煤矿井—地联合微地震定位技术研究

论文摘要

由于煤炭资源的高强度开采中东部老矿区煤炭资源迅速枯竭,浅部剩余资源的回收和深部煤炭资源的开发面临着“三下一上”问题;西部矿区煤层埋藏浅、开采条件简单,但生态环境十分脆弱,“保水采煤”成为保证西部矿区可持续发展的重要议题。如何利用微地震监测技术实现煤矿采动裂隙的高精度观测,成为一个研究热点。微地震震源定位精度受走时计算方法、监测台网布置方式、速度模型和震源定位方法等多因素的限制。本文以影响震源定位精度的主要因素为研究对象,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,开展微地震高精度定位方法的研究,取得的主要研究成果及结论如下:（1）针对快速推进法走时计算过程中震源点附近走时计算精度较低的问题,优化了一种震源点附近网格加密方式,对减小震源点附近和对角线方向的走时误差具有显著效果。（2）构建了多震源联合求解速度模型的目标函数,并采用具有全局寻优特性的DIRECT快速搜索法对目标函数进行求解,实现了微地震分层速度模型的反演,提高了“井-地联合”微地震监测速度模型的反演精度。（3）基于分层速度模型反演方法和改进震源点附近网格加密方式的快速推进法,构建了一种微地震震源定位反演方法,该震源定位方法在水平方向和垂直方向上均具有较高的定位精度。（4）设计了五种微地震监测台网布置方式,开展了微地震监测台网布置方式的对比研究。结果显示:“井-地联合”微地震监测台网布置方式在水平方向和垂直方向的震源定位均明显优于其它监测台网布置方式。（5）利用“井-地联合”微地震监测系统圈定了采动过程中导水裂缝带发育高度、分析了首采工作面采场支承压力分布特征,并与现场实测结果和数值模拟结果进行了对比,三者具有较高的一致性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 地震波场走时计算
•     1.2.2 微地震震源定位方法
•     1.2.3 微地震技术应用现状
•     1.2.4 存在的问题
•   1.3 研究内容
•   1.4 研究方法和技术路线
• 2 微地震波场走时算法研究
•   2.1 引言
•   2.2 地震波场走时算法的分析
•     2.2.1 两点射线追踪法
•     2.2.2 最短路径射线追踪法
•     2.2.3 有限差分法
•     2.2.4 波前构建法
•     2.2.5 其它方法
•   2.3 微地震波场走时算法的比选
•   2.4 快速推进法的基本内容
•     2.4.1 算法的起源
•     2.4.2 迎风差分格式与窄带技术
•     2.4.3 一阶、二阶迎风差分算子
•     2.4.4 一阶、二阶迎风差分的计算
•   2.5 快速推进法精度分析
•     2.5.1 影响算法精度的因素
•     2.5.2 算法精度的改进方法
•   2.6 震源点附近网格加密方法
•   2.7 本章小结
• 3 微地震震源反演方法研究
•   3.1 微地震速度模型反演方法
•     3.1.1 方法的基本原理
•     3.1.2 速度目标函数的求解
•     3.1.3 理论模型测试
•     3.1.4 工程应用试验
•   3.2 基于快速推进法的震源定位方法
•     3.2.1 震源定位原理
•     3.2.2 基于快速推进法走时计算的震源定位方法
•     3.2.3 标定炮定位
•   3.3 本章小结
• 4 微地震监测台网布置方法研究
•   4.1 常规微地震监测台网布置方法
•     4.1.1 微地震监测台网地面布置方法
•     4.1.2 微地震监测台网井下布置方法
•   4.2 “井-地联合”微地震监测台网布置方法
•     4.2.1 “井-地联合”微地震监测系统
•     4.2.2 “井-地联合”微地震监测方案的模拟验证
•   4.3 微地震监测台网布置原则
•   4.4 本章小结
• 5 “井-地联合”微地震监测技术的应用研究
•   5.1 导水裂缝带发育高度研究
•     5.1.1 微地震监测区域概况及监测方案简介
•     5.1.2 微地震事件数量特征
•     5.1.3 微地震事件分布特征
•     5.1.4 导水裂缝带发育高度的数值模拟
•     5.1.5 导水裂缝带发育高度的井下测量
•   5.2 采场支承压力分布特征的研究
•     5.2.1 微地震事件平面分布特征
•     5.2.2 沿走向围岩破裂与超前支承压力分布特征
•     5.2.3 沿倾向围岩破裂与侧向支承压力分布特征
•     5.2.4 采场支承压力分布特征的数值模拟
•   5.3 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
•   攻读博士期间发表学术论文情况
•   攻读博士期间获得专利情况
•   攻读博士期间参与科研项目情况

文章来源

类型: 博士论文

作者: 丛森

导师: 程建远

关键词: 微地震监测,震源定位,井地联合,导水裂缝带,采场支承压力

来源: 西安科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,矿业工程

单位: 西安科技大学

分类号: TD82;P631.4

DOI: 10.27397/d.cnki.gxaku.2019.000081

总页数: 126

文件大小: 7835k

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