【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法及沖擊地壓預(yù)警方法。
技術(shù)介紹
1、震動波ct技術(shù)是礦山安全監(jiān)測領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)通過分析震動波在煤巖體中的傳播速度變化，反演地下應(yīng)力場分布，能夠較為準(zhǔn)確地反映區(qū)域應(yīng)力場，從而預(yù)測沖擊地壓等動力災(zāi)害的發(fā)生，為空間和未來時段內(nèi)微震事件的預(yù)測提供了科學(xué)依據(jù)，對指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。盡管震動波ct技術(shù)在探測煤礦沖擊地壓風(fēng)險方面展現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢，但它的應(yīng)用也面臨著若干挑戰(zhàn)：
2、首先，隨著煤炭資源開采的不斷深入，深部開采已成為煤炭行業(yè)的重要趨勢，然而，隨著開采深度的增加，煤礦巖體所受的地應(yīng)力也隨之顯著增大，煤礦井下工作面條件更復(fù)雜，受工作環(huán)境影響較大，并且煤層中含有很多影響地震波傳播的因素，所以在對煤巖層進(jìn)行ct掃描時往往無法對所有的巖層都進(jìn)行掃描，而且在反演時往往需要建立不同的反演模型。
3、其次、煤巖層ct數(shù)據(jù)量較大、處理速度較慢等缺點(diǎn)也是制約震動波ct技術(shù)在煤礦沖擊地壓風(fēng)險探測應(yīng)用中的重要因素。
4、綜上所述，震動波ct技術(shù)雖然具有較好的探測效果，但是其本身也存在一定的局限性，尤其是在反演時需要建立不同的反演模型，并且數(shù)據(jù)量較大、處理速度較慢等缺點(diǎn)都嚴(yán)重制約了震動波ct技術(shù)在沖擊地壓預(yù)警中的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本專利技術(shù)提供一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法及沖擊地壓預(yù)警方法，開發(fā)適用于主被動雙源聯(lián)合ct技術(shù)的反演模型和算法，實(shí)現(xiàn)對單一震動波ct成像結(jié)
2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法，包括如下步驟：
4、步驟1、根據(jù)工作面地層結(jié)構(gòu)特征構(gòu)建震動波縱波和/或橫波的概率非均勻初始速度分布模型，建立工作面初始網(wǎng)格模型，并設(shè)置主被動震源位置及探測主被動震動波的拾震傳感器位置；
5、步驟2、采用步驟1獲得的各初始模型進(jìn)行走時層析成像正演，計(jì)算理論縱波和/或橫波的理論走時及殘差；
6、步驟3、根據(jù)步驟2獲得的理論走時時長和殘差值，求解震動波走時殘差的目標(biāo)函數(shù)的梯度；
7、步驟4、對步驟3獲得的目標(biāo)函數(shù)的梯度進(jìn)行震動波走時層析成像反演，通過對震源和震動波縱波和/或橫波的速度參數(shù)的迭代調(diào)整，使殘差及rms殘差達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，輸出最終的震源參數(shù)和波速；
8、步驟5、通過主動ct數(shù)值仿真、被動ct數(shù)值仿真、主被動雙源聯(lián)合ct數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)反演模型的可行性及準(zhǔn)確性：當(dāng)主動ct數(shù)值仿真、被動ct數(shù)值仿真、主被動雙源聯(lián)合ct數(shù)值仿真均滿足可行性和準(zhǔn)確性，則反演結(jié)束。
9、優(yōu)選，步驟1中，構(gòu)建概率非均勻初始速度分布模型的步驟包括：
10、步驟101、建立工作面模擬煤礦巷道真實(shí)情況的初始煤礦巷道模型，根據(jù)主被動震源與拾震傳感器之間的距離以及震動波初至走時，通過距離除以時長初步計(jì)算出每個震動波縱波和/或橫波的觀測波速；
11、步驟102、采用隨機(jī)數(shù)算法將觀測波速范圍內(nèi)的數(shù)值選取為概率非均勻初始速度并賦值到初始震動波走時層析成像反演模型中；
12、步驟103、進(jìn)行反演數(shù)值仿真，通過主動ct數(shù)值仿真、被動ct數(shù)值仿真、主被動雙源聯(lián)合ct數(shù)值仿真分別驗(yàn)證該初始速度分布模型的準(zhǔn)確性；
13、步驟104、當(dāng)主動ct數(shù)值仿真、被動ct數(shù)值仿真、主被動雙源聯(lián)合ct數(shù)值仿真均滿足準(zhǔn)確性要求，則反演結(jié)束，獲得的初始速度分布模型即為震動波縱波和/或橫波的概率非均勻初始速度分布模型。
14、優(yōu)選，步驟3中，具體的計(jì)算步驟包括：
15、步驟301、將震動波走時殘差e定義為關(guān)于走時時差的目標(biāo)函數(shù)：
16、
17、其中，e(c，t0，s)為震動波走時殘差；c為震動波縱波和/或橫波傳播的速度，t0為震源的起始時間，s為震動波傳播距離；t(c，g；t0，sx，sy，sz)為震源位置為(sx，sy，sz)的震動波理論傳播到拾震傳感器g的用時；t(c，g；t0，sx，sy，sz)＝t(c，g；sx，sy，sz)+t0，(sx，sy，sz)為震源位置的坐標(biāo)，t*(g)為拾震傳感器g相對于所選零時間的觀測傳播時間；
18、步驟302、如果震動波縱波和/或橫波傳播的速度c和震源參數(shù)(sx，sy，sz，t0)的變化引起計(jì)算出的發(fā)射信號源的到達(dá)時間t相應(yīng)的變化，則走時殘差的變化為：
19、
20、步驟303、殘差e對于位置、原點(diǎn)時間和速度變化的偏導(dǎo)數(shù)為：
21、
22、其中，si＝sx，sy或sz，λ為拉格朗日乘子；
23、步驟304、在邊界處通過用邊界值初始化λ，并將剩余的網(wǎng)格點(diǎn)賦零；
24、步驟305、交替掃描整個域，使用更新非邊界位置的λ值；
25、步驟306、對于給定的收斂準(zhǔn)則ε＞0，通過逐點(diǎn)檢驗(yàn)準(zhǔn)則||λn+1-λn||l1≤ε來檢驗(yàn)收斂性；
26、步驟307、當(dāng)滿足收斂性時對應(yīng)的值作為目標(biāo)函數(shù)的梯度；
27、其中，是垂直于拾震傳感器表面的法向量，是梯度，t是計(jì)算出的發(fā)射信號源的到達(dá)時間，λ是拉格朗日乘子，t°是指拾震傳感器觀測到的震動波縱波和/或橫波傳播時間，ω是拾震傳感器表面，x∈ω是指位置x處位于拾震傳感器表面，||λn+1-λn||l1是拉格朗日乘子矩陣的l1范數(shù)，表示拉格朗日乘子的變化率為負(fù)時算法收斂，λn+1是第n+1次迭代得到的λ值，λn是第n次迭代得到的λ值。
28、優(yōu)選，步驟4中，輸出最終震源參數(shù)和波速的步驟為：
29、當(dāng)震動波走時殘差e和rms殘差達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則判斷反演是收斂的，輸出最終的震源參數(shù)和波速，其中n是觀測到的震動次數(shù)；否則，進(jìn)入步驟302進(jìn)行迭代。
30、優(yōu)選，概率非均勻初始速度范圍為1000m/s-6500m/s。
31、對應(yīng)的，一種沖擊地壓預(yù)警方法，采用上述任意一項(xiàng)所述的基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法獲得的反演模型進(jìn)行沖擊地壓預(yù)警。
32、本專利技術(shù)的有益效果是：
33、第一、本專利技術(shù)的主被動雙源聯(lián)合ct反演方法改善了單一成像方法的局限性，采用基于快速掃描的伴隨狀態(tài)算法，提升了反演模型的收斂速度和反演結(jié)果的精準(zhǔn)性，為煤礦沖擊地壓危險性預(yù)測提供了有力參考。
34、第二、本專利技術(shù)的概率非均勻初始速度分布模型準(zhǔn)確度高、實(shí)用性強(qiáng)，對于煤礦震動波層析成像技術(shù)的優(yōu)化具有優(yōu)良作用，反演得到的速度分布與真實(shí)情況更加接近，能夠更好地預(yù)測回采工作面高應(yīng)力危險區(qū)域，為沖擊地壓風(fēng)險預(yù)測及防治提供依據(jù)。
35、第三、本專利技術(shù)直接求出目標(biāo)函數(shù)梯度，采用梯度法和非線性優(yōu)化算法，避免傳統(tǒng)的fréchet方程直接求解，避免其運(yùn)算速度慢且不適合大本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波CT反演方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波CT反演方法，其特征在于，步驟1中，構(gòu)建概率非均勻初始速度分布模型的步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波CT反演方法，其特征在于，步驟3中，具體的計(jì)算步驟包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波CT反演方法，其特征在于，步驟4中，輸出最終震源參數(shù)和波速的步驟為：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波CT反演方法，其特征在于，概率非均勻初始速度范圍為1000m/s-6500m/s。
6.一種沖擊地壓預(yù)警方法，其特征在于，采用上述權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的基于主被動雙源聯(lián)合震動波CT反演方法獲得的反演模型進(jìn)行沖擊地壓預(yù)警。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法，其特征在于，步驟1中，構(gòu)建概率非均勻初始速度分布模型的步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于主被動雙源聯(lián)合震動波ct反演方法，其特征在于，步驟3中，具體的計(jì)算步驟包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于主被...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王超，蔡武，齊俊銘，王方方，李士棟，邊疆，周濤，趙西坡，張勇，孔震，袁騰飛，鐘磊磊，周廣飛，于春雨，陳廣振，高旭，宋淑浩，李澤城，楊勇，
申請(專利權(quán))人：兗礦能源集團(tuán)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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