一种煤矿工作面的应力变化监测方法及装置与流程

本发明涉及监测，尤其涉及一种煤矿工作面的应力变化监测方法及装置。

背景技术：

1、煤矿工作面是采煤机进行采煤作业的第一现场，其宽度大约100m至300m之间。采煤机的工作方式是沿着此宽度内在煤矿工作面一边的掌子面来回切割(切割一趟为一刀)，同时利用刮板运输机将采下的煤炭运走。随着煤层的采掘，上覆地层失去支撑，地应力需要进行急剧的重新分布，而采空区域的周围一定范围内是严重的应力集中区，其应力集中且应力不断调整，可能会诱发许多潜在的地质灾害，如顶板冒落、底板突水、瓦斯突出等。这些地质灾害在孕育活化时，煤矿工作面的应力分布相对于稳定区域会发生明显变化，因此，实时监测煤矿工作面的应力变化对于预防这些潜在的地质灾害至关重要。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提出了一种煤矿工作面的应力变化监测方法及装置，可以实时有效的监测煤矿工作面的应力变化，具有较高的监测精度。

2、为实现上述目的，本发明在第一方面提供一种煤矿工作面的应力变化监测方法，所述方法包括：

3、获取煤矿工作面的相邻两刀的地震波数据；

4、在相邻两刀的地震波数据中筛选采煤机与红外线定位仪对准时的地震波数据，得到多组相邻两刀的标准地震波数据；

5、对第n组相邻两刀的标准地震波数据进行处理，得到第n组相邻两刀的介质相对波速变化值的过程，包括：根据第n组相邻两刀的标准地震波数据确定第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，并根据第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值确定第n组相邻两刀的介质相对波速变化值；

6、重复对第n组相邻两刀的标准地震波数据进行处理，得到第n组相邻两刀的介质相对波速变化值的过程，n依次取大于0的整数，得到多组相邻两刀的介质相对波速变化值；

7、将每组相邻两刀的介质相对波速变化值均投影至所述煤矿工作面对应的坐标系中，得到所述煤矿工作面的应力变化监测结果。

8、可选地，所述获取煤矿工作面的相邻两刀的地震波数据，包括：

9、在所述采煤机进行采煤作业的情况下，将所述采煤机作为震源；

10、使用地震检波器采集所述震源引起所述煤矿工作面的地震，以获取所述煤矿工作面的相邻两刀的地震波数据。

11、可选地，所述根据第n组相邻两刀的标准地震波数据确定第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，包括：

12、对第n组相邻两刀的标准地震波数据中的第一刀的标准地震波数据进行自相关处理，得到第一刀的干涉地震波数据；

13、对第n组相邻两刀的标准地震波数据中的第二刀的标准地震波数据进行自相关处理，得到第二刀的干涉地震波数据；

14、截取第一刀的干涉地震波数据中的地震尾波数据，以及截取第二刀的干涉地震波数据中的地震尾波数据，并对第一刀的地震尾波数据和第二刀的地震尾波数据进行尾波干涉处理，得到第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值。

15、可选地，所述对第n组相邻两刀的标准地震波数据中的第一刀的标准地震波数据进行自相关处理，得到第一刀的干涉地震波数据，包括：

16、利用公式uu(t)＝∑pap(tp)得到第一刀的干涉地震波数据；

17、其中，uu(t)为第一刀的干涉地震波数据，ap(tp)为第一刀的标准地震波数据中穿过路径p的波场，tp为第一刀的标准地震波数据中穿过路径p的地震波走时，∑pap(tp)为第一刀的标准地震波数据中所有穿过路径p的波场的叠加。

18、可选地，所述对第n组相邻两刀的标准地震波数据中的第二刀的标准地震波数据进行自相关处理，得到第二刀的干涉地震波数据，包括：

19、利用公式up(t)＝∑pap(tp-τp)得到第二刀的干涉地震波数据；

20、其中，up(t)为第二刀的干涉地震波数据，ap(tp-τp)为第二刀的标准地震波数据中穿过路径p的波场，tp为第一刀的标准地震波数据中穿过路径p的地震波走时，τp为第一刀的标准地震波数据中穿过路径p的地震波走时与第二刀的标准地震波数据中穿过路径p的地震波走时之间的地震波走时变化量，∑pap(tp-τp)为第二刀的标准地震波数据中所有穿过路径p的波场的叠加。

21、可选地，所述截取第一刀的干涉地震波数据中的地震尾波数据，以及截取第二刀的干涉地震波数据中的地震尾波数据，并对第一刀的地震尾波数据和第二刀的地震尾波数据进行尾波干涉处理，得到第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，包括：

22、将第一刀的干涉地震波数据与第二刀的干涉地震波数据进行对齐，按预设窗口截取第一刀的干涉地震波数据中的地震尾波数据，以及截取第二刀的干涉地震波数据中的地震尾波数据；

23、对第一刀的地震尾波数据和第二刀的地震尾波数据进行放大及对比处理，得到第一刀的敏感地震尾波数据和第二刀的敏感地震尾波数据；

24、对第一刀的敏感地震尾波数据和第二刀的敏感地震尾波数据进行尾波干涉处理，得到第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值。

25、可选地，所述对第一刀的敏感地震尾波数据和第二刀的敏感地震尾波数据进行尾波干涉处理，得到第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，包括：

26、利用公式得到第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值；

27、其中，cc(ts)为第n组相邻两刀的预设窗口(tk-tw)到(tk+tw)之间的互相关系数，ts为第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，tk为预设窗口的中心位置，tw为预设窗口的一半长度，uu(t)为第一刀的干涉地震波数据，up(t)为第二刀的干涉地震波数据，为第一刀的敏感地震尾波数据，为第二刀的敏感地震尾波数据。

28、可选地，所述根据第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值确定第n组相邻两刀的介质相对波速变化值，包括：

29、利用公式确定第n组相邻两刀的介质相对波速变化值；

30、其中，为第n组相邻两刀的介质相对波速变化值，ts为第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，tk为预设窗口的中心位置。

31、可选地，所述方法还包括：

32、将所述煤矿工作面的两边巷道的方向作为纵坐标方向，将所述煤矿工作面的平行于掌子面一边的方向作为横坐标方向，将所述采煤机的机头作为原点，以确定每个红外线定位仪的坐标和每个地震检波器的坐标，进而构建所述煤矿工作面对应的坐标系。

33、为实现上述目的，本发明在第二方面提供一种煤矿工作面的应力变化监测装置，所述装置包括：

34、获取模块，用于获取煤矿工作面的相邻两刀的地震波数据；

35、筛选模块，用于在相邻两刀的地震波数据中筛选采煤机与红外线定位仪对准时的地震波数据，得到多组相邻两刀的标准地震波数据；

36、处理模块，用于对第n组相邻两刀的标准地震波数据进行处理，得到第n组相邻两刀的介质相对波速变化值的过程，包括：根据第n组相邻两刀的标准地震波数据确定第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，并根据第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值确定第n组相邻两刀的介质相对波速变化值；

37、重复处理模块，用于重复对第n组相邻两刀的标准地震波数据进行处理，得到第n组相邻两刀的介质相对波速变化值的过程，n依次取大于0的整数，得到多组相邻两刀的介质相对波速变化值；

38、投影模块，用于将每组相邻两刀的介质相对波速变化值均投影至所述煤矿工作面对应的坐标系中，得到所述煤矿工作面的应力变化监测结果。

39、为实现上述目的，本发明在第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。

40、为实现上述目的，本发明在第四方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。

41、为实现上述目的，本发明在第五方面提供一种煤矿工作面的应力变化监测系统，上述第一方面的方法可以应用于所述系统，所述系统包括：

42、多个地震检波器和多个红外线定位仪；

43、多个地震检波器分别位于煤矿工作面的两边巷道所布置的深孔中，以及位于所述煤矿工作面的平行于掌子面一边所布置的深孔中，多个红外线定位仪均匀位于采空区域的平行于掌子面一边；

44、地震检波器用于在采煤机进行采煤作业的情况下，将所述采煤机作为震源，采集所述震源引起所述煤矿工作面的地震，以获取所述煤矿工作面的相邻两刀的地震波数据；

45、红外线定位仪用于记录所述采煤机与红外线定位仪对齐的对齐信息。

46、采用本发明实施例，具有如下有益效果：上述方法通过获取煤矿工作面的相邻两刀的地震波数据；在相邻两刀的地震波数据中筛选采煤机与红外线定位仪对准时的地震波数据，得到多组相邻两刀的标准地震波数据；对第n组相邻两刀的标准地震波数据进行处理，得到第n组相邻两刀的介质相对波速变化值的过程，包括：根据第n组相邻两刀的标准地震波数据确定第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值，并根据第n组相邻两刀的地震尾波数据的相对时延值确定第n组相邻两刀的介质相对波速变化值；重复对第n组相邻两刀的标准地震波数据进行处理，得到第n组相邻两刀的介质相对波速变化值的过程，n依次取大于0的整数，得到多组相邻两刀的介质相对波速变化值；将每组相邻两刀的介质相对波速变化值均投影至煤矿工作面对应的坐标系中，得到煤矿工作面的应力变化监测结果；该方式可以实时有效的监测煤矿工作面的应力变化，具有较高的监测精度。