冲击地压危险的微震监测预警方法、装置和系统与流程

本发明涉及监测领域，尤其涉及一种冲击地压危险的微震监测预警方法、装置和系统。

背景技术：

我国煤矿开采条件复杂，冲击地压灾害是煤矿主要灾害之一，其破坏性大常造成井巷破坏，人员伤亡和设备损坏。随着采深不断增加，冲击地压灾害频次、强度和破坏程度均呈上升趋势。这种灾害发生的时间、地点和形势等复杂多样，且持续时间较短，对其准确的监测预警已成为世界性难题。

目前，对冲击地压灾害的监测预警主要包括静态指标法和地球物理方法两大类。静态指标法有：钻屑量监测。地球物理方法主要包括：微震监测、电磁辐射监测、地音监测、工作面矿压监测、采动应力监测等。静态指标法工程量大，成本高，获得的信息量有限且准确性低，现阶段只能作为一种辅助的监测手段。电磁辐射监测易被矿井设备、电缆等干扰，地音监测易受工作面采动干扰且与工作面矿压监测、采动应力监测等方法同样无法对震源进行定位。微震监测技术可实现对煤岩破裂的时序监测和对破裂源的空间定位，由于监测范围广被国内外矿井广泛应用，然而仅根据微震监测系统采集到的能量和频次进行定量预警，出现误报、漏报的次数较多，严重影响矿井安全生产。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明提出一种冲击地压危险的微震监测预警方法、装置和系统，解决了现有技术中钻屑量监测的方式只能作为辅助的监测手段的技术问题，解决了仅根据微震监测系统采集到的能量和频次进行定量预警，出现误报、漏报的次数较多，严重影响矿井安全生产的技术问题。

本发明提出一种冲击地压危险的微震监测预警方法，包括：

计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

此外，大能量微震事件根据冲击地压发生时刻对应的微震事件能量来确定，大能量微震事件为微震能量大于1×10⁶j的微震事件。

此外，能量偏差值de的计算公式为：

其中e为实时微震事件能量值，为上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的所有微震事件的能量平均值。

此外，频次偏差值dp的计算公式为：

其中pi为第i日微震事件总数，为上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的每日微震事件总数的平均值。

此外，根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级包括：当实时微震事件能量值e<1×10⁵j时，确定危险等级为1；

当1×10⁵j≤实时微震事件能量值e<1×10⁶j时，确定危险等级为2；

当1×10⁶j≤实时微震事件能量值e<1×10⁷j时，确定危险等级为3；

当1×10⁷j≤实时微震事件能量值e时，确定危险等级为4。

此外，根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级包括：

当初步冲击危险等级是1或者2时，若20≤能量偏差值de<60且连续预设天数及以上持续增加，或者0.8≤频次偏差值dp<2且连续预设天数加1天及以上持续增加，或者60≤能量偏差值de<80，或者2≤频次偏差值dp<4，则最终的冲击危险等级在初步冲击危险等级基础上增加1个危险等级；

当初步冲击危险等级是1或者2时，若80≤能量偏差值de或者4≤频次偏差值dp，则最终的冲击危险等级在初步冲击危险等级基础上增加2个危险等级；

当初步冲击危险等级是3时，若80≤能量偏差值de或者4≤频次偏差值dp，则最终的冲击危险等级在初步冲击危险等级基础上增加1个危险等级；

冲击危险等级最高是4。

本发明还提出一种冲击地压危险的微震监测预警装置，包括：

第一计算模块，用于计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

第二计算模块，用于计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

第三计算模块，用于计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

确定初步等级模块，用于根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

计算最终等级模块，用于根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

本发明还提出一种冲击地压危险的微震监测预警系统，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明解决了现有技术中钻屑量监测的方式只能作为辅助的监测手段的技术问题，解决了仅根据微震监测系统采集到的能量和频次进行定量预警，出现误报、漏报的次数较多，严重影响矿井安全生产的技术问题。本实施例在实现微震定位的基础上，提高基于微震监测技术的冲击地压预警可靠性，减少漏报和误报。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的冲击地压危险的微震监测预警方法的流程图；

图2是本发明一个实施例提供的冲击地压危险的微震监测预警方法的流程图；

图3是本发明一个实施例提供的冲击地压危险的微震监测预警装置的框图。

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

参照图1，本发明提出一种冲击地压危险的微震监测预警方法，包括：

步骤s101，计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

步骤s102，计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

步骤s103，计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

步骤s104，根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

步骤s105，根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p中，e是微震监测系统实时采集自动计算得到的单个微震事件的能量；p是每天发生的所有微震事件的总个数。

获取“上一次大能量微震事件发生时刻”：任何一次微震事件的发生时刻都由微震监测系统记录得到，上一次大能量微震事件发生时刻指距离当前时刻最近的由微震监测系统记录的大能量微震事件发生时刻，大能量微震事件需要根据冲击地压发生时刻对应的微震事件能量来确定，一般为微震能量大于1×10⁶j的微震事件。

监测预警时刻举例说明如何获取：例如当前时刻是2018年10月26日8点53分20秒，这个时刻就是监测预警时刻；2018年10月1日10点10分10秒发生了一次1×10⁶j的大能量事件，至2018年10月26日8点53分20秒(“监测预警时刻”)再没有发生能量大于1×10⁶j的大能量事件，这期间只发生了一些小能量事件，则2018年10月1日10点10分10秒就是上一次大能量微震事件发生时刻。因为此方法是实时预警，所以当前时刻就是“监测预警时刻”。

获取“能量偏差值de的变化趋势”说明：例如2018年10月1日10点10分10秒发生了一次大能量事件，至2018年10月26日8点53分20秒(“监测预警时刻”)再没有发生大能量事件，这期间只发生了一些小能量事件。那这期间每出现一个微震事件都能根据能量偏差值de的计算公式计算出一个de值，这期间每发生一个微震事件就能计算出一个对应的de值，该de值的时间对应该微震事件的发生时刻，以事件发生时间为横轴，de值为纵轴，就可以看出大能量发生时刻至“监测预警时刻”的de值变化趋势。

频次偏差值dp的变化趋势的获取方式与de类似。

本实施例解决了现有技术中钻屑量监测的方式只能作为辅助的监测手段的技术问题，解决了仅根据微震监测系统采集到的能量和频次进行定量预警，出现误报、漏报的次数较多，严重影响矿井安全生产的技术问题。本实施例在实现微震定位的基础上，提高基于微震监测技术的冲击地压预警可靠性，减少漏报和误报。

本实施例通过对微震监测设备监测到的数据进行统计分析，求出其所测能量和频次参数偏差值，并得到能量和频次偏差值的变化趋势，采用定量预警与趋势预警相结合的方法综合确定工作面当前冲击危险状态。整个过程涉及计算参数和冲击危险判别步骤均可编程实现，减少了工作人员手动的计算过程，省时省力，且预警准确率高，为解决冲击地压危险预警难题提供了支撑。

参照图2，本发明提出一种冲击地压危险的微震监测预警方法，包括：

步骤s201，计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

步骤s202，计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

可选地，大能量微震事件为微震能量大于1×10⁶j的微震事件。

可选地，能量偏差值de的计算公式为：

其中e为实时微震事件能量值，为上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的所有微震事件的能量平均值。

步骤s203，计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

频次偏差值dp的计算公式为：

其中pi为第i日微震事件总数，为上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的每日微震事件总数的平均值。

步骤s204，根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

可选地，根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级包括：当实时微震事件能量值e<1×10⁵j时，确定危险等级为1；

当1×10⁵j≤实时微震事件能量值e<1×10⁶j时，确定危险等级为2；

当1×10⁶j≤实时微震事件能量值e<1×10⁷j时，确定危险等级为3；

当1×10⁷j≤实时微震事件能量值e时，确定危险等级为4。

步骤s205，根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

可选地，根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级包括：

当初步冲击危险等级是1或者2时，若20≤能量偏差值de<60且连续预设天数及以上持续增加，或者0.8≤频次偏差值dp<2且连续预设天数加1天及以上持续增加，或者60≤能量偏差值de<80，或者2≤频次偏差值dp<4时，则最终的冲击危险等级在初步冲击危险等级基础上增加1个危险等级；

当初步冲击危险等级是1或者2时，若80≤能量偏差值de或者4≤频次偏差值dp，则最终的冲击危险等级在初步冲击危险等级基础上增加2个危险等级；

当初步冲击危险等级是3时，若80≤能量偏差值de或者4≤频次偏差值dp，则最终的冲击危险等级在初步冲击危险等级基础上增加1个危险等级；

冲击危险等级最高是4。

这里，5、20和60的单位为1。

参照图3，本发明还提出一种冲击地压危险的微震监测预警装置，包括：

第一计算模块301，用于计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

第二计算模块302，用于计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

第三计算模块303，用于计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

确定初步等级模块304，用于根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

计算最终等级模块305，用于根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

本实施例解决了现有技术中钻屑量监测的方式只能作为辅助的监测手段的技术问题，解决了仅根据微震监测系统采集到的能量和频次进行定量预警，出现误报、漏报的次数较多，严重影响矿井安全生产的技术问题。本实施例在实现微震定位的基础上，提高基于微震监测技术的冲击地压预警可靠性，减少漏报和误报。

本实施例通过对微震监测设备监测到的数据进行统计分析，求出其所测能量和频次参数偏差值，并得到能量和频次偏差值的变化趋势，采用定量预警与趋势预警相结合的方法综合确定工作面当前冲击危险状态。整个过程涉及计算参数和冲击危险判别步骤均可编程实现，减少了工作人员手动的计算过程，省时省力，且预警准确率高，为解决冲击地压危险预警难题提供了支撑。

本发明还提出一种冲击地压危险的微震监测预警系统，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

计算实时微震事件能量值e和微震事件频次值p；

计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的能量偏差值de，并得到能量偏差值de的变化趋势；

计算上一次大能量微震事件发生时刻至监测预警时刻期间的频次偏差值dp，并得到频次偏差值dp的变化趋势；

根据实时微震事件能量值e采用定量预警方法确定初步冲击危险等级；

根据能量偏差值de、能量偏差值de的变化趋势、频次偏差值dp及频次偏差值dp的变化趋势，采用趋势预警方法对初步冲击危险等级进行修正，得到最终的冲击危险等级。

本实施例解决了现有技术中钻屑量监测的方式只能作为辅助的监测手段的技术问题，解决了仅根据微震监测系统采集到的能量和频次进行定量预警，出现误报、漏报的次数较多，严重影响矿井安全生产的技术问题。本实施例在实现微震定位的基础上，提高基于微震监测技术的冲击地压预警可靠性，减少漏报和误报。

本实施例通过对微震监测设备监测到的数据进行统计分析，求出其所测能量和频次参数偏差值，并得到能量和频次偏差值的变化趋势，采用定量预警与趋势预警相结合的方法综合确定工作面当前冲击危险状态。整个过程涉及计算参数和冲击危险判别步骤均可编程实现，减少了工作人员手动的计算过程，省时省力，且预警准确率高，为解决冲击地压危险预警难题提供了支撑。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。