采空区覆岩波速模型及微震源定位方法
周琳力1
贾宝新2
潘一山3
包鑫阳4
1.辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新 1230002.辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室,辽宁阜新 1230003.辽宁大学环境学院,辽宁沈阳 1100364.沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿,辽宁辽阳 111300
摘要：为构建煤矿小尺度区域微震波传播速度模型,提高矿井含采空区复杂地质结构内微震源定位精度.依据矿山采空区覆岩"三带"岩层变形、层面离层、层内断裂和裂隙发育以及岩体扩容等特征,构建圆弧层面波速模型,分区描述采空区覆岩波速结构.并提出采用考虑岩层变形特征的微震波绕射传播路径增量和基于时间平均方程的裂隙岩层波速折减进行波速模型修正.基于层状均匀介质假设和斯奈尔定律,推导微震波传播路径和走时计算公式,并计算各传播方向上的异向等效波速.基于到时理论定位原理,选择以实测到时差与理论走时差之差构建震源求解目标函数,采用模式搜索算法进行震源位置求解.形成了基于采空区覆岩异向波速模型的微震源定位方法.通过三维算例和煤矿地面微震监测定位应用,验证了所提方法的可行性与定位效果.研究表明:①由于煤矿地质环境中采空区遍布和微震波经由采空区传播的必然性,针对煤矿含采空区复杂地层结构特征,建立相应的异向波速模型,是提高矿山环境下微震源定位精度的关键;②采空区覆岩波速模型充分考虑了岩层形态、离层、断裂、裂隙发育和岩体扩容等对微震波传播路径和等效波速的影响,并通过定量确定微震波传播绕射路径增量和岩层波速折减,宏观表现出采空区地层结构的典型波速异向特征;③针对分层介质下的震源定位,在三维算例中选用异向等效波速模型的定位方法相较于全局平均波速模型,定位结果的平均误差由9.755 8 m降至0.4186 m,有效降低了定位误差;④以矿井大能量微震事件的井下微震定位结果为参照,在现场地面微震监测中应用采空区覆岩波速模型,得出该模型定位结果较待定波速而言更接近现场调查结果中确定的煤岩体破裂影响范围.综上,对于依赖波速模型的定位方法,根据地质结构特征建立相应的异向波速模型是高效开展微震监测,提高微震源定位精度的突破点之一.
关键词：矿山微震监测波速模型斯奈尔定律采空区微震定位
分类号：TD324(矿山压力与支护)TD76(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51774173)辽宁省兴辽英才计划资助项目(XLYC2007163)辽宁百千万人才工程培养经费资助项目(2021921023)
论文发表日期：2023-05-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 2049-2064 )
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