[發明專利]一種煤層底板隱伏突水陷落柱動態定位方法

有效

• 申請號: 201710657566.5
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107450098B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 程建遠;胡繼武;王保利;王盼;覃思
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

1.一種煤層底板隱伏突水陷落柱動態定位方法，其特征在于，包括：

監測準備步驟：在地面布設監測范圍覆蓋突水點的微震觀測系統；

信號采集步驟：利用所述微震觀測系統采集次生震源的微震信號，所述次生震源由高承壓底板水沖擊煤層頂板形成；

信號分析步驟：分析所述微震信號進而確定地下隱伏突水點位置；

所述信號分析步驟具體包括：從連續不間斷采集的記錄里提取微震事件；從每個微震事件中提取監測點坐標(x_i,y_i,z_i,t_i),其中，i＝1，2，3……n；對監測點坐標進行靜校正，使所有接收點都在一個基準面上；采用震源最短路徑成像，精細快速在時間等值線平面圖上確定突水范圍；

所述采用震源最短路徑成像步驟具體包括:步驟5.1,選擇可假設為均勻介質的地下模型；步驟5.2，繪制不同微震監測點接收到的同一微震事件的初至時間平面圖；步驟5.3采用趨勢面分析技術對初至時間平面圖進行殘差提取，找出平面上時間最短的點的位置；殘差提取具體包括:

步驟6.1,初至時間等值線的趨勢面擬合；

設震源到監測點的初至時間t_i是由其趨勢值異常值u_i和干擾值s_i組成，即

式中i＝1，2，3……n；

其中，t_i為走時監測值，為走時趨勢值，u_i為走時的異常值；

設地面有n組監測值(x_i,y_i,z_i,t_i)其中i＝1，2，3……n，其中(x_i,y_i,z_i)為監測點坐標，t_i為走時監測值，由于數據進行靜校正，所以采用P次多項式對其進行趨勢面擬合為：

其中，P為趨勢面的次數；b₀,b₁,b₂,...,b_L-1為待定系數；L為擬合系數的個數，L＝(P+1)(P+2)/2；

將n對監測點(x_i,y_i,z_i)及對應的走時監測值t_i帶入上式，按照最小二乘法估值原理，令

根據極值定理，為使Q達到最小，對上式求導解算大型線性方程組，可以求出L個系數值，求出擬合曲面；

步驟6.2，擬合度計算；

設t_i，為第i個監測點上走時的監測值和趨勢值，為其平均值，總離差平方和

其中，Q2數值越大，則擬合程度越高；式中，

步驟6.3，顯著性檢驗

趨勢面擬合的效果，采用F分布進行輔助性檢驗：

式中，L′為多項式趨勢面方程系數的個數；n為監測點數；Q1的自由度為n-L；Q2的自由度為L-1；

對于給定的檢驗水平α，查表得到臨界值F_α；當F＞F_α時，則認為趨勢面反應量的變化情況顯著，反之則不顯著；

步驟6.4，殘差提取；

微震事件進行趨勢面分析以后，分離出來的異常走時數據具有數學期望值為0，方差最小的統計特性，整體趨于正態分布；這是走時異常閾值劃分的定量標準可以確定為：

為異常點，即為初至時間平面圖上時間最短點；

此點即為距離地下出水點水平投影最近的監測點。

2.根據權利要求1所述的一種煤層底板隱伏突水陷落柱動態定位方法，其特征在于：所述監測準備步驟中，先在較大范圍稀疏布設微震監測點用于粗定位隱伏出水點；然后，依據粗定位時圈定的工作面附近發生的微震事件，加密微震監測點用于細定位隱伏出水點；反復進行粗定位及細定位直至定位精度滿足要求。

3.根據權利要求1所述的一種煤層底板隱伏突水陷落柱動態定位方法，其特征在于，通過反演方法得到巖體微破裂發生的時刻、位置和性質，并根據微破裂的大小、集中程度、破裂密度，進而確定地下隱伏突水點的空間位置。