JP2022052684A - 干渉信号での鉱山による地震のp波を識別するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
微小地震監視システムにより、干渉信号を含む可能性のある鉱山による地震波信号を収集して記憶するステップ(1)であって、
移動時間窓と識別判断基準を設定して各チャネルのP波の到達時刻ベクトルTPを決定するステップ(2)であって、
いずれかのチャネルをチャネルi(i=1..n)とし、チャネルiに対応して記憶されている鉱山による地震波信号x(t)に対して、フロントタイム窓WB i(t)、バックタイム窓WA i(t) 、及び時間遅延窓WD i(t)という3つの移動時間ステップが1/SFの移動時間窓を一定の長さで設定し、以下のチャネルiの識別判断基準式を決定し、
R1 i≧H1 i(t)且つR2 i(t)≧H2 i(t)且つR3 i(t)≧H3 i(t)
但し、R1 i(t)は移動時間窓WB i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値であり、H1 i(t)は第1の閾値であり、R2 i(t)はWA i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値とWB i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値との比であり、Hi 2(t)は第2の閾値であり、R3 i(t)はWD i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値とWB i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値との比であり、Hi 3(t)は第3の閾値であり、
上記識別判断基準式によれば、チャネルiのP波の到達時刻ベクトルTP iを取得し、更に、n個のチャネルに対してそれぞれn個の異なるP波の到達時刻ベクトルTP i(i=1..n)を形成できるステップ(2)と、
一般に、鉱山による地震波信号の波形のエネルギーが記録されている波形の大部分であるという、鉱山による地震波信号のエネルギーが最大であるメカニズムに基づいて、R2 i(t)のうちの最大値に対応する時間t max R2 i(t)を、チャネルiの最適なP波の到達時刻を確認する最適な時刻として決定し、つまり、TP iのうちのt max R2 i(t)に最も近い時刻をチャネルiの最適なP波の到達時刻(TP i)Cとして選択し、n個のチャネルに対して繰り返し処理を掛けることにより、全チャネルの最適なP波の到達時刻ベクトルT=[(TP i)C…(TP n)C]を取得するステップ(3)と、
最適かつ効果的なチャネルの識別方法は、相関行列Rの列ごとに和をとり、
を含む。
更に、前記の第1の閾値、第2の閾値、及び第3の閾値は、フロントタイム窓WB i(t)をp個のサンプリングポイントだけシフトバックし、Ei(t)にヒルベルト変換し、変換された窓内の信号の平均値Ei avと標準偏Ei sdを算出し、第1の閾値がH1 i(t)= Ei av+3Ei sdとし、第2の閾値、及び第3の閾値が信号対ノイズ比SNRの倍数とする方法によって決定される。
更に、前記の地震波受信チャネルは地震波ピックアップである。
<実施例>
図1に示すように、具体的に、
微小地震監視システムにより、干渉信号を含む可能性のある鉱山による地震波信号を収集して記憶するステップ(1)であって、
移動時間窓と識別判断基準を設定して各チャネルのP波の到達時刻ベクトルTPを決定するステップ(2)であって、
いずれかのチャネルをチャネルi(i=1..n)とし、チャネルiに対応して記憶されている鉱山による地震波信号x(t)に対して、フロントタイム窓WB i(t)、バックタイム窓WA i(t) 、及び時間遅延窓WD i(t)という3つの移動時間ステップが1/SFの移動時間窓を一定の長さで設定し、以下のチャネルiの識別判断基準式を決定し、
R1 i≧H1 i(t)且つR2 i(t)≧H2 i(t)且つR3 i(t)≧H3 i(t)
但し、R1 i(t)は移動時間窓WB i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値であり、H1 i(t)は第1の閾値であり、R2 i(t)はWA i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値とWB i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値との比であり、Hi 2(t)は第2の閾値であり、R3 i(t)はWD i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値とWB i(t)内の信号振幅の絶対値の平均値との比であり、Hi 3(t)は第3の閾値であり、上記の第1の閾値、第2の閾値、及び第3の閾値は、フロントタイム窓WB i(t)を20個のサンプリングポイントだけシフトバックし、第1の閾値、第2の閾値、及び第3の閾値をいずれも定数とし、ここで、定数=4であるとする方法によって決定され、
鉱山による地震波信号のエネルギーが最大であるメカニズムとは、一般に、鉱山による地震の波形のエネルギーが、記憶されている波形の大部分であることであり、このメカニズムによれば、R2 i(t)のうちの最大値に対応する時間tmaxR2 i(t)を、チャネルiの最適なP波の到達時刻を確認する最適な時刻として決定し、つまり、TP iのうちのtmaxR2 i(t)に最も近い時刻をチャネルiの最適なP波の到達時刻(TP i)Cとして選択し、ここで、(TP i)Cはそれぞれ[11.298 11.298 11.314 11.326 1.814 11.312 11.372 10.458]であり、そして、全チャネルの最適なP波の到達時刻ベクトルT=[11.32 11.27 11.312 11.322 1.816 11.31 11.372 10.458]を取得するステップ(3)と、
Rij=1である場合、チャネルiとチャネルjによって記憶されている鉱山による地震信号は、同一の鉱山による地震の地震源によって励起された信号と決定され、Rij=0である場合、チャネルiとチャネルjの信号が相関していないことを意味し、その結果、得られたデータにより相関行列Rを構成するステップ(4)と、
次に、上記有効識別範囲に基づいて、対応する(T1 P)C=11.32、(T2 P)C =11.27、(T4 P)C =11.322、(T5 P)C =1.816、(T8 P)C =10.458がその範囲内にあるか否かを判断し、その結果、チャネル5及び8が該範囲内にないため、補正が必要な干渉信号チャネルとして記憶されるステップ(6)と、
チャネル5である場合、TP 5に識別範囲[10.75,11.9]に含まれるP波の到達時刻がないため、(TP 5)cは存在せず、そのチャネルで受信した鉱山による地震波信号を削除しており、チャネル8である場合、TP 8に識別範囲[10.71,11.94]に含まれるP波の到達時刻があるため、識別範囲内においてtmaxR2 i(t)が11.35であることを決定でき、これにより、チャネル8のP波の到達時刻ベクトルから、11.378を対応する最適なP波の到達時刻として選択し、その結果、干渉信号チャネルの補正のステップを完了させるステップ(7)と、を含む。
更に、上記地震波受信チャネルは地震波ピックアップである。
上記地震波受信チャネルで構成される監視ネットワーク及び地上受信ユニットは、いずれも炭鉱坑内の既存の設備である。
Claims (3)
- 微小地震監視システムにより、干渉信号を含む可能性のある鉱山による地震波信号を収集して記憶するステップ(1)であって、
炭鉱坑内のトンネルの床に取り付けられたn個の地震波受信チャネルで構成される監視ネットワークにより、特定のサンプリング周波数SFで、切羽に対する作業とトンネルの掘削の過程中における、石炭含有岩内で発生した鉱山による地震によって放出された地震波をリアルタイムで収集し、そして、地上受信ユニットを介して、各受信チャネルからフィードバックされた鉱山による地震波信号をリアルタイムで記憶するステップ(1)と、
鉱山による地震波信号のエネルギーが最大であるメカニズムに基づいて、各チャネルのP波の到達時刻ベクトルから、対応する最適なP波の到達時刻を選択して、初期に識別される全チャネルの最適なP波の到達時刻ベクトルTを構成するステップ(3)であって、
全チャネルの最適なP波の到達時刻ベクトルを相関判定式に代入して到達時刻の相関行列Rを算出し、任意の2つのチャネルによって識別された信号が同一の鉱山による地震の地震源によって励起された信号であるか否かを判断するために使用するステップ(4)であって、
西安80座標系では、各地震波受信チャネルの空間座標[x y z]を測定し、同時にトンネルの床における各チャネルのP波の速度値VP、既知の震源位置での発破信号に基づいて逆推定し、任意のチャネルiとチャネルjの、ステップ(3)で得られた全チャネルの最適なP波の到達時刻ベクトルを、下記のチャネル相関算出式に代入して算出を行い、相関行列Rを形成し、
Rij=1である場合、チャネルiとチャネルjによって記憶されている鉱山による地震信号は、同一の鉱山による地震の地震源によって励起された信号と決定され、Rij=0である場合、チャネルiとチャネルjの信号が相関していないことを意味し、その結果、得られたデータにより相関行列Rを構成するステップ(4)と、
相関行列Rに対して最適かつ効果的なチャネルの識別方法により、効果的な鉱山による地震波信号を含むチャネルkを決定するステップ(5)であって、
最適かつ効果的なチャネルの識別方法は、相関行列Rの列ごとに和をとり、
効果的な鉱山による地震波信号チャネルkが、行ベクトルRcのうちの最大値max(Rc)が位置するチャネルであることを決定し、最大値が複数の場合、各チャネルの到達時刻においてチャネルkの最適なP波の到達時刻が最も古いと決定する方法であるステップ(5)と、
チャネルkを基準として、補正が必要な干渉信号チャネルを判断し、及び、該チャネルの、鉱山による地震波信号の最適なP波の到達時刻の有効識別範囲を決定するステップ(6)であって、
チャネルkを基準として、行ベクトルRcのうちのmax(Rc)未満の各チャネルiのそれぞれに対して、範囲拡大係数がαである場合における、各チャネルの鉱山による地震波信号の、最適なP波の到達時刻の有効識別範囲を決定し、
次に、各有効識別範囲に基づいて、各チャネルiの最適なP波の到達時刻(TP i)Cが該範囲内にあるか否かを判断し、到達時刻が該範囲内にない場合、該チャネルを補正が必要な干渉信号チャネルとして記憶するステップ(6)と、
鉱山による地震波信号のエネルギーが最大であるメカニズムに基づいて、補正が必要な干渉信号チャネルの、対応するTPが有効識別範囲内にある時の最適なP波の到達時刻を識別するステップ(7)であって、
TP iにステップ(6)で決定された有効識別範囲に含まれる到達時刻がない場合、(TP i)Cは存在せず、該チャネルを削除しており、有効識別範囲に含まれる到達時刻がある場合、鉱山による地震波信号のエネルギーが最大であるメカニズムに基づいて、ステップ(3)に従って、有効識別範囲内において、チャネルiの最適なP波の到達時刻(TP i)Cを再決定し、そして、干渉信号チャネルを補正するステップを完了させるステップ(7)と、を含むことを特徴とする干渉信号での鉱山による地震のP波を識別するための方法。 - 前記第1の閾値、第2の閾値、及び第3の閾値は、フロントタイム窓Wi B (t)をp個のサンプリングポイントだけシフトバックし、Ei(t)にヒルベルト変換し、変換された窓内の信号の平均値Ei avと標準偏差Ei sdを算出し、第1の閾値がH1 i(t)= Ei av+3Ei sdとし、第2の閾値、及び第3の閾値が信号対ノイズ比SNRの倍数とする方法によって決定される、ことを特徴とする請求項1に記載の干渉信号での鉱山による地震のP波を識別するための方法。
- 前記地震波受信チャネルは地震波ピックアップであることを特徴とする請求項1に記載の干渉信号での鉱山による地震のP波を識別するための方法。
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