[发明专利]基于电磁辐射和微震联合监测的井下煤岩破裂源定位方法

说明书

本发明公开了一种基于电磁辐射和微震联合监测的井下煤岩破裂源定位方法，将多组传感器设于待测区域附近，每组含一电磁辐射传感器和一微震传感器，两者在同一位置共享同一三维坐标，根据煤岩破裂同时产生电磁信号和微震信号，电磁信号传播速度远大于微震信号传播速度，将电磁辐射传感器接受的电磁信号到时视作煤岩破裂源产生时刻，描述煤岩破裂源的未知量由四个(x0，y0，z0，t0)减少为三个(x0，y0，z0)，根据已知的传感器位置坐标、微震信号到时、微震信号传播速度，利用距离运算关系求解煤岩破裂源位置坐标公式，可通过鲍威尔算法Powell求出煤岩破裂源位置坐标。

技术领域

本发明涉及一种基于电磁辐射和微震联合监测的井下煤岩破裂源定位方法，属于井下煤岩破裂源定位技术领域。

背景技术

冲击地压和煤与瓦斯突出是典型的煤岩动力灾害，破坏性巨大，常造成井巷破坏、人员伤害，严重的还会引起瓦斯、煤尘爆炸。随开采深度增加、开采布局日趋复杂，采掘围岩所处应力环境逐渐恶化，灾害形势越来越严峻。这种灾害发生的时间、地点和形势等复杂多样，且突发短暂，对其准确的监测预警已成为世界性难题。

煤岩动力灾害的孕育发展致灾过程伴随微破裂扩展演化至宏观破裂产生，期间产生有电磁辐射、微震等物理现象，煤岩电磁辐射技术和微震技术即是通过对该物理现象的监测实现对煤岩动力灾害危险程度的评价和预警，该方法已在我国煤岩动力灾害矿井得到大规模应用。然而目前，煤岩电磁辐射技术只能实现对煤岩破裂强度和频度的时序监测，不能对煤岩破裂源进行定位；微震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，然而其定位过程需要求解时间和空间两个维度的未知量，求解过程复杂，所需要的微震传感器数量较多，致使其定位精度有待提高。且多数情况下掘进巷道周边没有条件实现多个微震传感器的空间立体布置，使微震技术对掘进巷道周边煤岩破裂源的定位精度更加不理想。可见，有必要提出一种基于电磁辐射和微震联合监测的井下煤岩破裂源定位方法，既可实现电磁辐射定位，又可提高微震定位精度。

本发明针对以上问题，提供一种基于电磁辐射和微震联合监测的井下煤岩破裂源定位方法，以便实现电磁辐射定位、减少微震定位需求解的未知量个数、提高微震定位精度，特别适用于掘进巷道周边煤岩破裂源的精确定位。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电磁辐射和微震联合监测的井下煤岩破裂源定位方法，其特征在于：在待测区域周边设置N组传感器，每组包含一个电磁辐射传感器和一个微震传感器，两者在同一位置并共享同一个三维坐标，N组传感器的三维位置坐标已知，分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、…、(x_N,y_N,z_N)，N≥4；

煤岩破裂源产生后，第i组传感器接受到该煤岩破裂源产生的电磁辐射信号和微震信号并分别记录下接受到该信号的时刻，电磁辐射传感器和微震传感器接受到该信号的时刻分别为t_Ei和t_Si，共得到N组时间数据；

对于公式(1-1)：

其中，(x₀,y₀,z₀)和t₀为煤岩破裂源的三维坐标和破裂时刻，v_E和v_S分别为电磁信号和微震信号在煤岩介质中的传播速度，i取值为1，2，…，N；

由即v_E远大于v_S，得到即由同一煤岩破裂源产生的电磁信号传播至电磁辐射传感器的时差远小于微震信号传播至微震传感器的时差，且在矿井井田范围内有t_Ei-t₀≈0，因此，t_Ei即为煤岩破裂时刻，公式(1-1)简化为如下形式：