第43卷第6期2016年12月Vol.43No.6第43卷第6期2016年12月Vol.43No.6基于P波到時排序的礦山微震震中定位誤差估計陳法兵1,2,劉金亮3,王元杰1,2(1.煤炭科學研究總院開采研究分院，北京100013;2.天地科技股份有限公司開采設計事業部，北京100013;3.新汶礦業集團有限責任公司華豐煤礦，山東泰安271413)圖)理論對微震事件各通道的P波到時排序進行正確性判斷，同時得出在正確排序條件下的震中限定區域，最終限定區域即為在此P波到時排序情況下所有可能的震源點所組成的集合區域。此區域的面積越大，表明可能的震中定位結果越多，但是真正的震源位置只有一個，因此震中限定區域的面積就可以表示震中定位誤差的大小。最后利用某礦井爆破引發的微震事件進行了驗證，表明此方法合理有效。網絡出版地址：/kcms/detail/50.1062.TD.20161206.2021.032.htmlLocationErrorEstimationofMineMicro-seismicEpicenterBasedCHENFabing'2,LIUJinliang3,WANGYuanjie1,2(1.MiningBranchofChinaCoalResearchInstitute,Bejing100013,China;2.MiningDesignDepartmentofTiandiScienceandTechnologyCo.,Ld.,Beijing100013,China;3.HuafengMine,XinwenMiningGroupCo.,Lad.,Tai'aAbstract:Inthispaper,thecorrectnessjudgmentofthesequencingofP-wavearrivaltimeofeachchannelinthemicro-seismiceventwascarriedoutbyusingthetheoryofVoronoidiagram(Vdiagram),andthelimitedregionoftheepicenterundthecorectsequencingconditionwasobtained.,thsourcepointsinthecaseofthesequencingofthisP-wavearivaltresultsoftheepicenter,butthetrueseismicsourcelocationwasonlyone,sotheareaofthelimitedregionofrepresentthemagnitudeoftheepicenterlocationerror.Finally,verificationinducedbyblastinginacoalmine,whichindicatedthatthismethodwasreasonablKeywords:Pwave;timeofarrival;epicenter;locationerror隨著國內煤礦開采強度和開采深度的逐年增加，現有沖擊地壓礦井的沖擊頻率和沖擊強度不斷增大，新增沖擊地壓礦井數量直線上升，沖擊地壓礦井分布范圍日益擴大，事故頻發，造成重大的生命和基金項目：國家自然科學基金項目(51204097);天地科從事煤礦沖擊地壓機理和防治技術研究工作。E-mail:體受力變形和破壞過程中釋放出的彈性波來監測巖體穩定性和沖擊傾向性的技術方法[3],因具有實時、立體式監測、空間預測精準等優勢而被廣泛應用于礦山沖擊地壓等動力災害的防治[4]。微震監測P波波形的初至拾取與各通道初至排序正確與否直接決定了震源定位的精度[5-6]。但現實中，由于干擾信號及處理人員經驗等因素影響，初至的拾取以及初至排序往往因人而異，變化較大，這直接導致定位結果的發散性較強，定位精度難以保證7。嚴謹的震源參數測定不僅要得出定位結果，還要給出定位結果的誤差估計，因此誤差估計是定位2016年12月Vol.43No.6含事件殘差指標、敏感度指標和觸發序列指標的震源定位可靠性綜合評價方法。A.Kijko?]、唐禮優化法得出了震中和震源的定位誤差估計值。準偏差。趙仲和[13]、陳法兵[14]在判別微震定位子臺網組合的基礎上，利用奇異值分解法進行微震定位以上震源定位誤差的估計方法都是利用臺網參數進行的理論計算，沒有考慮在定位過程中人的因素。筆者首先利用V圖理論對微震事件通道排序進行正確性驗證，驗證正確之后則利用排序結果進行震源區域限定，限定區域即為所有可能的震源點所組成的區域，此區域的面積就可以作為在此P波到時排序條件下震源的定位誤差估計。本文誤差估計方法在保證P波到時排序正確的前提下，真實反映種不穩定性的最大值作為定位誤差的估計值，很明1P波到時排序正確性的V圖檢驗線所示為一種特殊的三角剖分，叫Delaunay圖。由一組連接兩相鄰點的直線的垂直平分線組成的連續多邊形組合即為圖中6個點的V圖，點P,稱為多邊形的中心點，每個多邊形內有且僅有一個中心點。給出一系列任意二維空間R2內有限點集S={P?,P?,…,P,就可以唯一地確定一張V圖。圖1V圖原理示意圖V圖的幾何意義為某一多邊形內所有點到此多離。臺網內所有臺站就可以組成一個點集，因此每個臺網對應一張V圖。假設某一微震臺網包含n個臺站，所有臺站運合實際情況。不失一般性，數據處理人員最終確定的到時排序(由早到晚)為P,P?,…,Pm。假設去掉為K,P,為多邊形K,的中心點。以下方法可以驗證2)去掉P?,以P?,…,P作V圖，的多邊形是否與1)中P?所在的多邊形K?有交集，即K??∩K?≠×。如果滿足此式則P?觸發順序正有交集，即滿足K??N(K??∩K?)≠×。如果滿足則P?觸發順序正確，轉入4);若不滿足則排序錯誤。P?觸發順序正確，轉入5);若不滿足則排序錯誤。5)按照上述邏輯方法依次檢驗所有m個臺站序正確；反之則不正確。通道到時排序的V圖檢驗流程如圖2所示。通過此方法的驗證，不僅可以得出通道到時排序的正正錯誤，繼而得出正確排序。臺站4=排序錯誤圖2V圖檢驗流程第43卷第6期2016年12月第43卷第6期2016年12月Vol.43No.6MININGSAFETY&ENVIRON2P波到時排序對震中區域的限制此一般使用P波進行震源參數的求解。臺站接收到P波初至的時間稱為P波到時。各臺站P波到時按時間先后順序進行排序即為P波到時排序。已知某一微震事件的各臺站P波到時排序，總可以得到一的激發順序都符合已知的臺站P波到時排序。此區域即為所有可能的震中的集合，真實震源為此集合中的一個元素。因此已知各臺站P波到時排序，就可大體限定震中區域。進一步的精確定位則需要各維坐標為(x?,y:,z),i=1,2,…,n。震源坐標為(x?,yo,z),則各臺站源檢距(震源與各臺站之間的距假設某一微震事件的P波觸發各個臺站的先后順序為S?,S?,…,S-,S,同時假設介質為各向同性均質介質，P波波速為恒定值。則各臺站源檢距大在礦井監測范圍內進行網格劃分，并進行遍歷基于V圖理論使用P波到時排序得出的震中限制圖3顯示了某礦不同排序和不同臺站布置條件下震中限制的結果。圖中黑色實心圓為微震臺站，T;(i=1,2,…,n)為地震波到達拾震器S?(i=1,站的先后順序，例如T?<T?<T?表明地震波先到達S?,的震中限制區域。震中限制區域的面積與微震臺網目和觸發順序有關。布置方式越合理，觸發臺站越多，則震中限制區域越小，表明震源定位精度越高。(a)T?<T?<T?<T?(b)T?<T?<(c)T?<T?<T?<T?<T?(d)T?<圖3不同到時排序的震中區域限制3現場試驗某煤礦的ARAMISM/E微震臺網布置如圖4所的震動事件。圖4微震臺網布置示意圖2016年12月Vol.43No.6MININGSAFETY&ENVIRON在工作面開采過程中，曾多次放卸壓炮和斷頂炮(爆破點見圖4),微震監測系統記錄到了這些爆圖5部分爆破的振動波形圖便可進行定位求解和能量計算。若排序錯誤則把出后面的兩個通道進行排列組合，逐一嘗試。實踐證測區域位置，進行2~3次調換順序即可得出正確排圖6是20個微震事件V圖驗證前后定位誤差現場選擇4個微震事件(編號1~4號),利用V圖誤差/m誤差/m圖6V圖驗證前后定位誤差對比圖線多邊形為20次定位點的外圍包絡多邊形。圖7震中限制區域和20次定位點包絡區域第43卷第6期2016年12月第43卷第6期2016年12月Vol.43No.6MININGSAFETY&ENVIRON4個微震事件的震中區域面積和人工20次定位點外圍包絡多邊形的面積見圖8,可以看出，后者隨著前者增加而變大。1號微震事件隨著定位次數的增加，定位點外圍包絡多邊形面積的變化情況見圖9,可以看出，包絡多邊形的面積隨著定位次數的震中限制區域就是所有可能的震中的集合。因此，震中限制區域的面積就可以合理地表征此P波到時積越大，定位誤差就越大。面積/m2面積/m2圖8震中限制區域與定位點包絡區域面積包絡面積/m2包絡面積/m2圖91號事件定位點包絡面積的變化1)利用V圖原理可以對微震事件的各通道P波到時排序正確性進行驗證，從而得到正確的到時2)如果P波到時排序正確，則可以將所有可能3)震中限制區域的面積可以作為震中定位誤差的最大估計值，這個最大估計值真實反映了人工定位不穩定性導致的誤差，可以用來評價震中定位的參考文獻：[1]齊慶新，竇林名.沖擊地壓理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.[2]潘一山，李忠華，章夢濤.我國沖擊地壓分布、類型、機理及防治研究[J].巖石力學與工程學報，2003,22(11):[3]MENDECKIAJ.SeismicLondon:ChapmanandHall,1997:220-245.[4]姜福興，楊淑華，成云海，等.煤礦沖擊地壓的微地震監測研究[J].地球物理學報，2006,49(5):1511-1516.[5]吳治濤，李仕雄.STA/LTA算法拾取微地震事件P波到時對比研究[J].地球物理學報，2010,25(5):1577-[6]宋晉東.地震預警中地震波到時自動識別和震級快速估算研究[D].哈爾濱：中國地震局工程力學研究所，[7]朱元清，趙仲和.提高地震定位精度新方法的研究[J].地震地磁觀測與研究，1997,18(5):59-66.[8]李楠，王恩元，GEMaochen,等.微震震源定位可靠性綜合評價模型[J].煤炭學報，2013,38(11):1940-1946.[9]KIJKOA.AnAlgorithmfortheOptimumDistributionofRegionalSeismicNetwork-I[J].Pageoph.,[10]唐禮忠，楊承祥，潘長良.大規模深井開采微震監測系統站網布置優化[J].巖石力學與工程學報，2006,25(10):2036-2042.[11]鞏思園，竇林名，曹安業，等.煤礦微震監測臺網優化布設研究[J].地球物理學報，2010,53(2):457-465[12