事故多發，平均百萬噸死亡率在2-6左右，是美國的100倍左右和 南非的30倍左右，年死亡人數6000人左右，是全球其他產煤國家死亡人數總和 的3倍。因此，礦山地壓與井下地質災害的監測與預報已成為我國礦山安全亟待 解決的難題。研究表明，不管是非煤礦山沖擊地壓、礦震等動力災害，還是煤礦 的煤與瓦斯突出(或涌出)和煤礦底板突水等災害，都是礦山開采過程中的應力 場擾動所誘發的微破裂萌生、發展、貫通等巖石破裂過程失穩的結果。監測表明， 不管是哪種礦山動力災害，多數情況下，在動力災害出現之前，都有微破裂(微 震活動)前兆。因此，監測微震活動，獲取災害來臨的前兆信息對于礦山地質災 害預報具有極其重要的意義。

對于監測工具及設備，國內外已進行了深入系統的研究，而對于微震監測傳 感器布置方法、噪音多指標消除技術、微震源高精度智能定位技術的研究，尚需 要進一步提高，國內外已有方法主要存在以下不足：

1.傳感器布置方法

傳感器布置不僅影響微震信號的監測，而且對不同的微震定位算法的定位速 度、精度及定位結果的唯一性也有不同程度的影響。合理的傳感器布置方案不僅 能夠更大范圍地監測到更多有效微震信號，而且能使定位算法快速準確的確定震 源位置和發震時間。目前傳感器布置主要是根據經驗，經驗不同的工作人員布置 的傳感器監測到的微震信號往往差異較大，往往不能使傳感器最大程度地監測到 有效微震信號，也很難保證傳感器形成一個良性陣列，致使微震定位速度及精度 受到不同程度的影響，礦震準確預測預報也很大程度上受到了限制。因此，非常 有必要對傳感器布置進行優化。

2.噪音濾波技術

現場微震監測，噪音消除是一項非常重要的技術措施，是巖爆能否成功預測 的決定因素之一。目前的噪音消除方法多采用單一指標(比如門檻值、平均頻率 或者振鈴數等)，但對于多噪音相互交織(施工車輛、錨桿鉆機、空壓機、TBM 工作噪音等)，且噪音信號特征與圍巖實際破裂特征較為接近的條件下，單一指 標往往無法較好的濾去環境噪音的影響。因此，有必要研究多指標濾波技術，進 一步提高有效信號的識別能力。

3.微震源定位分析方法

微震源定位方法前人已做了大量研究，實際應用中，根據參與求解的參數的 不同一般可分為兩類，一是已知速度模型，求解發震時間和微震源位置的經典定 位方法；一是微震源位置、發震時間和速度模型一起求解的聯合法定位方法。前 者，在地震領域、采礦工程中應用最為廣泛，速度模型給不準是該方法的最大不 足，雖前人對速度模型做了許多研究，但由于巖石材料是復雜的，非均質的，含 有大量裂隙、節理和微不連續面的，且事先很難確定這些不良體的位置、尺寸及 走向的，也很難劃清這些不良體之間的界限，事先合理給定波速模型仍然是困難 的，這很大程度上影響了定位算法的穩定性和定位精度；后者較好地解決了速度 模型給不準的問題，較大程度上提高了微震源定位精度，但微震源位置、發震時 間和介質速度這些參數的相互關聯，又帶來了定位結果不穩定的問題。另外這些 定位算法主要采用最小二乘法進行求解，此類方法最大缺點是求解過程中易發 散。為了提高解的穩定性盡管學者們提出了各種改進方法，如奇異矩陣分解法、 阻尼最小二乘法等，但各種改進的方法還都屬于線形定位的范疇，總是解決了這 個問題帶來了那個問題。因此，有必要另辟蹊徑探索新的定位算法和求解方法。