CN103984005B - 一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法，按如下公式计算岩爆发生概率P：P=P₁+P₂+P₃，，，；其中，P₁、P₂、P₃分别表示第一、第二、第三分项概率，D表示微震事件率倍比，e表示微震能量倍比，ρ _e 表示定位事件簇群密度，Y₁、Y₂、Y₃分别表示预设的第一、第二、第三预警指标，a₁、a₂、a₃分别表示第一、第二、第三分项权重；根据计算得到的岩爆发生概率P的大小，进行岩爆前兆预警。

Description

一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法

技术领域

本发明涉及岩爆预警技术领域，特别是一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法。

背景技术

岩爆现象是岩石力学与工程领域目前极具挑战性的课题，关于其前兆预警仍是一大难题。岩爆现象由于机制机理复杂，影响岩爆产生的因素多，岩爆现象具有显著的非线性性，因此关于岩爆的前兆预警一直没有得到有效的解答。

多通道全数字型微震监测技术及系统是目前国际上关于岩石工程稳定性监测最先进的监测技术与系统。多通道微震监测系统可以获得关于微震事件的多个微震参数，例如事件率、能量释放率、定位事件簇群密度等，这些参数都从不同的侧面反映了岩体破裂程度与稳定性状态。由于导致岩爆发生的原因复杂，且其发生机理具有非线性行为特征，因此采用单一的参数对岩爆进行预警具有很大的难度与局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法，该方法能够对岩爆前兆进行更为准确的预警。

本发明采用的技术方案是：一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法，按如下公式计算岩爆发生概率P：

P=P₁+P₂+P₃

其中，P₁、P₂、P₃分别表示第一、第二、第三分项概率，D表示微震事件率倍比，e表示微震能量倍比，ρ _e 表示定位事件簇群密度，Y₁、Y₂、Y₃分别表示预设的第一、第二、第三预警指标，a₁、a₂、a₃分别表示第一、第二、第三分项权重；

根据计算得到的岩爆发生概率P的大小，进行岩爆前兆预警。

本发明的有益效果是提供了一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法，该方法采用多参数的综合定量方法能较全面地反映岩爆发展的程度与稳定性状态，从而能对岩爆前兆进行更为准确的预警。

附图说明

图1是本发明实现流程图。

图2是本发明实施例中非定位事件波形图。

具体实施方式

参见图1，本发明基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法，按如下公式计算岩爆发生概率P：

P=P₁+P₂+P₃

其中，P₁、P₂、P₃分别表示第一、第二、第三分项概率；D表示微震事件率倍比，e表示微震能量倍比，ρ _e 表示定位事件簇群密度；Y₁、Y₂、Y₃分别表示预设的第一、第二、第三预警指标；a₁、a₂、a₃分别表示第一、第二、第三分项权重，在本实施例中，a₁=0.3，a₂=0.4，a₃=0.3。

根据计算得到的岩爆发生概率P的大小，进行岩爆前兆预警。

在本实施例中，当P在0~0.2之间时，岩爆发生可能性低，当P在0.2~0.5之间时，岩爆发生可能性较低，当P在0.5~0.7之间时，岩爆发生可能性较高，当P在0.7~1之间时，岩爆发生可能性高。

下面对本发明涉及的相关技术内容作进一步说明。

、微震事件率倍比

微震事件率代表的物理含义为单位时间内微震事件发生的活度，其定义如下：

微震事件累积数(N)——在某一特定时间观察到的微震事件总数；

微震事件率(NR)——在单位时间内观察到的微震事件个数；根据分析对象的不同，单位时间可以为月、天、小时、分钟等。

事件率倍比的定义为：设正常水平时微震事件率均值为C₁，异常情况下的微震事件率为C₂，设微震事件率倍比D为异常情况与正常情况的比值，即：

（1）

、微震能量倍比

微震事件能量代表的物理力学含义为微震事件发生的强度。微震把应变增加时积累在岩石中的应变能W _总中的ΔW部分释放了出来，ΔW = W _总–W ₀，W ₀是剩余应变能。ΔW主要以这样几种形式释放出来：产生破裂面或断层错动的机械功、摩擦热能和弹性波能量E。ΔW的大小表示了微震的强弱。

1）微震定位事件释放的能量

地震波能量E常用的计算公式为：

lg E = 1.5M _L + 4.8 （2）

上式中：E为能量，单位为焦耳，M _L 是近震震级。

在大红山铁矿使用的微震监测系统中，近震震级的计算公式为：

ML = 1.515log(R*PPV)+1.242 （3）

式中，PPV为质点峰值速度，R为震源距。

对于加速度传感器，PPV可以通过质点峰值加速度（PPA）来计算：

（4）

上式中：f为震动波形的主频。

2）非定位事件相对能量

对于一个非定位事件来说，由于不知道震源发生位置，因此无法获得该微震事件的绝对能量。但是，通过该非定位事件的监测波形可以计算出其相对能量大小。

针对如图2所示的非定位事件波形图，该离散信号为电压值对时间的函数，电压值的单位为伏（V），时间的单位为秒（s），采样频率为10KHz，采样时间间隔为10^-4s。

其信号相对能量E的计算公式为：

（5）

上式中：N—为采样点总数；

X _k —为信号幅值，单位为伏特（V）；

Ω—为传感器阻抗值，为18KΩ。

图2中瞬时震动信号持续时间为0.06s，最大振幅值为0.15V，其震动能量为0.61×1.0E-4（J）。

能量倍比的定义为：设正常水平时微震相对能率值的均值为E₁，异常情况下的相对能率值为E₂，设倍比值e为异常情况与正常情况的比值，即：

（6）

、定位事件簇群密度

假设簇群定位事件集合为E(x _n , y _n , z _n )，则微震定位事件簇群密度值ρ _e 为：

（7）

其中n为微震事件数，A ₀为事件覆盖区域面积，

（8）

其中，，，。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于多微震参数的岩爆前兆综合定量预警方法，其特征在于，按如下公式计算岩爆发生概率P：

P＝P₁+P₂+P₃

$P_1=\left\{\begin{array}{cc}\frac{D}{Y_1}\&times;a_1& D<Y_1\\ a_1& D\&GreaterEqual;Y_1\end{array}\right.$

$P_2=\left\{\begin{array}{cc}\frac{e}{Y_2}\&times;a_2& e<Y_2\\ a_2& e\&GreaterEqual;Y_2\end{array}\right.$

$P_3=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\&rho;}}_e}{Y_3}\&times;a_3& {\mathrm{\&rho;}}_e<Y_3\\ a_3& {\mathrm{\&rho;}}_e\&GreaterEqual;Y_3\end{array}\right.$

其中，P₁、P₂、P₃分别表示第一、第二、第三分项概率，D表示微震事件率倍比，e表示微震能量倍比，ρ_e表示微震定位事件簇群密度，Y₁、Y₂、Y₃分别表示预设的第一、第二、第三预警指标，a₁、a₂、a₃分别表示第一、第二、第三分项权重；

微震事件率表示在单位时间内观察到的微震事件个数，微震事件率倍比D的定义为：设正常水平时微震事件率均值为C₁，异常情况下的微震事件率为C₂，微震事件率倍比D为异常情况与正常情况的比值，即：

$D=\frac{C_2}{C_1}$

微震事件能量代表的物理力学含义为微震事件发生的强度，微震能量倍比e的定义为：设正常水平时微震相对能的均值为E₁，异常情况下的相对能为E₂，微震能量倍比e为异常情况与正常情况的比值，即：

$e=\frac{E_2}{E_1}$

假设簇群定位事件集合为E(x_n,y_n,z_n)，则微震定位事件簇群密度ρ_e为：

${\mathrm{\&rho;}}_e=\frac{n}{A_0}$

其中n为微震事件数，A₀为事件覆盖区域面积，A₀＝(x_max-x_min)(y_max-y_min)；其中

根据计算得到的岩爆发生概率P的大小，进行岩爆前兆预警。