[发明专利]一种矿山微震信号P波初至时刻提取方法及系统

说明书

本发明公开一种矿山微震信号P波初至时刻提取方法及系统，其方法包括：获取微震信号，并对所述微震信号进行升维，得到所述微震信号的时间‑频率‑能量分布图；根据所述时间‑频率‑能量分布图中信号与噪声能量分布，确定所述微震信号的主频带；在所述主频带上确定P波初至大致时刻；在所述微震信号中基于所述P波初至大致时刻内，选取时间窗，进一步确定P波初至精确时刻。本发明提供的方法能够充分利用微震信号的时域和频域的信息，通过能量分析来找到微震发生的真正时刻，从源头上解决P波初次定位产生的严重误差，进而拾取更准确的P波初至，消除突变噪声带来的影响。

技术领域

本公开涉及微震监测技术领域，尤其涉及一种矿山微震信号P波初至时刻提取方法及系统。

背景技术

在地下矿山深部开采中，由于受到“三高一扰动”(高地应力、高温、高渗透压以及强烈的开采扰动)的恶劣环境影响，围岩变形、岩层塌陷、岩爆等动力灾害频发，严重威胁着矿山井下工作人员的安全。地压监测能够对矿井下岩层内部应力变化进行及时监测，在深部开采中占有极其重要的地位。矿山动力灾害发生过程中均伴随着岩石的破裂、裂纹的扩展及摩擦，这些过程均会产生量级较小的震动，称之为微震事件。而微震监测就是通过对物体震动进行监测，得到微震事件发生的时间、位置及震级，从而判断岩体承受压力大小、受到破坏程度等情况，以对其安全程度进行评价，是地压监测中的一种重要的监测手段。

微震监测系统能够为矿山进行安全预警、控制地压灾害提供有效依据，其主要包括微震数据采集系统和微震处理分析系统两大部分。首先微震数据采集系统对现场数据进行实时采集，再将采集到的信号传送到微震处理分析系统中。与地震信号类似，微震信号包括P波和S波。在微震处理分析系统中，必须要先拾取该段采集信号中的微震信号波形的P波初至，再通过对微震信号发生时刻与能量的分析来得到微震信号发生源，最后通过对多个微震信号的统计分析，得到整体矿山压力变化分析，进而指导矿山安全作业，为矿山提供安全预警。因此P波初至是否足够精确的问题在微震监测系统中至关重要，只有更准确地找到P波初至时刻，才能更精准地确定岩石破裂所在的位置与时间，进而判断井下岩体稳定性及矿山风险水平。

现有技术中大多是采用基于时域信号本身变化进行拾取的，其中最为常见也最为基础的P波初至方法是STA(信号短时平均值)/LTA(信号长时平均值)长短时窗法，该方法通过设定一定的阈值来进行震相拾取。但是，该类方法仅从信号在时域上发生的变化来寻找P波初至，忽略了信号在频域上的特征，对信噪比低的信号效果较差，使用场景存在一定的局限性。此外，基于STA/LTA的P波拾取方法会受到长短时间窗长选取、拾取阈值的选取的影响，尤其受突变噪声引起的信号波动的影响较大。因此在井下低信噪比、未知噪声干扰环境下，实现更高精度的P波初至拾取是非常重要的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本公开提供一种高精度的矿山微震信号P波初至时刻提取方法及系统，解决现有技术中无法获取P波初至的精确时刻的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本公开采用的主要技术方案包括：

一方面，本公开一实施例提供一种矿山微震信号P波初至时刻提取方法，其包括：

步骤S210：获取微震信号，并对所述微震信号进行升维，得到所述微震信号的时间-频率-能量分布图；

步骤S220：根据所述时间-频率-能量分布图中信号与噪声能量分布，确定所述微震信号的主频带；

步骤S230：在所述主频带上确定P波初至大致时刻；

步骤S240：在所述微震信号中基于所述P波初至大致时刻内，选取时间窗，进一步确定P波初至精确时刻。

本公开的一个实施例中，所述步骤S210中获取微震信号，并对所述微震信号进行升维，得到所述微震信号的时间-频率-能量分布图包括：