[发明专利]一种基于聚束阵列波形的微震源定位方法

摘要

本发明公开了一种基于聚束阵列波形的微震源定位方法。其技术方案是：先在金属矿山的任一巷道内建立一个以分析点P为中心的监测单元，再根据分析点P处得到的震动波中某一段半波的初至时间以及所述震动波中某一段半波与时间的关系建立微震源定位的数学模型，得到从分析点到微震源点的单位矢量(n_x,n_y,n_z)和距离R，然后通过分析点P在某金属矿山的绝对坐标得到微震源在所述金属矿山的位置坐标。本发明具有方法简单、精确度高和稳定性强的特点，适用于金属矿山的微震源定位。

主权项

一种基于聚束阵列波形的微震源定位方法，其特征在于所述微震源定位方法的步骤是：第一步：先在金属矿山的任一巷道内建立一个以分析点P为中心的监测单元，再以分析点P为原点建立空间直角坐标系，然后在x轴、y轴和z轴的负半轴的任一点对应地设有速度传感器A_x、速度传感器A_y和速度传感器A_z，在x轴、y轴和z轴的正半轴对称地设有速度传感器B_x、速度传感器B_y和速度传感器B_z；第二步：选择速度传感器A_x、速度传感器A_y和速度传感器A_z各自监测到的第一个完整周期正弦波中的任一半波信号和作为定位用标准信号；第三步：读取速度传感器B_x、速度传感器B_y和速度传感器B_z监测到的第一个完整周期正弦波中与对应的定位用标准信号和同半轴的半波信号f_Bx、f_By和f_Bz，再确定所述半波信号f_Bx、f_By和f_Bz的峰值与对应的定位用标准信号和的峰值之间各自的初至时差；第四步：将定位用标准信号和按第三步确定的各自初至时差向对应的所述半波信号f_Bx、f_By和f_Bz平移，得到相应的参照信号f_Ax、f_Ay和f_Az，所述参照信号f_Ax、f_Ay和f_Az与半波信号f_Bx、f_By和f_Bz组成相应的三组波形(f_Ax，f_Bx)、(f_Ay，f_By)和(f_Az，f_Bz)；第五步：将步骤四所述三组波形(f_Ax，f_Bx)、(f_Ay，f_By)和(f_Az，f_Bz)中的各组波形分别作算术平均，即得相应的分析波形f_Px、f_Py和f_Pz；第六步：在所述分析波形f_Px、f_Py和f_Pz的时间轴上分别选取区间[t_x1,t_x2]、[t_y1,t_y2]和[t_z1,t_z2]，根据所述区间[t_x1,t_x2]、[t_y1,t_y2]和[t_z1,t_z2]内的三组波形(f_Ax，f_Bx)、(f_Ay，f_By)和(f_Az，f_Bz)和所述的分析波形f_Px、f_Py和f_Pz，得到：1)从分析点P到微震源点S的距离R$R=\mathrm{\α}/\sqrt{{\left(\frac{{\∫}_{t_{x1}}^{t_{x2}}\frac{\∂f}{\∂x}\mathrm{dt}}{S_x}\right)}^2+{\left(\frac{{\∫}_{t_{y1}}^{t_{y2}}\frac{\∂f}{\∂y}\mathrm{dt}}{S_y}\right)}^2+{\left(\frac{{\∫}_{t_{z1}}^{t_{z2}}\frac{\∂f}{\∂z}\mathrm{dt}}{S_z}\right)}^2}---\left(1\right)$2)从分析点P到微震源点S的单位矢量(n_x,n_y,n_z)$\left\{\begin{array}{c}{n}_x=\frac{R}{{\mathrm{\αS}}_x}{\∫}_{t_{x1}}^{t_{x2}}\frac{\∂f}{\∂x}\mathrm{dt}\\ n_y=\frac{R}{{\mathrm{\αS}}_y}{\∫}_{t_{y1}}^{t_{y2}}\frac{\∂f}{\∂y}\mathrm{dt}\\ n_z=\frac{R}{{\mathrm{\αS}}_z}{\∫}_{t_{z1}}^{t_{z2}}\frac{\∂f}{\∂z}\mathrm{dt}\end{array}\right.---\left(2\right)$式(1)和式(2)中：α表示震动波的强度服从距离的衰减指数，α取1，S_x表示分析波形f_Px在区间[t_x1,t_x2]内的积分，S_y表示分析波形f_Py在区间[t_y1,t_y2]内的积分，S_z表示分析波形f_Pz在区间[t_z1,t_z2]内的积分，表示x轴方向单位长度内半波信号f_Bx和参照信号f_Ax在区间[t_x1,t_x2]内的积分差，${\∫}_{t_{x1}}^{t_{x2}}\frac{\∂f}{\∂x}\mathrm{dt}=\frac{{\∫}_{t_{x1}}^{t_{x2}}{f}_{\mathrm{Bx}}\mathrm{dt}-{\∫}_{t_{x1}}^{t_{x2}}{f}_{\mathrm{Ax}}\mathrm{dt}}{\mathrm{\Δx}}---\left(3\right)$式(3)中：表示半波信号f_Bx在区间[t_x1，t_x2]内的积分，表示参照信号f_Ax在区间[t_x1,t_x2]内的积分，Δx表示速度传感器A_x和速度传感器B_x在x轴的距离；表示y轴方向单位长度内半波信号f_By和参照信号f_Ay在区间[t_y1,t_y2]内的积分差，${\∫}_{t_{y1}}^{t_{y2}}\frac{\∂f}{\∂y}\mathrm{dt}=\frac{{\∫}_{t_{y1}}^{t_{y2}}{f}_{\mathrm{By}}\mathrm{dt}-{\∫}_{t_{y1}}^{t_{y2}}{f}_{\mathrm{Ay}}\mathrm{dt}}{\mathrm{\Δy}}---\left(4\right)$式(4)中：表示半波信号f_By在区间[t_y1,t_y2]内的积分，表示参照信号f_Ay在区间[t_y1,t_y2]内的积分，Δy表示速度传感器A_y和速度传感器B_y在y轴的距离；表示z轴方向单位长度内半波信号f_Bz和参照信号f_Az在区间[t_z1,t_z2]内的积分差，${\∫}_{t_{z1}}^{t_{z2}}\frac{\∂f}{\∂z}\mathrm{dt}=\frac{{\∫}_{t_{z1}}^{t_{z2}}{f}_{\mathrm{Bz}}\mathrm{dt}-{\∫}_{t_{z1}}^{t_{z2}}{f}_{\mathrm{Az}}\mathrm{dt}}{\mathrm{\Δz}}---\left(5\right)$式(5)中：表示半波信号f_Bz在区间[t_z1,t_z2]内的积分，表示参照信号f_Az在区间[t_z1,t_z2]内的积分，Δz表示速度传感器A_z和速度传感器B_z在z轴的距离；由式(1)和式(2)即可得到从分析点P到微震源点S的距离R和单位矢量(n_x,n_y,n_z)。