[发明专利]一种基于时窗的煤矿冲击地压震级及震源定位方法

说明书

技术领域

本发明属于流数据处理领域，特别涉及一种煤矿冲击地压震级及震源定位方法设计，具体涉及一种基于时窗的煤矿冲击地压震级及震源定位方法设计。

背景技术

冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一。冲击地压发生时，井下几米到几百米的巷道或采煤工作面被瞬间摧毁，如同在煤岩体内装有大量炸药一样，煤和岩石突出被抛出，被抛出的煤和岩石从几吨到几百吨不等，造成支架折损，巷道堵塞，并伴有巨大声响和岩体震动，震动持续时间从几秒到几十秒，记录到的最大震级已超过里氏5级。由于震源浅，冲击地压烈度远大于同级天然地震烈度。随着计算机和互联网技术的迅速发展，研究煤岩体在变形破坏过程中的应力、微震、声发射、电磁辐射等前兆信息规律，通过监测、分析井巷和采场附近煤岩体的应力变化及微震、声发射和电磁辐射活动等前兆信息的多参量动态变化趋势，就可以建立冲击地压监测预警系统进行预警预报和有效防治。

目前，我国煤矿监测冲击地压的主要方法有矿压观测法、钻屑法、顶板动态仪、钻孔应力测量法、电磁辐射法、地音法、微震法、地震CT技术、电荷感应监测技术。从物理本质分类，矿压观测法、钻屑法、顶板动态仪、钻孔应力测量法属于基于岩石力学原理的直观接触式监测方法，主要以监测冲击地压发生前围岩变形、离层、应力变化、动力现象等特征为主；而电磁辐射法、地音法、微震法、地震CT技术、电荷感应监测技术属于地球物理方法。

现存的煤矿冲击地压监测方法主要有以下几个方面的不足：电磁辐射法和电荷感应监测技术主要是测量煤岩体内应力集中程度，地震CT技术是通过声发射来反演煤岩体内的应力分布图像，几种方法监测效果准确，但实时性不足，计算震级及定位震源方法复杂；而地音监测法和微震监测法都是的监测煤岩破裂时的震动效应，区别在于各自接收震动事件的频率范围不同，地音接收高频低能事件，而微震接收低频高能事件，两者具有较好的前景，但目前的实际应用中，由于不能因地制宜的进行部署及监测，导致对冲击地压灾害的监测准确度较低。因此，设计一种实时有效的煤矿冲击地压震级及震源定位方法，对煤矿冲击地压灾害的监测以及预警有着重要意义。

发明内容

为了解决现有煤矿冲击地压监测手段的不足，本发明提供一种基于时窗的煤矿冲击地压震级及震源定位方法，能够有效地进行冲击地压灾害的快速定位及灾害分级。

本发明采用的技术方案是：设计并实现了一种有效的基于时窗的煤矿冲击地压震级及震源定位方法。首先，构建底层数据处理模块阶段，采用对多路高频传感器采集的数据进行分类及规格化处理，将感知数据转换为煤矿冲击地压微震Data数据及GPS数据。其次，提出采用基于时窗的煤矿冲击地压震源定位方法以及基于时窗的煤矿冲击地压震级计算方法，通过底层数据处理模块转换后的Data数据及GPS数据计算矿山冲击地压微震数据的长短时窗，根据时窗计算震源坐标及冲击地压的震级信息，并通过图形化界面显示煤矿冲击地压震级及震源定位的计算结果。

本发明的步骤如下：

步骤1构建底层数据处理模块。通过对多路高频传感器采集的数据进行分类及规格化处理，将感知数据转换为煤矿冲击地压微震Data数据及GPS数据。

高频信号采集器的存储数据为实时动态追加，如果每次读取全部数据，则会产生大量重复的冗余数据，且会极大的增加网络传输带宽，故底层数据处理模块在规格化处理时需要以相同频率进行增量式数据处理。同时，由于感知数据为专用格式，包含GPS数据与Data数据两种类型，无法直接读取使用。故需将其通过二进制流的形式转化为可读数据，并进行分类，分别对GPS数据与Data数据进行规格化处理。

其中，Data数据包含7个通道，其中，1，2，3通道为一组，代表x，y，z三个方向上采集的冲击地压微震数据的分量，信号增益放大倍数为16倍；4，5，6通道为一组，同样为x，y，z三个方向上采集的冲击地压微震数据的分量，但信号增益放大倍数为64倍；7通道数据为时间数据。

步骤2采用基于时窗的煤矿冲击地压震源定位方法，通过Data数据及GPS数据计算长短时窗，根据时窗计算震源坐标。

步骤2-1计算长、短时窗的平均振幅