【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩爆预警，具体地说，涉及一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法。
技术介绍
1、岩爆是高地应力条件下深埋硬岩隧道开挖过程中常发的地质灾害，往往会造成较大的人员伤亡和财产损失，岩爆的预防、预警及治理是世界性难题。微震监测是目前岩爆监测中成熟有效的一种手段，通过对岩爆孕育过程中岩体的微震活动特征进行归纳总结分析，是预警、治理岩爆的基础。
2、诸多研究提到在某一区域范围内，微震事件数产生越多，聚集程度越大，表明该区域的应力状态远高于原岩的应力水平，岩爆风险越高。但微震活动聚集程度的判断多靠观察及主观确定，尚未有一种定量的方式去衡量微震活动空间聚集程度，更没有聚集程度与岩爆发生与否、不同等级岩爆间的对应关系分析。
技术实现思路
1、本专利技术的内容是提供一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，解决现有方法无法客观量化微震活动聚集程度以及建立微震活动聚集程度与岩爆风险等级关系的问题。
2、根据本专利技术的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其包括以下步骤：
3、(1)根据隧道的结构尺寸、开挖特点布设微震监测传感器，搭建微震监测系统，随着掌子面开挖推进，在超出有效监测范围后，移动微震监测系统；
4、(2)统计隧道开挖过程中已发生岩爆的位置与隧道掌子面间的空间分布特征，划定微震活动空间聚集程度的计算区域；
5、(3)导出计算区域内微震监测信号的发生位置、发生时间及释放能量进行微震活动时空聚拢度计
6、(4)统计不同等级岩爆的微震活动时空聚拢度演化规律，建立开挖隧道岩爆发生风险等级与微震活动时空聚拢度间的映射关系，构建岩爆风险预警模型；
7、(5)跟随掌子面开挖过程，实时计算微震活动时空聚拢度计算区域内微震活动的聚拢度值，结合预警模型计算确定预警区域内潜在岩爆发生概率及等级。
8、作为优选，步骤(2)中，微震活动空间聚集程度的计算区域综合考虑既往岩爆发生的空间位置及开挖损伤区域范围，确定出隧道开挖过程中危险性最大的即时性岩爆的潜在高发区域为聚拢度计算区域。
9、作为优选，步骤(2)中，已发生岩爆的位置与隧道掌子面间的空间分布特征是指在隧道开挖掌子面底部中心为原点的空间坐标系中的具体位置。
10、作为优选，步骤(3)中，导出微震监测信号的发生位置、发生时间及释放能量是指微震监测信号的多个震源参数，考虑参数获取难易程度、聚拢度计算意义及对岩爆的直接影响程度综合确定；
11、发生位置是计算微震事件的空间分布，通过各事件点间的平均空间点距计算确认；发生时间是计算区域内产生同等数量微震事件及微震释放能时所耗费的时间，微震事件孕育时间越短说明围岩应力状态调整越剧烈，即岩爆风险越高；释放能量则是岩体破裂强度的体现。
12、作为优选，步骤(3)中，微震活动时空聚拢度计算是通过层次分析法ahp确定各计算指标的权重分配，并基于权重进行组合确定微震活动空间聚拢度jld的计算公式：
13、
14、式中，w1～w3与x1～x3分别为计算区域内微震事件孕育时间、微震事件累积释放能、微震事件空间平均分布点距对应的权重系数与监测值。
15、作为优选，步骤(4)中，开挖隧道岩爆发生风险等级包括无岩爆、轻微岩爆、中等岩爆和强烈岩爆。
16、作为优选，步骤(4)中，统计不同等级岩爆的微震活动时空聚拢度演化规律是指：选取目标隧道或类似工程不同等级典型岩爆案例进行聚拢度量化计算，岩爆挑选遵循即时性岩爆、无调控措施、无复合型破坏、非多次岩爆重叠、非风险下降过程中发生的岩爆准则。
17、作为优选，步骤(4)中，建立岩爆发生风险等级与微震活动时空聚拢度间的映射关系，构建岩爆风险预警模型是指：以微震活动空间聚拢度特征值为中心，采用概率分布函数表达微震信息与岩爆的定量关系，具体如下：
18、记ph,pm,ps和pn分别为强烈岩爆h、中等岩爆m、轻微岩爆s和无岩爆n的发生概率，微震活动空间聚拢度计算值为s，具体函数关系式为：
19、①当预警无岩爆风险大小时，
20、
21、②当预警轻微岩爆风险大小时，
22、
23、③当预警中等岩爆风险大小时，
24、
25、④当预警强烈岩爆风险大小时，
26、
27、作为优选，步骤(5)中，结合预警模型计算确定预警区域内潜在岩爆发生概率及等级是指：在后续开挖过程中，通过实时计算预警区域内的微震活动空间聚集程度，将计算特征值代入预警模型进行计算，根据结果最终确定潜在岩爆风险等级。
28、本专利技术首先确定微震活动空间聚集程度的计算区域，并确定微震活动空间聚集程度的计算方法，再通过统计不同等级岩爆的微震活动时空聚拢度建立的岩爆风险预警模型进行开挖过程中的岩爆风险实时预警。本专利技术提供的基于微震活动空间聚集程度的岩爆预警方法，可以科学量化微震活动空间分布状态，并确定出微震活动空间聚集程度与岩爆发生与否、不同等级岩爆间的对应关系，从而依据微震活动空间聚集程度实现开挖过程中岩爆风险的即时预警，可为基于微震活动的岩爆风险预警提供强力的依据和参考。
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1.一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(2)中，微震活动空间聚集程度的计算区域综合考虑既往岩爆发生的空间位置及开挖损伤区域范围，确定出隧道开挖过程中危险性最大的即时性岩爆的潜在高发区域为聚拢度计算区域。
3.根据权利要求2所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(2)中，已发生岩爆的位置与隧道掌子面间的空间分布特征是指在隧道开挖掌子面底部中心为原点的空间坐标系中的具体位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(3)中，导出微震监测信号的发生位置、发生时间及释放能量是指微震监测信号的多个震源参数，考虑参数获取难易程度、聚拢度计算意义及对岩爆的直接影响程度综合确定；
5.根据权利要求4所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(3)中，微震活动时空聚拢度计算是通过层次分析法AHP确定各计算指标的权重
6.根据权利要求5所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(4)中，开挖隧道岩爆发生风险等级包括无岩爆、轻微岩爆、中等岩爆和强烈岩爆。
7.根据权利要求6所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(4)中，统计不同等级岩爆的微震活动时空聚拢度演化规律是指：选取目标隧道或类似工程不同等级典型岩爆案例进行聚拢度量化计算，岩爆挑选遵循即时性岩爆、无调控措施、无复合型破坏、非多次岩爆重叠、非风险下降过程中发生的岩爆准则。
8.根据权利要求7所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(4)中，建立岩爆发生风险等级与微震活动时空聚拢度间的映射关系，构建岩爆风险预警模型是指：以微震活动空间聚拢度特征值为中心，采用概率分布函数表达微震信息与岩爆的定量关系，具体如下：
9.根据权利要求8所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(5)中，结合预警模型计算确定预警区域内潜在岩爆发生概率及等级是指：在后续开挖过程中，通过实时计算预警区域内的微震活动空间聚集程度，将计算特征值代入预警模型进行计算，根据结果最终确定潜在岩爆风险等级。
...【技术特征摘要】
1.一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(2)中，微震活动空间聚集程度的计算区域综合考虑既往岩爆发生的空间位置及开挖损伤区域范围，确定出隧道开挖过程中危险性最大的即时性岩爆的潜在高发区域为聚拢度计算区域。
3.根据权利要求2所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(2)中，已发生岩爆的位置与隧道掌子面间的空间分布特征是指在隧道开挖掌子面底部中心为原点的空间坐标系中的具体位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(3)中，导出微震监测信号的发生位置、发生时间及释放能量是指微震监测信号的多个震源参数，考虑参数获取难易程度、聚拢度计算意义及对岩爆的直接影响程度综合确定；
5.根据权利要求4所述的一种基于微震活动空间聚集程度的隧道岩爆预警方法，其特征在于：步骤(3)中，微震活动时空聚拢度计算是通过层次分析法ahp确定各计算指标的权重分配，并基于权重进行组合确定微震活动空间聚拢度jld的计算公式：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李桐，宋力，赵寿刚，刘英，毛羽，周俊杰，樊仕文，郭博文，范冰，赵天玉，崔姗姗，高玉琴，常芳芳，刘忠，张凯，余元宝，校永志，杨志刚，连军航，汪德华，查阳光，古明昆，张利平，穆可欣，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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