(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210587749.5 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221000 江苏省徐州市大 学路1号 申请人 徐州弘毅科技发展 有限公司 (72)发明人 巩思园　葛庆　窦林名　 (74)专利代理 机构 北京淮海知识产权代理事务 所(普通合伙) 32205 专利代理师 薛茹丹 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06Q 50/02(2012.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种用于提升井地一体微震监测系统监测 能力的方法 (57)摘要 一种用于提升井地一体微震监测系统监测 能力的方法， 首先在地面选择可安装 无线传感器 的多个候选点， 形成自然数编码的候选点集合， 在候选点集合中随机选择固定数量的候选点与 井下已安装的传感器形成井地一体微震监测 台 网； 多次随机选择后， 直至生成一定规模的井地 一体微震监测台网布设方案； 然后对每个方案个 体， 采用微震能量与P波初至峰值幅度的传播关 系式构建其监测能力评价模型， 形成初始种群， 并采用遗传进化算法求解获得最优个体， 确定显 著提升井地一体微震监测能力的最优地面无线 传感器布设方案。 该方法为现场调整优化地面无 线传感器的安装位置提供有效指导， 确保井地一 体微震监测系统能观测到矿井采掘生产过程中 产生的各种能量级别的微震。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 114880870 A 2022.08.09 CN 114880870 A 1.一种用于提升井地 一体微震监测系统监测能力的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)在地面选择安装无线传感器的多个候选点， 形成 自然数编码的候选点集合S＝[1  2  3 4 5  …  n]； (2)从步骤(1)中建立的候选点集合S中随机选择固定数量m的候选点与井下已安装的 传感器集 合U形成井地 一体微震监测台网方案 其中， 为第1个随机从集合S中取出的候选点， 该点为集合S的第2个候选点， 以此类 推， 为第m个随机取 出的集合S中的第n ‑2个候选点； k 为井下传感器的数量； (3)重复步骤(2)， 直至生成j＝p个井地一体微震监测台网布设方案， 形成规模为p的方 案集合G： (4)利用步骤(3)中生成的每个井地一体微震监测方案个体Gj， 形成初始种 群Gen， 具体 步骤为： 401)利用井下传感器采集的微震信号确定微震能量E与P波初至峰值幅度f的传播关系 式为： 式中， α1为幅能比系数， α2为衰减系数， r为 微震震源至井下传感器的距离； 402)根据 采掘生产区域范围[XminXmax]、 [YminYmax]、 [ZminZmax]， 取X方向间距为dx、 Y方向间距为dy、 Z方向间距为dz， 划分网格数量 为 的 三 维 等间距网格模型； 其中， m1、 n1、 p1分别代表X方向、 Y方向和Z方向的网格数量； 403)根据步骤401)确定的传播关系式可得 结合步骤402)划分的三维等间 距网格模型， 计算网格模型内点[Xi,Yj,Zk](i∈1,2,...,m1,j∈1,2,...,n1,k∈1,2,..., p1)上能够触发井地一体微震监测台网方案Gj(j∈1,2,...,p)记录微震信号的最小能量 (i∈1,2,. ..,m1,j∈1,2,. ..,n1,k∈1,2,. ..,p1)； 404)根据步骤403)， 建立井地一体微震监测台网方案Gj(j∈1,2,...,p)的监测能力Qj (j∈1,2,. ..,p)的评估 模型为： 405)形成初始种群Gen 为权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114880870 A 2(5)针对步骤(4)中生成的初始种群， 采用遗传进化算法求解获得最优个体， 确定最优 地面无线传感器布设方案 。 2.根据权利要求1所述的一种用于提升井地一体微震监测系统监测能力的方法， 其特 征在于， 所述步骤(1)中， 在地面选择安装无线传感器的多个候选点的原则为： 与井下传感 器共同包围矿井采掘生产区域且距离生产区域不超过2000m， 同时避开积水区、 地表水系、 公路设施、 噪声较大场所， 选择4G/ 5G网络信号较强的区域。 3.根据权利要求1或2所述的一种用于提升井地一体微震监测系统监测能力的方法， 其 特征在于， 所述步骤401)中， α1和α2的确定方 法为： 人工标记各井下传感器记录的P波初至峰 值f， 计算多个不同能量级别微震信号的震源位置和微震能量E， 获取微震震源至井下传感 器的距离r， 进一 步根据非线性 最小二乘法确定α1和 α2。 4.根据权利要求3所述的一种用于提升井地一体微震监测系统监测能力的方法， 其特 征在于， 所述步骤403)中， 点[Xi,Yj,Zk](i∈1,2,...,m1,j∈1,2,...,n1,k∈1,2,...,p1) 上能够触发井地一体微震监测台网方案Gj(j∈1,2,...,p)记录微震信号的最小能量 (i∈1,2,. ..,m1,j∈1,2,. ..,n1,k∈1,2,. ..,p1)的计算 步骤为： 40301： 依据利用P波初至到时进行定位的微震定位原理， 确定当至少有4个传感器接收 到的P波初至峰值幅度f大于等于 3倍环境背景噪音N L时触发微震监测系统记录微震信号； 40302： 计算点[Xi,Yj,Zk](i∈1,2, ...,m1,j∈1,2, ...,n1,k∈1,2, ...,p1)与Gj(j∈1, 2,...,p)中每个传感器的距离rl(l＝1,2,...,m+k)， 依据步骤40301确 定触发每个传感器 所需的P波初至峰值幅度fl(l＝1,2,...,m+k)， 通过步骤401中确定的矿井微震能量E与P波 初至峰值幅度f的传播关系式反算触发每 个探头所需的震源能量 为： 其中， i∈1,2, …,m1,j∈1,2,. ..,n1,k∈1,2,. ..,p1,l＝1,2,...,m+k； 40303： 依据步骤40301， 对步骤40302 中计算的 进行从小到大排序， 选择排序后的 第4个能量值作为能够触发井地一体微震监测台网方案记录微震信号的最小能量 (i ∈1,2,...,m1,j∈1,2,. ..,n1,k∈1,2,. ..,p1)。 5.根据权利要求4所述的一种用于提升井地一体微震监测系统监测能力的方法， 其特 征在于， 所述步骤40301中， 环 境背景噪音NL分为安装在地表的地面传感器监测的地表环 境 背景噪音为 NLs； 安装在井下 巷道里的井下传感器监测的井下环境背景噪音为 NLu。 6.根据权利要求5所述的一种用于提升井地一体微震监测系统监测能力的方法， 其特 征在于， 所述步骤(5)中采用的遗传算法 的进化代数不小于100， 算法中变异操作选择混合 使用相邻基因变异、 基因插入变异、 基因交换变异、 三点基因交换变异和两点间倒置变异； 交叉操作选择混合使用部分映射交叉、 循环交叉算子、 边重组交叉、 线性顺序交叉、 序交叉权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114880870 A 3