煤矿井下微震监测技术现状与发展

焦健 南雄 陈德山

摘 要：将微震监测技術应用到煤矿的生产中，可以对灾害情况进行监测，从而更好地规避煤矿生产中的事故。基于此，本文重点阐述煤矿微震监测技术的现状以及今后的发展趋势。

关键词：煤矿安全；微震监测技术；现状；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.076

0 引言

微震监测技术具体指的是在煤矿内的各个方位通过设置具有特定功能的传感器，对矿井内的振动情况进行记录，从而推断出岩石结构的应力变化以及破坏情况。通过及时有效的采取防治措施，从而避免安全事故的发生。

1 微震监测技术的现状分析

微震监测是通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等作出评价，从而为预报和控制灾害提供依据的成套设备和技术。

1.1 微震震源定位技术

微震震源定位技术具体指的是通过信号收集装置通过对信号的收集，并将其转换成一种数据信息，通过特定的定位算法，反推出微震发生的空间位置以及发生微震的时间。这种定位技术的准确性会受到算法、设备以及设定的模型等方面的影响。按照定位原理的差异，还可以将微震震源定位方式分成两种情况，一种是基于三轴传感器的震源定位方式。另外一种是利用振动波的到时查实、波速以及传感器的空间坐标进行计算。长期以来，微震震源定位技术的准确性对于煤矿生产的安全控制具有非常重要的影响，其中算法的发展不断改善着该技术的准确性。具体有线性算法和矢量算法，线性算法对初始值的依赖性较强，因此需要保证初始值的准确性从而确保计算结果的准确性。相对而言，采用矢量算法可以大大提高准确性，但这种方式的数据计算量较大。随着相关技术以及计算机软硬件的发展，微震震源定位的算法不断增加，但就目前而言，大多数算法还不能在根本上解决求解的发散与效率等问题。另一方面，震源定位的影响因素较多，因此还需要综合各类影响因素，不断提高算法的稳定性与定位精度。

1.1.1 观测系统

为进一步提供定位的准确性，国内外开始对微震检测平台网的优化布置情况进行研究。具体可以通过检测系统传感站网空间布置方案，通过综合分析确定最终方案，从而或获取更加优质的检测方案。目前通过采取有效措施可以实现对位置目标函数进行优化，在模型上进行优化完善，通过试验表明这种模型相对于以往的可以更好地降低误差。

对于微震检测台网进行优化的研究处于开始阶段，受到监测条件的影响较大，因此为提高定位精度，还应该根据煤矿的实际情况，做好目标函数的优化工作。

1.2 微震信号的获取与分析

由于煤矿井下的环境比较复杂，干扰因素较多，因此微震检测系统可以收集到的信号有振动信号、电磁波信号、机械振动信号以及岩石破裂信号等等。煤矿井下的微震监测装置需要快速准确的对振动情况进行识别定位，才能确保煤矿的安全生产。但就接收设备而言，如果在最快的时间内在复杂的信号中获取准确信号，也是当前微震检测技术中存在的重要问题。对信号的获取主要有人工获取和自动获取两种方式。人工方式具体要借助技术人员的处理，因此效率较低，同时由于信号较为复杂，在人为处理过程中容易造成不同程度的误差，影响定位的准确性；自动获取方式主要借助的地震感应中的相关技术。根据震动的具体情况可以选择合理的方式从而保证精确度，但这种震动的获取方式依然有一定的滞后性。当前，我国对于微震信号的获取与分析依然处于研究阶段，由于煤矿井下环境复杂，信号受到干扰情况非常严重，因此需要利用相关的模型结合相关的获取技术，从而不断提高微震监测定位技术的准确性。

2 煤矿微震监测技术的发展趋势

微震监测技术在地下工程中的作用是多方面的，概括起来包括监测岩爆和矿震，应力集中与重分配，岩体大冒落，边坡破坏，为地下结构设计提供参数和优化地下工程设计与施工，灾害定位监测、预报和灾害预警，地下灾害安全救助，检测工程（如大体积混凝土、地下注浆等）施工质量，监测岩体和混凝土结构的损伤和老化过程等诸多方面。

2.1 定位基础理论的研究发展

由于煤矿井下环境复杂，影响微震震源定位精度的因素较多，因此当前的研究应该主要集中在定位精度的提高，或通过及时控制好单一重要影响因素的方式不断提升准确性。但如果在根本上控制影响因素的干扰，应该综合各类因素进行分析，通过严格的理论结合实验进行分析，研究不同影响因素对最终结果的影响程度，通过完善模型，建立全面的误差分析方法，从而全面改善微震监测技术的精度。

2.2 加强对设备的研究

目前，我国国内煤矿生产中使用到的监测设备主要来源于国外，由于我国的技术以及工业生产限制，导致设备的精度不高。因此监测成本较高。为改善这种局面，应该不断发挥科研力量，通过借助资源优势，加快对设备的研发以及更换，通过控制知识产权，在改善精度的同时降低煤矿生产成本。

2.3 加快信号识别与反演的研究

微震信号在获取过程中具有非常多的干扰因素，因此及时有效对准确信号进行获取也是改善定位精度的重要内容。在研究过程中应该重视分析有效信号与干扰信号的属性差别，对包含大量干扰因素的信号进行预处理，从而提高对有效信号的处理效率。通过对技术以及设备的有效结合，从而形成一种抗干扰能力强、效率高的综合获取方式。

微震监测信号中包含非常重要的岩体结构信息，通过反演可以再现煤矿岩体破裂的过程，对于进一步提升监测精度，改善煤矿作业方式也具有重要的作用。

2.4 完善区域性的微震监测台网

通过完善区域微震监测台网，也是改善信号接收做好信号处理，从而规避安全事故的重要方式。目前我国已经建立国家数字地震台网等观测系统，进入数字时代后，对微震信号的监测速度将会大大提升。

3 结语

综上所述，通过对煤矿微震监测技术的应用可以对煤矿井下的震动信号进行获取分析，从而有效控制煤矿的安全生产。但当前该技术依然存在不成熟的地方，需加快对算法及模型进行研究，并做好设备的更新完善工作，让该技术更好地在煤矿生产中发挥应有的价值。

参考文献：

[1]李楠，王恩元.GE Mao-chen.微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望[J].煤炭学报，2017，42（S1）：83-96.

[2]贾靖.微震监测技术在煤矿防治水中的应用[J].煤炭与化工，2017，40（01）：16-20.

基金项目：甘肃省高校科研项目资助”及“项目编号：2017A-220”