CN117075224B - 一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,属于矿用检测技术领域,所述方法依据矿震事件目录中的震源位置信息和台站信息目录中的台站位置信息,通过计算各震源到台站的距离,根据各个台站的距离和能量属性确定矿震事件的检测概率。本方法采用客观的历史数据作为计算素材,通过统计各台站是否参与了真实矿震事件定位。相比利用理论估计台站检测能力,本方法具有更强的客观性和更高的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及矿用检测技术领域,具体提供一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法。
背景技术
冲击地压是井巷或工作面周围煤岩体,由于弹性应变能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。冲击地压是煤岩体应力集中、弹性能突然释放,而应力本身看不见、摸不着。
震动监测是预测和预防冲击地压事故的重要工具,通过收集事故发生的前兆信息进行冲击地压预警,从而避免人员伤亡和减少财产损失。
目前,针对矿震监测系统监测能力评估的方法,其评估对象皆为台网。而对于如何评价台网中每个台站对不同距离、不同能量级别矿震事件的检测能力未有涉及,无法满足现场对矿震一体化台网监测能力评估的要求。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题,基于统计学的监测能力评估方法,提供一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法。
本发明技术方案,一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,所述方法的实现步骤如下:
将矿震事件目录中的内容,根据台站信息目录中的内容,为每个台站生成对应的目录;
检测在震源定位过程中,每个台站所检测到的矿震事件;
计算台站对矿震事件的检测概率;
所述矿震事件与台站的距离为L千米,能量为E焦耳;
根据计算结果评估各台站的检测能力。
更进一步的,所述生成对应的目录过程包括步骤如下:
(1)为每个台站创建一个列数为5的台站对应目录,各列分别储存序号、距离、能量、平均最大振幅和检测判断的信息;
(2)根据台站的位置信息与矿震事件目录中每条记录的震源信息,计算矿震事件目录中矿震事件震源到台站的距离,并填入台站对应目录的距离列;
(3)将矿震事件目录中的序号、能量和平均最大振幅信息,填入台站对应目录中对应列的对应位置。
更进一步的,所述方法还包括数据清理过程去除异常数据,包括步骤如下:
(1)计算台站对应目录中距离的平均值和标准差;
(2)选择置信度,计算台站对应目录中距离信息的置信区间上限;
(3)删除台站对应目录中距离信息超出置信区间上限的事件记录。
更进一步的,所述步骤(1)中检测判断的目的是判断在震源定位过程中,台站参与了矿震事件目录中哪些矿震事件的定位,具体方法为:
(1)选择一个台站,遍历所述矿震事件目录的每一条矿震信息,根据“定位所用台站”里是否包含所述台站名称,判断所述台站是否参与了目录中所遍历的矿震信息的定位;
(2)如果判断结果为真,则根据矿震事件目录中该条矿震信息的编号,在台站对应目录的“检测判断”列的对应位置填入数字1,否则填入数字0;其中数字1代表台站检测到了矿震事件目录中的该矿震事件,数字0代表台站并没有检测到该矿震信息。
更进一步的,所述矿震事件的检测概率的筛选公式为:
其中,A为平均最大振幅;L为假设矿震事件与台站的距离;L'为真实矿震事件与台站的距离;E为假设矿震事件的能量;E'为真实矿震事件的能量;△E为假设矿震事件与真实矿震事件的能量差;△E*为假设矿震事件和真实矿震事件在最大振幅相同时,由于不同震源距不同引起的能量差;L E 为许用误差;
a和b为震级-能量拟合值;c为量规函数的参数;corrs为台站矫正值。
更进一步的,所述矿震事件的检测概率通过划分网格,将连续的计算区域划分为离散的网格点,通过对这些离散点上的数值进行计算,简化数值计算的复杂度,具体过程为:
(1)首先,确定网格的能量和距离的上下限,确定网格区间;
(2)按照等间距的规则确定网格的距离刻度,按照非等间距规则确定网格的能量刻度。
更进一步的,所述方法根据确定的网格区间,据统计结果,推断发生在距离台站L千米,能量为E焦耳的矿震事件被该台站检测到的概率,具体计算过程为:
(1)遍历网格的每个离散点,获取其能量和距离坐标;
(2)将能量和距离坐标代入所述筛选公式,确定可用于计算检测概率的矿震事件集合;
(3)计算矿震事件集合“检测判断”列数据的平均数。
更进一步的,所述方法根据计算结果,进行合理化分析,具体步骤包括:
(1)将网格稀疏化,将原始检测概率网格划分为尺寸为d×d且没有交集的网格;
(2)对每个网格进行判断,如果其数据平均值小于相邻右侧和下侧网格的平均值,则认为其合理,否则认为不合理;
(3)统计每行及每列合理的网格均值变化规律,推测出不合理的型网格均值;
(4)按相同比例放大或缩小不合理的网格内数据,使数据均值达到推测值;
(5)对处理后的网格,按照从左到右升序、从下到上降序的方式进行网格的小幅重新排序,获得合理化检查概率图。
更进一步的,所述各台站的检测能力通过下述指标进行量化对比评估,包括:
对某个能量量级矿震事件的最小完备检测距离;
或对距离台站某个距离矿震事件的最小完备性能量;
或对距离台站某个距离、能量为某个量级的矿震事件的检测概率。
与现有技术相比,本发明一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法具有以下突出的有益效果:
1.客观性强、准确性高;
a. 本方法采用客观的历史数据作为计算素材,通过统计各台站是否参与了真实矿震事件定位。相比利用理论估计台站检测能力,本方法具有更强的客观性和更高的准确性。
2.对台网布设和设备检修的指导性强。
通过对比不同台站的检测能力,能够确定检测能力异常的台站,从而针对性地进行异常原因。若异常原因为台网布设方案不合理导致的,则可根据计算结果指导台网布设。
3.使用简单,适用范围广。
本发明必要的基础数据是常见的矿震目录和台站位置,数据获取极为简单。因其数据的易获取性,本方法可融入现有的绝大多数矿震一体化监测系统。
附图说明
图1是煤矿BDS台站矿震事件检测总体情况图;
图2是煤矿HDS台站矿震事件检测总体情况图;
图3是煤矿XFJ台站矿震事件检测总体情况图;
图4是煤矿BDS台站检测概率图;
图5是煤矿HDS台站检测概率图;
图6是煤矿XFJ台站检测概率图;
图7是煤矿BDS台站检测概率图(合理化);
图8是煤矿HDS台站检测概率图(合理化);
图9是煤矿XFJ台站检测概率图(合理化)。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例,对本发明作进一步详细说明。
一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法:
将一般形式的矿震目录(表1),根据台站信息目录(表2),为每个台站生成对应的目录。以煤矿BDS台站信息和矿震目录信息所生成的目录为“BDS事件目录”。表1为2023年4月1日至4月15日期间某矿矿震一体化监测系统所采集的部分矿震数据(由于数据量庞大,此处仅列部分数据做示意)。表2为表1中定位所用台站的位置信息。具体转换过程如下:
(1)为每个台站创建一个列数为5的台站对应目录,各列分别储存序号、距离、能量、平均最大振幅和检测判断的信息;
(2)根据台站的位置信息与矿震事件目录中每条记录的震源信息,计算矿震事件目录中矿震事件震源到台站的距离,并填入台站对应目录的距离列;
(3)将矿震事件目录中的序号、能量和平均最大振幅信息,填入台站对应目录中对应列的对应位置。
表1 矿震目录的节选内容:
表2 台站信息目录:
所述方法还包括数据清理过程去除异常数据,包括步骤如下:
(1)计算台站对应目录中距离的平均值和标准差;
(2)选择合适的置信度(选1.96),计算台站对应目录中距离信息的置信区间上限;
(3)删除台站对应目录中距离信息超出置信区间上限的事件记录。
所述矿震事件的检测过程包括步骤:
所述检测判断的目的是判断在震源定位过程中,特定台站参与了矿震事件目录中哪些矿震事件的定位,即台站检测到了哪些矿震事件,具体方法为:
(1)选择一个特定台站,遍历所述矿震事件目录的每一条矿震信息,根据“定位所用台站”里是否包含特定台站名称,判断特定台站是否参与了目录中该条信息的定位;
(2)如果判断结果为真,则根据矿震事件目录中该条矿震信息的编号,在台站对应目录的“检测判断”列的对应位置填入数字1,否则填入数字0;其中数字1代表台站检测到了矿震事件目录中的该矿震事件,数字0代表台站并没有检测到该矿震信息。
以煤矿BDS、HDS和XFJ台站为例,绘制矿震事件检测总体情况图,如图1、2和3所示。
所述矿震事件的检测概率的筛选公式为:
其中,A为平均最大振幅;L为假设矿震事件与台站的距离;L'为真实矿震事件与台站的距离;E为假设矿震事件的能量;E'为真实矿震事件的能量;△E为假设矿震事件与真实矿震事件的能量差;△E*为假设矿震事件和真实矿震事件在最大振幅相同时,由于不同震源距不同引起的能量差;L E 为许用误差;
a和b为震级-能量拟合值;c为量规函数的参数;corrs为台站矫正值;
上述4个参数需要根据矿井实际进行测量。本实施例中,该四个参数的取值分别为11.13、1.4、0.61和0.05。
当矿震事件目录中,存在10个以上矿震事件满足时,则可以计算台站对距其L千米,能量为E焦耳矿震事件的检测概率。
所述矿震事件的检测概率通过划分网格,将连续的计算区域划分为离散的网格点,通过对这些离散点上的数值进行计算,这样可以大大简化数值计算的复杂度,具体过程为:
(1)首先,确定网格的能量和距离的上下限,确定网格区间;
(2)按照等间距的规则确定网格的距离刻度,按照非等间距规则确定网格的能量刻度。
所述方法根据确定的网格区间,据统计结果,推断发生在距离台站L千米,能量为E焦耳的矿震事件被该台站检测到的概率,针对本实施例煤矿BDS、HDS和XFJ台站,绘制台站检测概率图,如图4、5和6所示。具体计算过程为:
(1)遍历网格的每个离散点,获取其能量和距离坐标;
(2)将能量和距离坐标代入所述筛选公式,确定可用于计算检测概率的矿震事件集合;
(3)计算矿震事件集合“检测判断”列数据的平均数。
所述方法根据计算结果,考虑到震动波的传播和衰减规律,距离台站越近、能量越大的矿震事件被检测到的概率应该越大。进行合理化分析,具体步骤包括:
(1)将网格稀疏化,将原始检测概率网格划分为尺寸为d×d且没有交集的较大型网格(比如,d=9);
(2)对每个大型网格进行判断,如果其数据平均值小于相邻右侧和下侧大型网格的平均值,则认为其合理,否则认为不合理;
(3)统计每行及每列合理的大型网格均值变化规律,推测出不合理的大型网格均值;
(4)按相同比例放大或缩小不合理的大型网格内数据,使数据均值达到推测值;
(5)对处理后的网格,按照从左到右升序、从下到上降序的方式进行网格的小幅重新排序,获得合理化检查概率图。
如图7、8和9所示,为煤矿BDS、HDS和XFJ台站的合理化台站检测概率图。
所述各台站的检测能力通过下述指标进行量化对比评估,包括:
对某个能量量级矿震事件的最小完备检测距离;
或对距离台站某个距离矿震事件的最小完备性能量;
或对距离台站某个距离、能量为某个量级的矿震事件的检测概率。
以对距离台站1500m处、能量为2000J的矿震事件的检测概率为指标,对矿井BDS、HDS和XFJ三个台站进行检测能力评估,可知三个台站检测能力由大到小依次为:BDS、XFJ和HDS。
以上所述的实施例,只是本发明较优选的具体实施方式,本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,其特征在于,所述方法的实现步骤如下:
将矿震事件目录中的内容,根据台站信息目录中的内容,为每个台站生成对应的目录;
检测在震源定位过程中,每个台站所检测到的矿震事件;
计算台站对矿震事件的检测概率;
所述矿震事件与台站的距离为L千米,能量为E焦耳;
根据计算结果评估各台站的检测能力;
所述矿震事件的检测概率的筛选公式为:
;
其中,A为平均最大振幅;L为假设矿震事件与台站的距离;L'为真实矿震事件与台站的距离;E为假设矿震事件的能量;E'为真实矿震事件的能量;△E为假设矿震事件与真实矿震事件的能量差;△E*为假设矿震事件和真实矿震事件在最大振幅相同时,由于不同震源距不同引起的能量差;L E 为许用误差;
a和b为震级-能量拟合值;c为量规函数的参数;corrs为台站矫正值;
所述生成对应的目录过程包括步骤如下:
(1)为每个台站创建一个列数为5的台站对应目录,各列分别储存序号、距离、能量、平均最大振幅和检测判断的信息;
(2)根据台站的位置信息与矿震事件目录中每条记录的震源信息,计算矿震事件目录中矿震事件震源到台站的距离,并填入台站对应目录的距离列;
(3)将矿震事件目录中的序号、能量和平均最大振幅信息,填入台站对应目录中对应列的对应位置;
所述步骤(1)中检测判断的目的是判断在震源定位过程中,特定台站参与了矿震事件目录中哪些矿震事件的定位,具体方法为:
(1)选择一个特定台站,遍历所述矿震事件目录的每一条矿震信息,根据“定位所用台站”里是否包含特定台站名称,判断特定台站是否参与了目录中所遍历的矿震信息的定位;
(2)如果判断结果为真,则根据矿震事件目录中该条矿震信息的编号,在台站对应目录的“检测判断”列的对应位置填入数字1,否则填入数字0;其中数字1代表台站检测到了矿震事件目录中的该矿震事件,数字0代表台站并没有检测到该矿震信息;
所述各台站的检测能力通过下述指标进行量化对比评估,包括:
对某个能量量级矿震事件的最小完备检测距离;
或对距离台站某个距离矿震事件的最小完备性能量;
或对距离台站某个距离、能量为某个量级的矿震事件的检测概率。
2.根据权利要求1所述的一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,其特征在于,所述方法还包括数据清理过程去除异常数据,包括步骤如下:
(1)计算台站对应目录中距离的平均值和标准差;
(2)选择合适的置信度,计算台站对应目录中距离信息的置信区间上限;
(3)删除台站对应目录中距离信息超出置信区间上限的事件记录。
3.根据权利要求1所述的一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,其特征在于,所述矿震事件的检测概率通过划分网格,将连续的计算区域划分为离散的网格点,通过对这些离散点上的数值进行计算,简化数值计算的复杂度,具体过程为:
(1)首先,确定网格的能量和距离的上下限,确定网格区间;
(2)按照等间距的规则确定网格的距离刻度,按照非等间距规则确定网格的能量刻度。
4.根据权利要求3所述的一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,其特征在于,所述方法根据确定的网格区间,据统计结果,推断发生在距离台站L千米,能量为E焦耳的矿震事件被该台站检测到的概率,具体计算过程为:
(1)遍历网格的每个离散点,获取其能量和距离坐标;
(2)将能量和距离坐标代入所述筛选公式,确定可用于计算检测概率的矿震事件集合;
(3)计算矿震事件集合“检测判断”列数据的平均数。
5.根据权利要求4所述的一种用于评价矿震监测台站检测能力的方法,其特征在于,所述方法根据计算结果,进行合理化分析,具体步骤包括:
(1)将网格稀疏化,将原始检测概率网格划分为尺寸为d×d且没有交集的较大型网格;
(2)对每个大型网格进行判断,如果其数据平均值小于相邻右侧和下侧大型网格的平均值,则认为其合理,否则认为不合理;
(3)统计每行及每列合理的大型网格均值变化规律,推测出不合理的大型网格均值;
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