一种冲击地压多参量动态趋势预警方法技术

本发明专利技术提供一种冲击地压多参量动态趋势预警方法，属于地下开挖工程和煤岩动力灾害预警技术领域。方法包括：根据现场微震监测系统实时监测数据，利用Mann

【技术实现步骤摘要】
一种冲击地压多参量动态趋势预警方法


[0001]本专利技术涉及地下开挖工程和煤岩动力灾害预警
，特别是指一种冲击地压多参量动态趋势预警方法。

技术介绍

[0002]冲击地压是影响煤矿井下生产的主要动力灾害之一，常造成人员伤亡及重大财产损失等严重后果。近年来，随着浅部矿产资源的日益枯竭，煤矿开采不断向地球深部扩展，采场的煤层结构及巷道周边围岩赋存条件日趋复杂，煤岩体内部动力响应特征也更加强烈，导致冲击地压事故发生频率迅速上升，对这一灾害进行准确高效监测预警手段是保障井下安全生产的关键。
[0003]目前，井下常用的在线监测手段包括微震、地音、电磁辐射、地应力等，其中微震监测系统可对矿井大范围区域内煤岩体破断进行监测，被广泛应用于冲击地压的监测预警中，相关人员通过分析微震事件的能量、频次等指标的变化趋势以达到预警的目的。但是对于冲击危险前兆预警指标变化趋势的判断依赖于人工经验，效率低下且可靠程度不高，同时由于各预警指标对冲击地压孕育演化过程所反映的维度不同，可能出现结果相互冲突的现象，造成有关人员对实际危险状态的误判。因此，有必要提出一种能自动高效判别冲击危险前兆预警指标时序变化趋势且能提供综合、单一、定量化冲击危险等级的预警方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了冲击地压多参量动态趋势预警方法，能够对冲击地压进行高效、准确的监测预警。所述技术方案如下：
[0005]本专利技术实施例提供了一种冲击地压多参量动态趋势预警方法，包括：
[0006]S101，根据现场微震监测系统实时监测数据，利用Mann
‑
Kendall趋势检验法对冲击地压孕育演化过程中的“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标变化趋势进行描述，以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警；
[0007]S102，利用混淆矩阵评价各指标的预警效能；
[0008]S103，基于预警效能最大化原则进行指标优选；
[0009]S104，将优选指标对应的预警效能作为权重进行多指标融合得到冲击危险综合异常指数；
[0010]S105，将冲击危险综合异常指数与对应量化分级标准进行对比以确定冲击危险等级；
[0011]S106，定期于现场实际监测数据驱动下进行指标优选及权重更新。
[0012]进一步地，所述根据现场微震监测系统实时监测数据，利用Mann
‑
Kendall趋势检验法对冲击地压孕育演化过程中的“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标变化趋势进行描述，以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警包括：
[0013]采集现场微震监测系统实时监测数据，以特定的时间窗及滑移步长对原始监测数
据进行预处理，得到冲击地压危险“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标的时间序列；其中，所述冲击地压危险“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标包括：
[0014]反映时间维度的日总频次、频次偏差值、平均总频次、缺震、A(b)值、微震活动标度、算法复杂度、P(b)值和时间信息熵；
[0015]反映空间维度的微震活动度和震源集中程度；
[0016]反映强度维度的日最大能量、日总能量、日平均能量、能量偏差值、平均总能量、断层总面积和b值；
[0017]其中，日最大能量、日总能量、日总频次、日平均能量、能量偏差值、频次偏差值、平均总能量、微震活动度、缺震、A(b)值、断层总面积、平均总频次、微震活动标度、算法复杂度属于正向预警指标，即其值越高表示冲击危险性越大；震源集中程度、b值、P(b)值、时间信息熵属于负向预警指标，即其值越低表示冲击危险性越大；
[0018]利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的实时变化趋势，以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警。
[0019]进一步地，所述以特定的时间窗及滑移步长对原始监测数据进行预处理，是指将原始监测数据从不规则时间序列转化为规则时间序列，包括：
[0020]定义一个长度为
△
t的滑动时间窗，将采集的监测数据时间序列划分为n个长度为
△
t的数据集且分别对应时间窗末尾的时刻，即其中T
i
时刻的数据集记为X
i
[x1,x2,x3,...,x
k
]，k≤t,0<i≤n，其中，
△
t为滑动时间窗的长度，T
i
为第i个时间窗末尾对应的时刻；
[0021]计算X
i
中所有样本对应的预警指标值y
i
，将预警指标值y
i
按顺序排列即可得到转换后的规则时间序列，记为Y[y1,y2,y3,...,y
n
]。
[0022]进一步地，所述利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的实时变化趋势包括：
[0023]将预警指标规则时间序列Y[y1,y2,y3,...,y
n
]划分为m个时间窗长度为
△
a的数据集且分别对应时间窗末尾的时刻A
i
，即A
i
时刻的数据集为Y
i
[y1,y2,y3,...,y
q
]，10≤q≤a,0<i≤m，计算Y
i
的检验统计量S：
[0024][0025]其中，sgn(
·
)表示符号函数，q表示Y
i
[y1,y2,y3,...,y
q
]数据集的长度，y
p
表示第p个数据，p＝1,2,3...q
‑
1，y
j
表示第j个数据，j＝p+1,2,3...q；
[0026]根据得到的Y
i
的检验统计量S，确定Y
i
的检验标准量Z：
[0027][0028][0029]当Z>0时，T
i
时刻的预警指标具有增长趋势；当Z<0时，T
i
时刻的预警指标具有降低趋势；当Z＝0时，T
i
时刻的预警指标不具有明显变化趋势。
[0030]进一步地，本实施例中，所述以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警包括：
[0031]将各指标的实时变化趋势与冲击地压前兆表征规律进行对比，若正向预警指标存在增长趋势则进行预警，若负向预警指标存在降低趋势则进行预警，其它变化趋势则不进行预警。
[0032]进一步地，所述预警效能表示为：
[0033][0034]其中,EFF表示预警效能；Recall表示召回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击地压多参量动态趋势预警方法，其特征在于，包括：S101，根据现场微震监测系统实时监测数据，利用Mann
‑
Kendall趋势检验法对冲击地压孕育演化过程中的“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标变化趋势进行描述，以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警；S102，利用混淆矩阵评价各指标的预警效能；S103，基于预警效能最大化原则进行指标优选；S104，将优选指标对应的预警效能作为权重进行多指标融合得到冲击危险综合异常指数；S105，将冲击危险综合异常指数与对应量化分级标准进行对比以确定冲击危险等级；S106，定期于现场实际监测数据驱动下进行指标优选及权重更新。2.根据权利要求1所述的冲击地压多参量动态预警趋势方法，其特征在于，所述根据现场微震监测系统实时监测数据，利用Mann
‑
Kendall趋势检验法对冲击地压孕育演化过程中的“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标变化趋势进行描述，以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警包括：采集现场微震监测系统实时监测数据，以特定的时间窗及滑移步长对原始监测数据进行预处理，得到冲击地压危险“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标的时间序列；其中，所述冲击地压危险“时
‑
空
‑
强”多元前兆预警指标包括：反映时间维度的日总频次、频次偏差值、平均总频次、缺震、A(b)值、微震活动标度、算法复杂度、P(b)值和时间信息熵；反映空间维度的微震活动度和震源集中程度；反映强度维度的日最大能量、日总能量、日平均能量、能量偏差值、平均总能量、断层总面积和b值；其中，日最大能量、日总能量、日总频次、日平均能量、能量偏差值、频次偏差值、平均总能量、微震活动度、缺震、A(b)值、断层总面积、平均总频次、微震活动标度、算法复杂度属于正向预警指标，即其值越高表示冲击危险性越大；震源集中程度、b值、P(b)值、时间信息熵属于负向预警指标，即其值越低表示冲击危险性越大；利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的实时变化趋势，以各指标变化趋势是否符合冲击地压前兆表征规律为预警准则进行预警。3.根据权利要求2所述的冲击地压多参量动态趋势预警方法，其特征在于，所述以特定的时间窗及滑移步长对原始监测数据进行预处理，是指将原始监测数据从不规则时间序列转化为规则时间序列，包括：定义一个长度为
△
t的滑动时间窗，将采集的监测数据时间序列划分为n个长度为
△
t的数据集且分别对应时间窗末尾的时刻，即其中T
i
时刻的数据集记为X
i
[x1,x2,x3,...,x
k
]，k≤t,0<i≤n，其中，
△
t为滑动时间窗的长度，T
i
为第i个时间窗末尾对应的时刻；计算X
i
中所有样本对应的预警指标值y
i
，将预警指标值y
i
按顺序排列即可得到转换后的规则时间序列，记为Y[y1,y2,y3,...,y
n
]。4.根据权利要求1所述的冲击地压多参量动态趋势预警方法，其特征在于，所述利用Mann
‑
Kendall趋势检验法判定各预警指标的实时变化趋势包括：将预警指标规则时间序列Y[y1,y...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋大钊，薛雅荣，李振雷，何学秋，王洪磊，周超，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：