[發(fā)明專利]一種基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710372572.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107144876A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊陸;宋寶燕;段銳豐;李曉燕;韓百碩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V1/28
• 分類號(hào): G01V1/28;G01V1/30
• 代理公司: 沈陽(yáng)杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司21207
• 代理人: 羅瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，特別涉及一種煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位方法設(shè)計(jì)，具體涉及一種基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位方法設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦礦井中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。沖擊地壓發(fā)生時(shí)，井下幾米到幾百米的巷道或采煤工作面被瞬間摧毀，如同在煤巖體內(nèi)裝有大量炸藥一樣，煤和巖石突出被拋出，被拋出的煤和巖石從幾噸到幾百噸不等，造成支架折損，巷道堵塞，并伴有巨大聲響和巖體震動(dòng)，震動(dòng)持續(xù)時(shí)間從幾秒到幾十秒，記錄到的最大震級(jí)已超過(guò)里氏5級(jí)。由于震源淺，沖擊地壓烈度遠(yuǎn)大于同級(jí)天然地震烈度。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究煤巖體在變形破壞過(guò)程中的應(yīng)力、微震、聲發(fā)射、電磁輻射等前兆信息規(guī)律，通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析井巷和采場(chǎng)附近煤巖體的應(yīng)力變化及微震、聲發(fā)射和電磁輻射活動(dòng)等前兆信息的多參量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，就可以建立沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)和有效防治。

目前，我國(guó)煤礦監(jiān)測(cè)沖擊地壓的主要方法有礦壓觀測(cè)法、鉆屑法、頂板動(dòng)態(tài)儀、鉆孔應(yīng)力測(cè)量法、電磁輻射法、地音法、微震法、地震CT技術(shù)、電荷感應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。從物理本質(zhì)分類，礦壓觀測(cè)法、鉆屑法、頂板動(dòng)態(tài)儀、鉆孔應(yīng)力測(cè)量法屬于基于巖石力學(xué)原理的直觀接觸式監(jiān)測(cè)方法，主要以監(jiān)測(cè)沖擊地壓發(fā)生前圍巖變形、離層、應(yīng)力變化、動(dòng)力現(xiàn)象等特征為主；而電磁輻射法、地音法、微震法、地震CT技術(shù)、電荷感應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)屬于地球物理方法。

現(xiàn)存的煤礦沖擊地壓監(jiān)測(cè)方法主要有以下幾個(gè)方面的不足：電磁輻射法和電荷感應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是測(cè)量煤巖體內(nèi)應(yīng)力集中程度，地震CT技術(shù)是通過(guò)聲發(fā)射來(lái)反演煤巖體內(nèi)的應(yīng)力分布圖像，幾種方法監(jiān)測(cè)效果準(zhǔn)確，但實(shí)時(shí)性不足，計(jì)算震級(jí)及定位震源方法復(fù)雜；而地音監(jiān)測(cè)法和微震監(jiān)測(cè)法都是的監(jiān)測(cè)煤巖破裂時(shí)的震動(dòng)效應(yīng)，區(qū)別在于各自接收震動(dòng)事件的頻率范圍不同，地音接收高頻低能事件，而微震接收低頻高能事件，兩者具有較好的前景，但目前的實(shí)際應(yīng)用中，由于不能因地制宜的進(jìn)行部署及監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致對(duì)沖擊地壓災(zāi)害的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度較低。因此，設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)有效的煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位方法，對(duì)煤礦沖擊地壓災(zāi)害的監(jiān)測(cè)以及預(yù)警有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有煤礦沖擊地壓監(jiān)測(cè)手段的不足，本發(fā)明提供一種基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位方法，能夠有效地進(jìn)行沖擊地壓災(zāi)害的快速定位及災(zāi)害分級(jí)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種有效的基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位方法。首先，構(gòu)建底層數(shù)據(jù)處理模塊階段，采用對(duì)多路高頻傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類及規(guī)格化處理，將感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為煤礦沖擊地壓微震Data數(shù)據(jù)及GPS數(shù)據(jù)。其次，提出采用基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震源定位方法以及基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震級(jí)計(jì)算方法，通過(guò)底層數(shù)據(jù)處理模塊轉(zhuǎn)換后的Data數(shù)據(jù)及GPS數(shù)據(jù)計(jì)算礦山?jīng)_擊地壓微震數(shù)據(jù)的長(zhǎng)短時(shí)窗，根據(jù)時(shí)窗計(jì)算震源坐標(biāo)及沖擊地壓的震級(jí)信息，并通過(guò)圖形化界面顯示煤礦沖擊地壓震級(jí)及震源定位的計(jì)算結(jié)果。

本發(fā)明的步驟如下：

步驟1構(gòu)建底層數(shù)據(jù)處理模塊。通過(guò)對(duì)多路高頻傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類及規(guī)格化處理，將感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為煤礦沖擊地壓微震Data數(shù)據(jù)及GPS數(shù)據(jù)。

高頻信號(hào)采集器的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)追加，如果每次讀取全部數(shù)據(jù)，則會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)的冗余數(shù)據(jù)，且會(huì)極大的增加網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，故底層數(shù)據(jù)處理模塊在規(guī)格化處理時(shí)需要以相同頻率進(jìn)行增量式數(shù)據(jù)處理。同時(shí)，由于感知數(shù)據(jù)為專用格式，包含GPS數(shù)據(jù)與Data數(shù)據(jù)兩種類型，無(wú)法直接讀取使用。故需將其通過(guò)二進(jìn)制流的形式轉(zhuǎn)化為可讀數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類，分別對(duì)GPS數(shù)據(jù)與Data數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理。

其中，Data數(shù)據(jù)包含7個(gè)通道，其中，1，2，3通道為一組，代表x，y，z三個(gè)方向上采集的沖擊地壓微震數(shù)據(jù)的分量，信號(hào)增益放大倍數(shù)為16倍；4，5，6通道為一組，同樣為x，y，z三個(gè)方向上采集的沖擊地壓微震數(shù)據(jù)的分量，但信號(hào)增益放大倍數(shù)為64倍；7通道數(shù)據(jù)為時(shí)間數(shù)據(jù)。

步驟2采用基于時(shí)窗的煤礦沖擊地壓震源定位方法，通過(guò)Data數(shù)據(jù)及GPS數(shù)據(jù)計(jì)算長(zhǎng)短時(shí)窗，根據(jù)時(shí)窗計(jì)算震源坐標(biāo)。

步驟2-1計(jì)算長(zhǎng)、短時(shí)窗的平均振幅