利用新型群体智能优化算法研究微震震源定位

引入并介绍6种新型群体智能优化算法(灰狼算法、鲸鱼优化算法、蝗虫优化算法、麻雀搜索算法、蚁狮算法、蜻蜓算法)的仿生原理、核心计算公式及优化特性,在经典到时差模型基础上设计一种新型微震震源反演数学模型,利用仿真的矿山微震震源正反演数据对比分析6种方法的性能差异。结合实际矿山人工爆破数据,通过6个统计指标从精度、收敛速度、稳定性等多个角度测试这6种新型群体智能优化算法在微震震源定位中的有效性和可靠程度。

基于多目标蚁狮优化算法的微震震源定位数学模型组合

通过多目标智能优化算法研究微震震源定位存在的模型组合合理性未阐明、易陷入局部最优解、定位结果波动性较大等问题。为解决这些问题,首先在到时差模型与到时差商模型基础上设计4个不同的微震震源定位数学模型,两两组合构建6个多目标优化定位模型;再设计3组基于不同台网形状(三维多面体、二维长方形、一维直线型)的微震震源正演仿真实验和1组工程数据验证实验,并引入多目标蚁狮优化(multi-objective ant lion optimization,MOALO)算法求解这些模型;最后采用多个统计指标评判各个模型组合定位效果的优劣。结果表明,数学模型组合(TDA-P1,TDQA)结合MOALO算法的多目标优化定位策略能够得到较高的微震震源定位精度,且模型稳健性较好,优于其他模型组合和传统多目标定位方法,在微震监测领域具有一定的应用价值。

基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法

针对经典定位方法中存在的求解系统发散、定位精度低和定位受微震台网影响大等问题,采用L1范数统计对微震震源定位进行残差分析,推导得到了基于L1范数统计的事件残差计算公式;提出了微震震源定位的误差空间概念,它的实质是微震监测区域中事件残差对震源定位误差的反映;将震源的时间维数从误差空间中分离出去,建立了基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法,该方法不仅对到时和波速等输入数据中误差较大的离群点具有较高的抗干扰性,而且在震源求解时不会发生发散问题,具有很好的稳定性和强健性;通过现场爆破实验对算法的优越性进行了验证。研究结果表明:基于L1范数统计的单纯形算法震源定位结果稳定,定位精度高;而且算法受震源和微震台网相对位置影响较小,能够有效抵抗微震台网扩散效应对震源定位的影响,保证了台网边缘或外部震源定位的稳定性和精度;另外它还能够降低微震台网在方向控制上对定位精度的影响,提高了垂直方向上的震源定位精度。

微震震源定位计算新方法的探讨

微震监测技术作为目前地下矿山安全监测和预警的主要监测手段,如何能够快速准确地震源定位,对于提高地下矿山的防灾、减灾和救灾工作效率具有重要意义。介绍了一种微震震源定位计算新方法,能够避免传统方法的一些不足,更好地利用微震记录数据,更快速准确地对微震震源进行定位计算。通过实验验证了该方法的可行性。

未知波速系统中声发射与微震震源三维解析综合定位方法及工程应用

目前常用的声发射与微震震源定位方法存在的问题有:定位精度严重依赖于迭代算法、迭代初值和预先测定的波速值;已有的解析定位方法因含有平方根亦存在解不唯一的问题。为解决以上两大方面的定位难题,建立了未知波速系统的三维微震或声发射震源定位的控制方程,求得该系统下的解析解,该解析解在传感器数量N=6时,可以确定唯一的微震或声发射震源坐标,求解方程亦为线性方程,解唯一,与已有的三维定位的解析解相比,其优势在于坐标值计算没有平方根运算,没有虚根,解唯一。当传感器数量大于6时,提出了基于解析解与Log-logistic概率密度函数的综合定位方法。对建立的三维解析综合定位方法用冬瓜山矿爆破试验进行验证,结果表明,定位精度较高。通过与已有方法比较分析发现,三维解析综合定位方法比传统方法的定位结果精度高,综合定位方法的优势在于不需要迭代求解,计算公式简单,物理意义明确,不受波速和迭代算法的影响,较传统方法TT(无需测速到时法)和TD(无需测速到时差法)更具有工程实际应用价值。

基于HHT的微震信号分析

利用希尔伯特-黄变换(HHT)中经验模态分解(EMD)法,对武钢金山店铁矿微震监测信号进行分解,得到满足一定条件的IMF分量,再对其进行希尔伯特变换,得到能量谱图,通过对波形和谱图的分析,实现微震震源的提取及分类。

由速度谱测定微震的地震矩

本文根据Ｋ．Ａｋｉ（１９８０）提出的ω平方、常应力参数谱衰减模式．研究了地面运动速度谱衰减的带宽效应，导出了用速度谱直接估算地震矩Ｍ０的新方法。利用中日合作在滇西地震预报实验场区的洱源、脉地、松桂三个地区新获得的三次微震群序列数字化记录资料，通过不同参数Ｑ值和△σ值的计算比较，选取Ｑ＝３００，△σ＝１．０ＭＰａ作为测定的参数值，计算了Ｐ波和Ｓ波速度谱的理论量板，并且与实际观测点的低频速度谱值相比较，用这样的方法测定了三次震群序列的地震矩Ｍ０和震源参数。结果给出，在震级为１．０～２．５级的范围内，地震矩Ｍ０＝１０（１０）～１０（１３）（Ｎ·ｍ），震源破裂半径ａ＝７０～２００（ｍ），Ｐ波和Ｓ波的拐角频率比ｆ（ｏｐ）／ｆ（ｏｓ）＝１．５８。用Ｐ波或Ｓ波三分量的速度谱值测定的地震矩比较一致，以及在相同震级范围内，用速度谱方法测定的结果与其它方法测定的结果也基本一致。本文提出的速度谱测地震矩的方法是一种简便实用的方法，当地震矩和观测低频谱值（如ｆ＝１．０ＨＺ）已知时，可通过查函数表值快速测定Ｍ０值。

震源定位新方法中传感器的空间布置

传感器的空间布置影响微震震源的定位精度,提高微震震源的定位精度是微震监测技术研究的重要内容。基于震动波波形的震源定位新方法对于传感器的空间布置具有特定的要求,以某地下金属矿山已建有的微震监测系统为研究对象,验证传感器的空间布置对其定位精度的影响。结果表明,采用4个传感器可以满足实际应用需求,但若要获得更高的定位精度,可采用6个传感器。

矿山微震监测中震源定位新方法的应用

微震震源空间位置是微震监测的重要参数之一,提高微震震源定位精度一直是微震监测技术研究的重要内容。提出了一种基于震动波形的微震源定位新方法,能够有效避免传统方法中由于波速引起的误差,充分利用微震监测数据,快速准确的对微震震源进行定位。在建有微震监测系统的金山店铁矿对新方法进行验证,通过爆破模拟微震源,验证了该方法的可行性。