专利汇可以提供一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种矿井微 地震 观测系统设计及面 波速 度提取方法,针对矿山安全微地震监测领域,在受限制观测空间设计四线交错网格圆形微地震监测台阵观测系统,在微地震事件和采掘工程等强噪声环境中的采集信息,由于微地震 信号 及环境噪声带有较复杂的 时空 特性的随机过程,利用空间相关方法从信号记录中有效提取微地震事件和采掘振动产生的面波,并计算面波相速度的频散特征曲线,进一步根据面波 频率 和相速度计算 波长 ,取频率的波长一半作为测探距离建立初始 地层 速度模型,通过反复 迭代 处理获得地层的速度结构特征,由于面波不受高速层屏蔽作用的影响,对 煤 层等低速层有较强的分辨能 力 ,能够反映工作面的速度结构,从而提高微地震监测资料的利用效果。,下面是一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法专利的具体信息内容。
1.一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法,其特征在于,步骤如下:
1)微地震观测信号可能来自周围任何地点、任何时间的随机信号,根据煤层回采工作面的侧帮高度设计并布置4排交错微地震观测系统,并对矿井微地震事件和采集振动等等震源信号进行长时间记录;
2)由测线编排的观测数据,对其进行解编和抽取,重新编辑为圆形观测道集,该道集是以圆中心为0道,然后从水平右向开始依次按逆时针或顺时针对抽取的同圆观测道进行顺序编号,分别记为1,2…N道,由于同一微地震事件的波到达圆形观测台阵的任意传感器具有相关性,能够从观测记录中分析出微地震波旅行时差;
3)假定微地震面波传播方向与观测台阵在同一平面,设定水平方向为基准方向,则振动传感器的极坐标角度为θi,微地震波传播方向相对相对极坐标角度为φ,传感器到圆心的半径为r,如果微地震波到在t0时刻达了排列圆周上,以相速度c达到不同震动传感器的时刻为ti,用如下公式来校正;
式中,τ0为微地震波相位到达圆形观测排列中心点的时间延迟;
3)由于微地震记录或环境噪声为长时记录,首先取一定时间间隔记录或一定数量的采样点数据段,然后对数据段进行快速傅里叶变换(FFT),取一段数据求其自功率谱和互功率谱,同时对每段数据采用窄带滤波方式获得不同频率的微地震信号;
4)若采用窄带滤波方法得到中心频率ω0的面波信号,那么对于两个传感器记录的同一信号,经过时间延迟校正后,计算空间自相关函数S(r,θ),公式为
其中g(ω,r,θi)为空间协方差函数,公式为
相应空间协方差函数的方位平均公式为
其中
式中J0(rk)为第一类零阶贝塞尔函数;
5)并进一步计算该频率对应的空间自相关系数,其计算公式为:
6)由半径为r的圆形数据集得到所有频率的空间自相关系数满足零阶第一类贝塞尔函数,在半径ω0的圆形台阵上得到的空间自相关系数与频率有关,通过查表得到第一类贝塞尔函数值,计算得到面波频率ω0对应的相速度c(ω0);
由于圆形观测台阵的检波器的耦合条件、记录仪器的频率特性总存在差异,求取空间自相关系数时可将各测点得到的功率谱密度函数进行规格化,规格化空间自相关系数公式为
式中 是在圆周测点(o,r)将长时间记录的原始信号通过中心频率ω0的窄带滤波所的信号,空间自相关系数就是在圆形台阵中心的与圆周上观测信号对特定频率ω0相关的方位平均;由此,可得到微地震面波信号所有频率对应的相速度,即微地震面波的频散特征曲线。
2.根据权利要求1所述的一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法,其特征在于,所述根据煤层回采工作面的侧帮高度设计并布置四排交错微地震传感器可以对其进行解编和抽取,重新编辑为圆形观测道集,对于圆形观测道集的观测记录窄带滤波,并进行空间相关处理获得对应频率的相关系数。
3.根据权利要求1所述的一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法,其特征在于,由微地震面波的频散特征曲线,进一步根据面波频率和相速度计算波长,取频率的波长一半作为测探距离建立初始地层速度模型,从而反演获得地层的速度结构特征。
4.根据权利要求1所述的一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法,其特征在于,对煤层中的回采工作面观测空间受限且存在强噪声干扰环境矿井微地震观测环境,设计四线交错网格数据观测系统,此方法可有效的提取面波传播的频散特征,并对工作面速度结构进行成像,提高的微地震监测资料的使用,以及提高煤矿井下掘进巷道、工作面超前地质条件精细探测的精度。
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