[发明专利]基于模糊数学和微震监测的冲击地压多参量预警方法

权利要求书

1.基于模糊数学和微震监测的冲击地压多参量预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)选择已采工作面，选择已采工作面的K个微震事件作为冲击地压事件；

(2)获取已采工作面的微震监测数据，并进行震源定位和能量计算处理，得到微震预处理数据；

(3)对微震预处理数据进行分析计算，得到10个微震指标及演化规律，这10个微震指标分别表示为：b、A_(b)、S_D、M_E、Z、AC、Q_t、b_L、A_(t)、R_E；b表示微震个数与微震能量关系的斜率，该指标越小，冲击地压发生的可性能越高；A_(b)表示微震能级转换系数，该指标越大，冲击地压发生的可能性越高；S_D表示微震活动度，该指标越大，冲击地压发生的可能性越高；M_E表示微震等效能级，该指标越大，冲击地压发生的可能性越高；Z表示微震异常值，该指标绝对值越大，冲击地压发生的可能性越高；AC表示算法复杂度，该指标下降的速率越大，冲击地压发生的可能性越高；Q_t表示微震活动信息熵，该指标下降，表示冲击地压发生的可能性越高；b_L表示缺震值，该指标越小，表示冲击地压发生的可能性越高；A_(t)表示断层总面积，该指标越大，表示冲击地压发生的可能性越高；R_E表示微震总能量，该指标越大，表示冲击地压发生的可能性越高；

(4)按照正向、负向和双向指标的分类方式，对上述10个微震指标进行归一化处理；

(5)根据冲击地压危险的分级方法，确定步骤(4)中各微震指标值在各冲击危险等级的占比及其权重，将权重进行归一化处理；

(6)根据待预警工作面的地质和开采条件，重复步骤(2)至步骤(4)，得到待预警工作面的10个指标归一化的微震指标值，然后构建冲击地压多参量预警指标F_j；

(7)根据冲击地压多参量预警指标F_j值，确定待预警工作面的冲击危险等级；

(8)根据工作面开采的周期来压的时间间隔T_p，选择合理的时间窗D_T，随着工作面的开采，将时间窗前移，即可实现冲击地压实时预警和防治；

所述步骤(1)中采用经验类比法选择与待预警工作面地质和开采条件类似的已采工作面，并选择有冲击显现或单个能量大于10⁵J的微震事件作为冲击地压事件；

所述步骤(2)中的微震预处理数据包括微震三维坐标、能量幅值、波形初次到时；

所述步骤(3)中10个微震指标的表达式如下：

上式中，a为常数；M为微震能级；N_(M)为能级大于M的微震个数；

上式中，M_i为第i个微震的能级，N为微震个数；

上式中，M_max为最大微震能级；

上式中，E_i为第i个微震的能量；

上式中，N_to为总体微震个数；n_sa为样本微震个数；σ_M²为总体微震能级方差；σ_m²为样本微震能级方差；为总体微震能级平均值；为样本微震能级平均值；

上式中，M_AC＝M_max-M_min+1；

上式中，p_i＝(t_i+1-t_i)/(t_N-t₁)，t_i为第i个微震发生的时刻；t_N为第N个微震发生的时刻；

上式中，r为一个微震的能级；r₀为微震的最小能级，N_(r)为微震能级分类的个数；

所述步骤(4)中进行归一化处理采用如下表达式进行：

其中，W_ij表示经过归一化处理后的微震指标，λ_ij(t)包含三种情况，分别为正向指标：λ_ij^↑(t)＝[(Q_max-Q_ij)/(Q_max-Q_min)]；负向指标：λ_ij^↓(t)＝[(Q_min-Q_ij)/(Q_max-Q_min)]；双向指标：

其中，λ_ij^↑(t)为正向指标，λ_ij^↓(t)为负向指标，为双向指标；Q_max为指标的最大值，Q_min为指标的最小值；Q_ij为第ij个微震指标值；

所述步骤(4)中正向指标值越大，冲击地压发生的可性能越高；负向指标值越小，冲击地压发生的可性能越高；双向指标绝对值越大，冲击地压发生的可能性越高；

所述b、b_L、AC为负向指标；Q_t、A_(t)、R_E、A_(b)、S_D、M_E为正向指标；Z为双向指标；

所述步骤(5)中冲击地压危险分级按如下进行：强冲击危险[0.75～1]、中等冲击危险[0.5～0.75)、弱冲击危险[0.25～0.5)和无冲击危险[0～0.25)；

微震指标值在强冲击危险等级的权重占比为R_Bi，在中等冲击危险等级的权重占比为R_Ci，在弱冲击危险等级的权重占比为R_Di，上述权重占比表达式如下：R_Bi＝K_B/K；R_Ci＝K_C/K；R_Di＝K_D/K；其中，K_B为各微震指标在强冲击危险区间的微震事件个数，K_C为各微震指标在中等冲击危险区间的微震事件个数，K_D为各微震指标在弱冲击危险区间的微震事件个数；

各微震指标的权重R_i按下式计算：

R_i＝0.75×R_Bi+0.5×R_Ci+0.25×R_Di         (公式12)；

将由公式12计算得到的各个指标权重按公式13进行归一化处理，并按照权重大小进行排序：

上式中，ω_i为各个指标归一化后的权重；

所述步骤(6)中的冲击地压多参量预警指标F_j表达式如下：

所述步骤(8)中时间窗表达式如下：

D_T＝T_p/5          (公式15)。