学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

矿震监测的理论与应用研究

作　者: 贾宝新
导　师: 潘一山
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 工程力学
关键词: 矿震传播模型分形信号识别定位震级预测台站布置监测系统
分类号: TD326
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 16次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

矿震是采矿诱发的矿井地震，是矿井自然灾害之一。如何降低和减少矿震所导致的事故和灾难，是目前研究的重要课题，而解决这一问题的主要途径之一，是对矿震进行实时连续监测。本文针对这一问题，对矿震监测的理论与应用进行研究。（1）探讨矿震的发生机理，建立了矿震波在均匀与非均匀介质中的传播模型。根据矿震的物理特征、矿震的能量特征、参与矿震的岩体类别、矿震力源和矿震发生失稳机理等对矿震进行分类；详细论述与总结了断层错动型矿震、煤体压缩型矿震、顶板断裂型矿震的发生机理。建立了均匀介质中矿震波的三维显式波动方程，以及分层介质中的三维显示波动方程。通过在矿震监测系统的应用表明，所建模型有效提高了震级计算和定位计算的精度。（2）建立矿震波初至自动识别方法。通过分析矿震信号的特征及其干扰因素，对各种震相自动识别方法进行了总结，评价了各种识别方法的优缺点，并基于分形理论对矿震震相初至的自动识别进行了的研究，采用Hausdorff分形维数方法中使用超立方体对振动波形进行覆盖的计算方法，克服了其他同类方法对矿山地震进行平面简化问题，到时读取的精度有了一定提高。通过对实际矿山地震进行定位，垂直误差均值为4.5m，水平方向误差为0.4m，满足煤矿安全生产要求。（3）建立了矿震定位方法，并对SW-GBM定位方法进行修正。在地震定位问题的解决方法的基础上，研究了适合于矿震特点的定位方法。采用用走时和震源距离之间的关系式推导出了矿震发震时刻的计算公式；研究了基于发震时刻计算公式单台站定位方法，并在木城涧矿震监测定位系统中的应用，定位结果小于系统规定的误差上限；研究了适合于两台站和三台站定位的直线方程法；对SW-GBM法的各种情况进行了讨论，给出了矿震定位质量的评估方法。并结合矿震波传播规律对SW-GBM定位方法进行了修正，计算结果表明，能够有效的提高矿震定位精度。（4）建立震级计算公式，并通过现场实测数据建立了矿震预测公式。根据矿震不同于地震的特点，采用李学政的近场起算函数，计算近震震级；利用加速度测定矩震级；采用曲线拟合的方式拟合木城涧矿区的持续时间震级公式；并对近震震级和持续时间震级的结果进行对比分析。运用最大熵理论建立信息熵预测矿震的统一预测模型，现场实例验证该模型预测精度较高，是一种可行的矿震预测方法。（5）建立矿震监测台站的空间分布准则。台站的空间分布在煤矿监测中具有重要的地位，在给定速度模型后，台站的几何分布将直接影响监测精度。运用维数优化原理建立矿震监测台站优化方法，实践表明优化的监测台站空间布置能够大大减小震中定位误差，为其他煤矿微震台站选址和布置具有一定的借鉴意义。此外讨论了台网数量对矿震预测的影响，增加台网密度，提高监测频率是今后矿震监测的主要方向之一。（6）修正并完善原有矿震监测系统，开发矿震监测管理和预警系统。基于上述研究成果，对原有矿震监测系统进行完善。开发了矿震监测管理和预警系统，确定应力异常区矿山微震敏感指标，并从现场矿山微震规律中，抽取相关特征参量，确定了煤矿高应力异常区域矿山微震确定方法和危险性动态趋势预测方法，给出了相关指标的预警临界值。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-15
1 绪论  15-20
  1.1 问题的提出及研究意义  15
  1.2 矿震监测方面的国内外研究现状  15-19
    1.2.1 矿震监测台站的空间分布研究现状  15-16
    1.2.2 震相识别研究现状  16-17
    1.2.3 震级计算研究现状  17
    1.2.4 矿山地震定位研究现状  17
    1.2.5 传播模型研究现状  17-18
    1.2.6 矿震预测研究现状  18-19
  1.3 本文主要研究内容  19-20
2 矿震发生机理、分类及矿震波传播规律的研究  20-41
  2.1 矿震的发生条件  20-21
  2.2 矿震的分类  21-22
  2.3 矿震形成机理  22-28
  2.4 矿震波在均匀介质中传播规律  28-33
    2.4.1 矿震三维激振模型的建立  28-32
    2.4.2 激振模型在震相识别中的应用  32-33
  2.5 矿震波在分层介质中的传播规律  33-40
    2.5.1 分层介质中波阵面方程  33-35
    2.5.2 矿震波的波阵面  35-38
    2.5.3 三维波阵面方程  38
    2.5.4 矿震震波经介质变化面后任意点的波动方程  38-39
    2.5.5 波阵面在介质变化面上的传播速度  39-40
  2.6 本章小结  40-41
3 矿震信号识别方法研究  41-54
  3.1 矿震信号  41-45
    3.1.1 矿震波的组成和特征  41-42
    3.1.2 矿震信号的干扰因素  42-44
    3.1.3 矿震信号的筛选  44-45
  3.2 矿震信号的识别方法  45-49
    3.2.1 时域分析法  46-47
    3.2.2 频域分析法  47
    3.2.3 时频分析法  47-48
    3.2.4 模式识别的方法  48
    3.2.5 综合分析法  48-49
  3.3 基于分形理论的矿震波初至识别方法  49-52
    3.3.1 分形维数应用的可行性  49-50
    3.3.2 矿震信号的分形维数计算  50-52
    3.3.3 模型应用矿震定位实例  52
  3.4 本章小结  52-54
4 矿震定位方法的研究  54-69
  4.1 矿震的发震时刻  54-56
    4.1.1 地震发震时刻的测定方法  54-56
    4.1.2 矿震发震时刻的测定方法  56
  4.2 矿震的定位方法  56-66
    4.2.1 地震定位方法  56-61
    4.2.2 矿震定位方法  61-66
  4.3 修正的 SW-GBM 定位公式  66-68
  4.4 本章小结  68-69
5 矿震震级及预测的研究  69-93
  5.1 地震震级概述  69-71
  5.2 矿震震级的测定  71-80
    5.2.1 近震震级M_L  72-73
    5.2.2 矩震级M_W  73-75
    5.2.3 续时间震级M_D  75-77
    5.2.4 级标度在矿震震级测定中的应用  77-80
  5.3 矿震预测  80-92
    5.3.1 东滩煤矿试验区概况  81-83
    5.3.2 最大熵原理建立震级概率分布统一预测模型  83-90
    5.3.3 最大信息熵统一预测模型建立  90-91
    5.3.4 矿震预测结果及分析  91-92
  5.4 本章小结  92-93
6 矿震监测台站的空间分布研究  93-102
  6.1 概述  93
  6.2 监测台站分布准则  93-95
    6.2.1 P 波到时计算  94
    6.2.2 监测台站空间结构的选择  94-95
    6.2.3 监测台站台址选择  95
  6.3 木城涧煤矿应用实例  95-98
    6.3.1 木城涧煤矿台址选择  95-96
    6.3.2 矿震定位计算方法  96-97
    6.3.3 监测台站位置的确定  97-98
  6.4 兖州东滩煤矿应用实例  98-99
    6.4.1 监测台站台址选择  98-99
    6.4.2 台站的优化  99
  6.5 矿震监测台站数量对矿震预测的影响分析  99-101
  6.6 本章小结  101-102
7 矿震监测定位系统的研究  102-129
  7.1 矿震监测定位系统的构成  102-103
  7.2 矿震监测定位终端系统的布设与组成  103-111
    7.2.1 台站的选址  103-104
    7.2.2 台站的组成  104-109
    7.2.3 矿山微震监测系统的总体布置  109-111
  7.3 矿震监测定位系统软件的构成与功能介绍  111-113
    7.3.1 矿震监测定位系统的软件结构  111
    7.3.2 矿震监测定位系统的软件功能  111-113
  7.4 矿震监测管理系统设计与开发  113-127
    7.4.1 矿震监测管理系统开发的意义  113-115
    7.4.2 矿微震监测管理系统的设计及实施  115-116
    7.4.3 矿震监测管理系统软件的主要构成及功能  116-120
    7.4.4 微震监测数据传输系统软件结构及主要功能  120-127
  7.5 本章小结  127-129
8 结论  129-131
参考文献  131-138
作者简历  138-140
查新结论  140-141
学位论文数据集  141

矿震监测的理论与应用研究

内容摘要

全文目录

相似论文