CN105785436A - 一种矿用微震监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用微震监测方法，一方面，通过在台网布置点所构成空间包络范围内和外，分别设计空间坐标已知、可重复使用的人工震源，并基于人工震源动态修正岩体波速，可以得到当前岩体相对准确的波速，减小波速误差，最终提高微震监测的定位精度；另一方面，通过动态调整原有台网布置中的检波器安装位置、增加新的检波器安装等方式，形成针对高风险源的、新的微震监测台网布置，并对新的台网布置重新计算岩体波速，最终利用新的台网布置和岩体波速，从而提高监测能力。

Description

一种矿用微震监测方法

技术领域

本发明涉及矿山应用技术领域，尤其涉及一种矿用微震监测方法。

背景技术

微震，也称微地震，泛指岩体施工、地热开发、矿石开采、水力压裂、油气采出、常规注水注气等工程作业过程中，引起地下应力场发生变化，导致岩石破裂产生的微小震动，其能量的一部分以弹性波(或声波)的形式释放并向四周传播。与天然地震相比，微震的能量很小。

矿山微震，则指矿山在矿石开采过程中，由于改变了岩体空间结构，诱使应力场发生变化，以致岩石受力发生破裂产生的微小震动。整个过程，伴随着破裂的产生、扩展、摩擦，积聚的能量在释放的过程中，产生更多的微震。

矿山微震监测，是通过分布式安装在矿山岩体中的微震检波器组成的监测台网(所有检波器空间安置就是微震监测的台网布置)，接收岩体破裂过程发生各个微小震动(微震)信号，对这些信号进行反演计算，求取岩体破裂(微震事件)的空间位置、发生时刻、破裂方式以及释放能量等参数，最终，利用这些参数对监测区域内的岩体进行稳定性评价，辅助指导矿山在监测区域内安全作业的一项地球物理技术。目前，矿山微震监测已经作为一项较为成熟的技术手段，应用于各个矿山岩体稳定性的安全监测中。

实际应用中，微震监测首要解决的问题，是找出岩体破裂(危险源)的空间位置。微震监测的空间定位原理，是通过合理的检波器监测台网布置，接收微震震源产生的微震信号，并基于微震信号在岩体内传播的准确波速，反演求取岩体破裂的准确位置。其中，影响岩体波速准确计算的因素，主要包括岩体空间结构、应力场分布、各向异性、环境干扰等。

目前，微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，固定不变，极易因缺乏台网布置的更新，直接影响了微震监测分析结果的准确性和可靠性；同时，岩体波速计算也采用校验炮的方式，通过有限的炮数，完成一次性测量，并以此结果代替整个监测区域岩体的波速。这种方式，同样缺乏对岩体波速的动态修正，造成岩体破裂空间定位误差，影响微震监测分析结果的准确性和置信度。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿用微震监测方法，可以提高微震监测的定位精度，确保了微震监测分析结果的准确性和可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种矿用微震监测方法，包括：

当微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，在微震监测台网所构成空间包络范围内外分别设置若干个空间坐标已知并可重复使用的人工震源，且所有人工震源的空间坐标不在同一平面上；

基于人工震源进行岩体波速的反演计算，并基于计算出的岩体波速，对各个人工震源进行初始定位，并与各个人工震源的已知空间坐标进行比较获得初始定位误差；

在矿山开采一定时间后，定期结合矿山对定位误差的要求，利用之前计算出的岩体波速对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差；若新的定位误差与初始定位误差的变化超出设定值，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正，并基于修正后的岩体波速进行微震监测。

进一步的，所述基于人工震源进行岩体波速的反演计算，并基于计算出的岩体波速，对各个人工震源进行初始定位，并与各个人工震源的已知空间坐标进行比较获得初始定位误差包括：

利用人工震源模拟震源，由各个人工震源分别激发地震波信号，并被微震监测台网中的各个检波器接收，反演计算出岩体波速；

利用各个人工震源再次激发地震波信号，被各个检波器接收，再结合计算的岩体波速，计算出每一个人工震源的空间位置，并与对应的人工震源的已知空间位置进行比较，获得的比较结果即为初始定位误差；比较过程表示为：

$E_i=|X_{Li}-X_{Ri}|=\sqrt{{(x_{Li}-x_{Ri})}^2+{(y_{Li}-y_{Ri})}^2+{(z_{Li}-z_{Ri})}^2};$

其中，E_i为第i个人工震源的初始定位误差，X_Li与X_Ri分别为计算出的第i个人工震源的空间位置与已知空间位置；x_Li、y_Li、z_Li为计算出的第i个人工震源的空间位置X_Li的三轴坐标；x_Ri、y_Ri、z_Ri为第i个人工震源的已知空间位置X_Ri的三轴坐标。

进一步的，所述在矿山开采一定时间后，定期结合矿山对定位误差的要求，对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差；若新的定位误差与初始定位误差的变化超出设定值，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正包括：

利用之前计算出的岩体波速，对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差表示为：

$E_i^{\′}=|{X_{Li}}^{\′}-X_{Ri}|=\sqrt{{({x_{Li}}^{\′}-x_{Ri})}^2+{({y_{Li}}^{\′}-y_{Ri})}^2+{({z_{Li}}^{\′}-z_{Ri})}^2};$

其中，E_i′为第i个人工震源的新的定位误差；X_Li′与X_Ri分别为新计算出的第i个人工震源的空间位置与已知空间位置；x_Li′、y_Li′、z_Li′为新计算出的第i个人工震源的空间位置X_Li的三轴坐标；x_Ri、y_Ri、z_Ri为第i个人工震源的已知空间位置X_Ri的三轴坐标；

将第i个人工震源的新的定位误差E_i′与初始定位误差E_i相比较，获得误差变化值e_i：

e_i＝E_i′-E_i；

若误差变化值e_i为正数则表示定位误差增大，则将误差变化值e_i与设置的阈值e_s进行比较，当e_i≥e_s时，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正。

一种矿用微震监测方法，包括：

当微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，在微震监测台网所构成空间包络范围内外分别设置若干个空间坐标已知并可重复使用的人工震源，且所有人工震源的空间坐标不在同一平面上；

实时获取微震监测的数据分析结果；

当微震监测的数据分析结果表明某个区域出现的微震事件超出设定值和/或微震能量超出设定时，则在动态修正微震监测台网布置，加大相应的区域的检波器布置密度；在微震监测台网动态修正完毕后，基于人工震源进行岩体波速的修正，并基于修正后的岩体波速进行微震监测。

进一步的，所述动态修正微震监测台网布置，加大相应的区域的检波器布置密度包括：

调整原有微震监测台网布置方式，将检波器向所述相应的区域进行集中布置，缩小微震监测台网所构成空间包络范围；

或者，不改变原有微震监测台网布置方式，在所述相应的区域新增多个检波器。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，一方面，通过在台网布置点所构成空间包络范围内和外，分别设计空间坐标已知、可重复使用的人工震源，并基于人工震源动态修正岩体波速，可以得到当前岩体相对准确的波速，减小波速误差，最终提高微震监测的定位精度；另一方面，通过动态调整原有台网布置中的检波器安装位置、增加新的检波器安装等方式，形成针对高风险源的、新的微震监测台网布置，并对新的台网布置重新计算岩体波速，最终利用新的台网布置和岩体波速，从而提高监测能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种矿用微震监测方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的又一种矿用微震监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例的方案在微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，实现基于动态修正台网布置、动态计算岩体波速的矿用微震监测方法该方法有助于解决两方面主要问题，以提高微震监测的准确性和有效性：

一方面，动态修正岩体波速，解决矿山采掘过程中岩体空间结构、应力场分布等变化，引起的岩体波速误差。目前，在微震监测系统正式应用前，需要完成台网布置及岩体波速计算，并以此为基础进行微震监测应用。但是，随着矿山开采，岩体的空间结构、应力场分布、各向异性等特性，也在发生变化，而先前基于初期的岩体特性所计算出的岩体波速，已无法代替当前变化中的岩体波速，产生的波速误差，直接影响了后期以此波速进行定位的精度。因此，可通过对岩体波速的修正，得到当前岩体特性下的准确波速。

另一方面，动态修正台网布置和岩体波速，提高微震监测过程中高风险源的针对性和监测精度。目前，在微震监测系统应用过程中，当岩体某个区域出现“微震聚集、能量集中”的高风险源时，常常由于现有台网布置对高风险源的定位精度不高、计算误差较大等问题，导致对高风险源的监测能力不足。因此，可通过修改高风险源的台网布置，重新计算岩体波速，提高监测精度。

下面结合具体实施例对本发明做详细的说明。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种矿用微震监测方法的流程图。如图1所示，其主要包括如下步骤：

步骤11、当微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，在微震监测台网所构成空间包络范围内外分别设置若干个空间坐标已知并可重复使用的人工震源，且所有人工震源的空间坐标不在同一平面上。

本领域技术人员可以理解，微震监测台网以及微震监测系统的安装方式可以通过现有技术来实现。

步骤12、基于人工震源进行岩体波速的反演计算，并基于计算出的岩体波速，对各个人工震源进行初始定位，并与各个人工震源的已知空间坐标进行比较获得初始定位误差。

具体过程如下：

1)利用人工震源模拟震源，由各个人工震源分别激发地震波信号，并被微震监测台网中的各个检波器接收，反演计算出岩体波速。

本领域技术人员可以理解，反演计算岩体波速的方法可以通过现有技术实现。

2)利用各个人工震源再次激发地震波信号，被各个检波器接收，再结合计算的岩体波速，计算出每一个人工震源的空间位置，并与对应的人工震源的已知空间位置进行比较，获得的比较结果即为初始定位误差；比较过程表示为：

$E_i=|X_{Li}-X_{Ri}|=\sqrt{{(x_{Li}-x_{Ri})}^2+{(y_{Li}-y_{Ri})}^2+{(z_{Li}-z_{Ri})}^2};$

其中，E_i为第i个人工震源的初始定位误差，X_Li与X_Ri分别为计算出的第i个人工震源的空间位置与已知空间位置；x_Li、y_Li、z_Li为计算出的第i个人工震源的空间位置X_Li的三轴坐标；x_Ri、y_Ri、z_Ri为第i个人工震源的已知空间位置X_Ri的三轴坐标。

本领域技术人员可以理解，利用岩体波速定位各个人工震源的方法可以通过现有技术实现。

步骤13、在矿山开采一定时间后，定期结合矿山对定位误差的要求，利用之前计算出的岩体波速对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差；若新的定位误差与初始定位误差的变化超出设定值，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正，并基于修正后的岩体波速进行微震监测。

具体过程如下：

1)利用之前计算出的岩体波速，对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差表示为：

$E_i^{\′}=|{X_{Li}}^{\′}-X_{Ri}|=\sqrt{{({x_{Li}}^{\′}-x_{Ri})}^2+{({y_{Li}}^{\′}-y_{Ri})}^2+{({z_{Li}}^{\′}-z_{Ri})}^2};$

其中，E_i′为第i个人工震源的新的定位误差；X_Li′与X_Ri分别为新计算出的第i个人工震源的空间位置与已知空间位置；x_Li′、y_Li′、z_Li′为新计算出的第i个人工震源的空间位置X_Li的三轴坐标；x_Ri、y_Ri、z_Ri为第i个人工震源的已知空间位置X_Ri的三轴坐标。

2)将第i个人工震源的新的定位误差E_i′与初始定位误差E_i相比较，获得误差变化值e_i：

e_i＝E_i′-E_i；

若误差变化值e_i为正数则表示定位误差增大，则将误差变化值e_i与设置的阈值e_s进行比较，当e_i≥e_s时，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正。

由于矿山不断开采，岩体空间结构、应力场分布都在发生变化，造成之前计算的岩体波速产生了新变化，致使新的岩体波速已经产生，却未被应用，因此，将影响震源的定位精度。本发明实施例中，当判定e_i≥e_s时，采用前述步骤12中的方式进行岩体波速的修正，即重新激发地震波信号，并被微震监测台网中的各个检波器接收，再进行岩体波速的反演计算。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的另一种矿用微震监测方法的流程图。如图2所示，其主要包括如下步骤：

步骤21、当微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，在微震监测台网所构成空间包络范围内外分别设置若干个空间坐标已知并可重复使用的人工震源，且所有人工震源的空间坐标不在同一平面上。

本领域技术人员可以理解，微震监测台网以及微震监测系统的安装方式可以通过现有技术来实现。

步骤22、实时获取微震监测的数据分析结果。

本发明实施例中，实时获取微震监测的数据分析结果的目的是为判断，当前矿区是否出现“微震聚集、能量集中”的情况，即在岩体某个区域出现大量微震事件和/或微震能量集中的情况。

步骤23、当微震监测的数据分析结果表明某个区域出现的微震事件超出设定值和/或微震能量超出设定时，则在动态修正微震监测台网布置，加大相应的区域的检波器布置密度；在微震监测台网动态修正完毕后，基于人工震源进行岩体波速的修正，并基于修正后的岩体波速进行微震监测。

本发明实施例中，可以通过两种方式进行调整：调整原有微震监测台网布置方式，将检波器向所述相应的区域进行集中布置，缩小微震监测台网所构成空间包络范围；或者，不改变原有微震监测台网布置方式，在所述相应的区域新增多个检波器。

当动态修正微震监测台网布置后，还需要进行岩体波速的反演计算，获得最新岩体波速，来进行微震监测的空间定位。

本发明实施例中，所述基于人工震源进行岩体波速的修正也是采用前述实施例中步骤12的，即重新激发地震波信号，并被微震监测台网中的各个检波器接收，再进行岩体波速的反演计算。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种矿用微震监测方法，其特征在于，包括：

当微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，在微震监测台网所构成空间包络范围内外分别设置若干个空间坐标已知并可重复使用的人工震源，且所有人工震源的空间坐标不在同一平面上；

基于人工震源进行岩体波速的反演计算，并基于计算出的岩体波速，对各个人工震源进行初始定位，并与各个人工震源的已知空间坐标进行比较获得初始定位误差；

在矿山开采一定时间后，定期结合矿山对定位误差的要求，利用之前计算出的岩体波速对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差；若新的定位误差与初始定位误差的变化超出设定值，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正，并基于修正后的岩体波速进行微震监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于人工震源进行岩体波速的反演计算，并基于计算出的岩体波速，对各个人工震源进行初始定位，并与各个人工震源的已知空间坐标进行比较获得初始定位误差包括：

利用人工震源模拟震源，由各个人工震源分别激发地震波信号，并被微震监测台网中的各个检波器接收，反演计算出岩体波速；

利用各个人工震源再次激发地震波信号，被各个检波器接收，再结合计算的岩体波速，计算出每一个人工震源的空间位置，并与对应的人工震源的已知空间位置进行比较，获得的比较结果即为初始定位误差；比较过程表示为：

$E_i=|X_{Li}-X_{Ri}|=\sqrt{{(x_{Li}-x_{Ri})}^2+{(y_{Li}-y_{Ri})}^2+{(z_{Li}-z_{Ri})}^2};$

其中，E_i为第i个人工震源的初始定位误差，X_Li与X_Ri分别为计算出的第i个人工震源的空间位置与已知空间位置；x_Li、y_Li、z_Li为计算出的第i个人工震源的空间位置X_Li的三轴坐标；x_Ri、y_Ri、z_Ri为第i个人工震源的已知空间位置X_Ri的三轴坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在矿山开采一定时间后，定期结合矿山对定位误差的要求，对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差；若新的定位误差与初始定位误差的变化超出设定值，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正包括：

利用之前计算出的岩体波速，对各个人工震源再次进行定位并获得新的定位误差表示为：

${E_i}^{\′}=|{X_{Li}}^{\′}-X_{Ri}|=\sqrt{{({x_{Li}}^{\′}-x_{Ri})}^2+{({y_{Li}}^{\′}-y_{Ri})}^2+{({z_{Li}}^{\′}-z_{Ri})}^2};$

其中，E_i′为第i个人工震源的新的定位误差；X_Li′与X_Ri分别为新计算出的第i个人工震源的空间位置与已知空间位置；x_Li′、y_Li′、z_Li′为新计算出的第i个人工震源的空间位置X_Li的三轴坐标；x_Ri、y_Ri、z_Ri为第i个人工震源的已知空间位置X_Ri的三轴坐标；

将第i个人工震源的新的定位误差E_i′与初始定位误差E_i相比较，获得误差变化值e_i：

e_i＝E_i′-E_i；

若误差变化值e_i为正数则表示定位误差增大，则将误差变化值e_i与设置的阈值e_s进行比较，当e_i≥e_s时，表示超出定位误差的要求，则基于人工震源进行岩体波速的修正。

4.一种矿用微震监测方法，其特征在于，包括：

当微震监测台网以及微震监测系统安装完毕后，在微震监测台网所构成空间包络范围内外分别设置若干个空间坐标已知并可重复使用的人工震源，且所有人工震源的空间坐标不在同一平面上；

实时获取微震监测的数据分析结果；

当微震监测的数据分析结果表明某个区域出现的微震事件超出设定值和/或微震能量超出设定时，则在动态修正微震监测台网布置，加大相应的区域的检波器布置密度；在微震监测台网动态修正完毕后，基于人工震源进行岩体波速的修正，并基于修正后的岩体波速进行微震监测。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述动态修正微震监测台网布置，加大相应的区域的检波器布置密度包括：

调整原有微震监测台网布置方式，将检波器向所述相应的区域进行集中布置，缩小微震监测台网所构成空间包络范围；

或者，不改变原有微震监测台网布置方式，在所述相应的区域新增多个检波器。