摘要：针对我国采矿业不断发展,矿震事件不断发生,设计出了一种煤矿监测与定位系统,该系统以STM32F407为主控芯片,通过控制各个模块实现微震源的监测与定位,其中对到达时间差算法(TDOA)进行改进,提出了基于到达时间差的改进布谷鸟搜索算法(TDOA-ICS)的微震定位算法。经过实验验证,TDOA-ICS算法相较于传统TDOA算法定位精度更高,稳定性更强,对于煤矿安全设备研究具有重要的现实意义。

摘要：【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

摘要：微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代替单一信噪比来量化微震信号的质量。以信噪指数作为判定条件选取质量较高的信号作为输入来提高P波到时准确度,设计一种基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波初至到时拾取算法(QONSL方法)。为了验证该方法的可行性和有效性,分别对测试数据和阜新市五龙矿微震监测数据进行处理。对测试数据的处理结果表明,在量化微震信号的质量时,信噪指数比信噪比更准确,且信噪指数越大,到时拾取结果越接近准确到时。对阜新市五龙矿三分向数据处理结果表明,QONSL方法可以通过信噪指数快速锁定信号质量较高的信号通道并快速拾取微震P波初至到时,综合120个微震信号的到时拾取结果来看,与准确到时的误差保持在5 ms之内,将86个微震事件的到时误差控制在2 ms以内。与STA/LTA算法相比,QONSL算法拾取精度整体提升72%,整体误差范围波动减少75%。QONSL方法受噪声影响较小,具有较高的拾取效率和精度,可为煤层水力压裂、矿山动力灾害实时监测以及后续的微震自动高精度定位计算提供参考。

摘要：为了合理设计煤矿微震监测台站布局,提高微震系统定位精度,提出一种基于离散型麻雀搜索算法(Discrete Sparrow Search Algorithm,DSSA)的煤矿微震监测台站空间布局优化方法.首先提出了最小定位误差优化模型;其次提出了整数编码,将种群个体与空间台站候选点相互对应,同时引入交换算子和离散Levy飞行改进麻雀搜索算法;最后通过改进后麻雀搜索算法对优化模型进行求解寻找台站布局位置.通过仿真实验从62个候选点中选择20个位置部署台站,实验给出了台站布局情况,在寻优精度方面提高了28.8%、53.4%、43.1%,验证了基于最小定位误差优化模型优于基于D值优化模型.在现场实验中,按照矿区安装计划确定安装数量,根据矿区地表起伏情况以及矿区范围确定台站候选点;然后利用离散型麻雀搜索算法对最小定位误差模型进行求解,给出最终优化布局结果.矿井五处重点监测区域震源最小定位误差降至8.0 m,为煤矿微震台站空间布局提供了一种新方法.

摘要：微震数据对于冲击危险性分析极为重要,但一般情况下微震事件缺少危险与否的标签,同时模型设计较少考虑微震自身特征,由此导致了模型性能不足的问题。通过对某煤矿微震事件显现特征进行跟踪标定,获得了具有危险性标签的微震数据集,针对性提出了一种基于CNN-GRU模型的微震危险性分析方法,该方法考虑了微震前兆特征,利用微震监测数据的时间、地点和能量建立特征指标;将建立的初始数据集,在时间尺度上分为训练集、验证集和测试集,并对危险和非危险样本不平衡的问题进行处理;最后利用训练集对CNN-GRU模型进行训练,将在验证集上效果最好的模型用于测试,严格规范了模型的泛化能力。该方法在对某矿山的微震监测事件的危险性分析中取得了很好的效果,证明了在选取合适分析特征的基础上,利用深度学习方法对冲击危险状态进行分析是可靠的。

摘要：针对目前智慧矿山等使用场合设计了一种微震监测定位系统,该系统以STM32F103作为主控芯片,实现对各模块的控制和对数据的运算与分析,其中对TDOA定位算法进行改进,硬件上加入移动模块对误差进行消除,数据处理中引入DBSCAN算法消除离群点。试验结果表明,整个系统实现了微震监测与定位功能的协同一体,监测信号复现完好以及平面上微震源定位准确度较高,能够起到定位预警和减少微震带来灾害的作用,同时降低了系统成本,达成了预期目标。

摘要：为提高矿山微震信号的有效识别效率,降低干扰,分析了矿山典型微震干扰信号的频谱特征,并采用小波去噪的方法对含噪微震信号进行了去噪研究.结果表明:不同干扰信号的波形特征、幅频特性和功率谱密度不同,但主频均在14Hz左右,功率谱密度多低于4 000dB;基于小波变换分层阈值确定的去噪模型,进行微震信号去噪后能够较少的抑制信号中的有用成分,含有较多的真实微震信息,能够最大程度的反映有效微震信号的特性.

摘要：倾斜层状地层中速度模型对于震源精确定位具有重要意义。基于水平层状地层两点间的快速射线追踪法,分析了应力波在倾斜地层中的传播路径及规律。结合网格搜索法,提出了针对倾斜地层的微震定位算法,并与传统的基于单一速度模型的定位算法进行对比分析;探索性地采用了颗粒流理论构建地层数值模型,通过颗粒间的相互作用模拟应力波传播进行定位算法有效性验证。研究结果表明:(1)对于倾斜地层,基于简化弹性波等速传播规律的定位算法精度较差,单一速度模型不能满足复杂介质的定位要求;(2)采用倾斜分层速度模型并改进应力波传播路径的计算方法能有效提高倾斜地层的震源定位精度,同时分析了地层倾角以及地层数对算法精度的影响,表明定位误差与倾角、地层数成正比;(3)通过减小网格搜索法的网格尺寸可在一定程度上提高定位精度,合理的尺寸大小和搜索策略有助于网格搜索法在实际工程中的应用。建立的倾斜地层震源定位及其验证方法可为进一步研究复杂地层定位监测技术提供重要的理论和技术支撑。

摘要：煤与瓦斯突出前兆信息的挖掘与定量描述是准确预测、预报该类灾害的前提和基础。为了研究煤与瓦斯突出的发生机制,挖掘煤与瓦斯突出灾害的前兆特征及其描述方法,开展基于微震监测的煤与瓦斯突出模拟试验研究。利用大型煤与瓦斯突出模拟试验系统和高灵敏微震监测系统,开展瓦斯突出全过程监测试验,有效收集了从突出孕育到发生完成全过程的微震动响应事件。微震信号的时、频域特征存在差异性和阶段性,并与瓦斯突出过程的孕育、准备、发生以及延续和终止4个阶段相对应。为了定量描述四阶段的特征,建立微震事件数N、事件发生率R、能量和Et以及当量能量E0等微震指标,这些指标表现出明显的阶段差异性。室内试验和现场监测研究表明,煤与瓦斯突出过程存在明显的阶段性微震特征差异,利用该差异性可以描述煤岩体内微震活动演化规律进而推断其稳定性状况,为灾害的提前预测提供依据。

摘要：矿山开采破坏了原岩应力平衡,在应力重新平衡过程中势必会在采掘工作面附近矿体或围岩中产生局部应力集中现象,超过围岩系统强度极限时就会发生损伤破坏甚至失稳,伴随着弹性能的释放,以弹性波的形式经围岩介质往外围传播,形成矿山震动(简称微震)。本文利用微震监测系统对各事件发震时间、三维位置及能量进行实时监测,从而分析矿山岩体的断裂信息、描述空间岩层结构运动和应力场的迁移演化规律、判别动力灾害危险程度,为矿山安全生产提供科学依据。研究表明,发生矿山动力灾害的可能性和微震能量有很大的关系,能量越大,岩体破坏尺度越大,发生动力灾害的可能性就越大。