本發明設計礦山及巖體工程中聲發射/微震事件定位方法，尤其涉及一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法。

背景技術：

1、中國寒區面積廣闊且金屬礦產資源豐富。隨著中國經濟的持續高速增長，寒區必將成為未來我國最重要的金屬礦產基地。

2、礦山開采過程及巖體開挖工程會引起巖石體內部破裂面的形成并同時伴隨應力波的傳播，這種現象被稱為聲發射(頻率高、振幅小)或微震(頻率低、振幅大)。聲發射/微震是巖石體破裂過程的伴生現象，與巖石體的物理力學行為具有密切的關系，因此，可通過對聲發射/微震監測信息的分析來推斷巖石體的受力狀態及破裂程度，進而預警與控制巖石體的破壞失穩。

3、聲發射/微震事件定位是該技術的核心功能之一，能否進行精確的定位是聲發射/微震監測系統是否有效發揮作用的關鍵評價指標。在寒區露天采礦工程中，由于年溫差較大，一定深度內的巖體會出現劇烈的溫度波動，引起對應的波速劇烈變化。忽略這一影響因素會導致定位結果誤差的增加，但目前廣泛應用的定位算法沒有考慮巖體溫度變化對波速及定位精度的影響。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明的目的在于提供一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法。

2、本發明采用的技術方案如下：

3、本發明所提出的一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法，包括以下步驟：

4、步驟1、建立巖石溫度及波速間的關系：在巖石內鉆孔并在鉆孔的不同深度處布設溫度傳感器后對鉆孔進行注漿封堵，在鉆孔附近布設波速傳感器，改變環境溫度并在巖石內溫度穩定時測量巖石波速，建立巖石溫度、波速間的擬合關系v＝f(t)；

5、步驟2、波速場重構：以環境溫度為邊界條件，模擬因環境溫度改變導致巖石內溫度場隨時間的演化過程，依據巖石溫度、波速間的擬合關系，量化不同時刻、不同位置處的波速；

6、步驟3、聲發射/微震事件定位：開展聲發射/微震監測，假設傳播路徑為直線，將傳播路徑離散成多個子線段，計算每個子線段對應的平均波速，累加傳播路徑各子線段的走時，通過網格搜索確定聲發射/微震事件位置。

7、進一步的，所述步驟2中，波速場重構具體包括：

8、步驟2.1、巖石內溫度場模擬：根據研究對象建立數值模型并進行網格劃分，根據環境溫度在數值模型表面施加邊界條件：

9、t＞0時，tw＝f1(t)

10、式中，tw為邊界溫度；t為時間；f1(t)為關于時間t的函數。

11、依據能量守恒控制方程：

12、

13、式中，d為巖石內一點與邊界的距離；t為時間；t(d,t)為關于位置d和時間t的溫度函數；α為熱擴散率；l為相變潛熱；ψ為水冰相變的相變進度。

14、模擬巖石內溫度場隨時間的演化過程，并輸出不同時刻各網格節點對應的溫度ti(t)，其中，i為網格節點序號。

15、步驟2.2、不同時刻、不同位置的波速量化：依據巖石溫度、波速間的擬合關系，量化不同時刻各網格節點的溫度與波速對應關系：vi＝f(ti(t))，通過考慮時空關系的距離冪次反比法，插值得到不同時刻空間中任意一點對應的速度：

16、

17、式中，v(t)為時刻t時空間中任意一點的插值速度；n為節點的個數；vi(t)為時刻t時網格節點i的波速；di為所求點到網格節點i的空間距離；p為冪次，決定了距離對權重的影響程度。

18、進一步的，所述步驟3中，聲發射/微震事件定位具體包括以下步驟：

19、步驟3.1、傳播路徑的離散：假定初至聲發射波由聲發射源沿直線傳播至聲發射傳感器位置，則聲發射波自網格節點qi傳播至聲發射傳感器sj的傳播路徑方程可由下式給出：

20、

21、式中，i為網格節點序號；j為傳感器序號；xi、yi、zi為網格節點的三維坐標；xj、yj、zj為聲發射傳感器的三維坐標。

22、將網格節點與傳感器間的聲發射波傳播路徑以間隔為l的n個端點劃分為n+1個子線段，傳播路徑上的端點坐標pijn(xijn,yijn,zijn)及其數量n由下式給出：

23、pijn(xijn,yijn,zijn)＝(xi+nlcosθ1sinθ3,yi+nlcosθ1cosθ3,zi+nlsinθ1)

24、式中，n為以網格節點為起始位置的聲發射波傳播路徑上的第n個端點(n＝1,2…n)，θ1、θ2、θ3分別為聲發射波傳播路徑與坐標軸的夾角。

25、步驟3.2、計算子線段對應平均波速：將子線段中點處的波速作為該子線段的平均波速，各子線段平均波速如下式所示：

26、

27、式中，k為以網格節點為起始位置的聲發射波傳播路徑上的第n個子線段(k＝n+1)。

28、步驟3.3、累加傳播路徑各子線段的走時：

29、各網格節點激發的聲發射波傳播至每個傳感器的走時可以通過分段累加求得，由下式給出：

30、

31、式中，tij為網格節點i激發的聲發射波傳播至傳感器j的走時。

32、步驟3.4、網格搜索確定聲發射/微震事件位置：通過以上理論計算所獲取的走時，計算各網格節點的理論到時差向量，再通過實測到時計算聲發射事件的實際到時差向量，選擇兩者差值最小的網格節點作為最終的聲發射/微震事件位置，完成定位。

33、本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

34、本發明方法克服了由于巖石溫度變化引起波速變化而影響定位精度的問題，能夠結合溫度與波速間的關系、巖石溫度場分布數值模擬，重構凍融循環過程中巖石的波速場，進而對聲發射/微震事件進行空間定位，顯著降低了因巖石溫度變化誘發的聲發射/微震事件定位誤差。

技術特征：

1.一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法，其特征在于：所述步驟2中，波速場重構具體包括：

3.根據權利要求1所述的一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法，其特征在于：所述步驟3中聲發射/微震事件定位，具體包括以下步驟：

技術總結
本發明涉及一種考慮溫度效應的聲發射/微震事件定位方法，包括步驟1、建立巖石溫度及波速間的關系；步驟2、波速場重構；步驟3、聲發射/微震事件定位。本發明克服了由于巖石溫度變化引起波速變化而影響定位精度的問題，能夠結合溫度與波速間的關系、巖石溫度場分布數值模擬，重構凍融循環過程中巖石的波速場并對聲發射/微震事件進行空間定位，顯著降低了因巖石溫度變化誘發的聲發射/微震事件定位誤差。

技術研發人員：王嘉,劉新宇,鹿文嬌,段方勇,丁國忠,鄭佳男,李虎,王興章,李任斌,董強
受保護的技術使用者：本溪鋼鐵（集團）礦業有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24