[发明专利]一种存在空区条件下的声发射/微震事件定位方法

说明书

本发明提供的一种存在空区条件下的声发射/微震事件定位方法，克服了由于岩体开挖影响下波速输入不准而影响定位精度的难点问题，能够在考虑岩石工程开挖过程影响的基础上，结合应力波传播的数值模拟，较为精确地确定岩石体中声发射/微震事件的空间位置。将已形成的空区形态作为已知条件，结合数值模拟将空区对波传播路径的改变及由此造成的波传播路程的变化、波到达传感器的滞后时间加以量化，显著降低了因空区存在诱发的声发射/微震事件定位误差。另外，在定位算法中联合使用了网格搜索及误差权重系数法，既避免了迭代算法中过分依赖初始迭代值和不收敛的缺点，又突破了网格尺度对定位结果的限制。

技术领域

本发明属于矿山开采中声发射/微震事件定位方法技术领域，涉及一种存在空区条件下的声发射/微震事件定位方法。

背景技术

我国经济的高速增长极大地刺激了资源、能源的开发，其中大部分涉及岩石工程。岩石工程的施工过程会引起岩石体内部破裂面的形成并同时伴随应力波的传播，这种现象被称为声发射(频率高、振幅小)或微震(频率低、振幅大)。声发射/微震是岩石体破裂过程的伴生现象，与岩石体的物理力学行为具有密切的关系，因此，可通过对声发射/微震监测信息的分析来推断岩石体的受力状态及破裂程度，进而预警与控制岩石体的失稳性破坏。

近年来声发射/微震监测技术已逐渐被世界各国所重视，并在国内外大量室内岩石实验及岩石工程中得到应用。中国国家安全监管总局2010年出台了在金属非金属地下矿山须安装安全避险“六大系统”的规定，声发射/微震监测技术作为可满足“六大系统”中地压监测监控系统相关要求的有力工具己逐渐在国内矿山中开始了大规模应用。

声发射/微震事件定位是该技术的核心功能之一，能否进行精确的定位是声发射/微震监测系统是否有效发挥作用的关键评价指标。在采矿工程中，为了经济效益往往多水平、多空区同时开采，而由于声发射/微震监测系统高昂的价格(一套8通道的高质量监测系统在20万元以上)及目标监测范围(往往包括多个空区或多个水平)及监测效果(定位精度一般要求在10m左右)的要求，传感器的布设间隔一般在50-120m左右。因此，大量岩石体内部的破裂位置与传感器间之间存在空区阻隔，岩石体破裂诱发的应力波必然要绕过空区才能传播至传感器位置被采集到，波传播路径及传播路程的改变会导致波传播时长的改变，忽略这一影响因素会导致定位结果误差的增加，但目前广泛应用的定位算法没有考虑空区对波传播路径的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种存在空区条件下的声发射/微震事件定位方法，克服了由于岩体开挖影响下波速输入不准而影响定位精度的难点问题，能够在考虑岩石工程开挖过程影响的基础上，结合应力波传播的数值模拟，较为精确地确定岩石体中声发射/微震事件的空间位置。

本发明提供一种存在空区条件下的声发射/微震事件定位方法，包括如下步骤：

步骤1、含空区数值模型的建立及赋值：建立三维实体地质模型，划分网格并对从属于不同岩性的网格单元进行物理力学参数的赋值；

步骤2、应力波传播过程的数值模拟：对步骤1中建立的三维实体地质模型施加边界条件及瞬时阶跃力，并模拟计算应力波走时矩阵；

步骤3、声发射/微震事件定位：根据走时矩阵建立到时差矩阵/向量，匹配搜索及声发射/微震事件定位。

在本发明的存在空区条件下的声发射/微震事件定位方法中，所述步骤1中建立三维实体地质模型具体包括：

步骤1.1、根据钻孔数据库生成将钻孔柱状图并按其真实坐标调整至对应的空间位置中，将同一岩性的顶、底板分别相连，形成各岩性的地质剖面图，利用放样命令通过指定一系列相同岩性的剖面来创建不同岩性的三维实体地质模型；

步骤1.2、根据采空区的设计尺寸，长、宽、高，建立简单的长方体空区模型，如果空区的实际形态比较复杂且与长方体相去甚远，则可以利用三维激光扫描仪空区探测系统对空区的形态进行重构，以建立空区模型；