煤礦井下微震監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

焦健 南雄 陳德山

摘 要：將微震監(jiān)測技術(shù)應用到煤礦的生產(chǎn)中，可以對災害情況進行監(jiān)測，從而更好地規(guī)避煤礦生產(chǎn)中的事故?；诖耍疚闹攸c闡述煤礦微震監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；微震監(jiān)測技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

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

0 引言

微震監(jiān)測技術(shù)具體指的是在煤礦內(nèi)的各個方位通過設置具有特定功能的傳感器，對礦井內(nèi)的振動情況進行記錄，從而推斷出巖石結(jié)構(gòu)的應力變化以及破壞情況。通過及時有效的采取防治措施，從而避免安全事故的發(fā)生。

1 微震監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀分析

微震監(jiān)測是通過監(jiān)測巖體破裂產(chǎn)生的震動或其他物體的震動，對監(jiān)測對象的破壞狀況、安全狀況等作出評價，從而為預報和控制災害提供依據(jù)的成套設備和技術(shù)。

1.1 微震震源定位技術(shù)

微震震源定位技術(shù)具體指的是通過信號收集裝置通過對信號的收集，并將其轉(zhuǎn)換成一種數(shù)據(jù)信息，通過特定的定位算法，反推出微震發(fā)生的空間位置以及發(fā)生微震的時間。這種定位技術(shù)的準確性會受到算法、設備以及設定的模型等方面的影響。按照定位原理的差異，還可以將微震震源定位方式分成兩種情況，一種是基于三軸傳感器的震源定位方式。另外一種是利用振動波的到時查實、波速以及傳感器的空間坐標進行計算。長期以來，微震震源定位技術(shù)的準確性對于煤礦生產(chǎn)的安全控制具有非常重要的影響，其中算法的發(fā)展不斷改善著該技術(shù)的準確性。具體有線性算法和矢量算法，線性算法對初始值的依賴性較強，因此需要保證初始值的準確性從而確保計算結(jié)果的準確性。相對而言，采用矢量算法可以大大提高準確性，但這種方式的數(shù)據(jù)計算量較大。隨著相關(guān)技術(shù)以及計算機軟硬件的發(fā)展，微震震源定位的算法不斷增加，但就目前而言，大多數(shù)算法還不能在根本上解決求解的發(fā)散與效率等問題。另一方面，震源定位的影響因素較多，因此還需要綜合各類影響因素，不斷提高算法的穩(wěn)定性與定位精度。

1.1.1 觀測系統(tǒng)

為進一步提供定位的準確性，國內(nèi)外開始對微震檢測平臺網(wǎng)的優(yōu)化布置情況進行研究。具體可以通過檢測系統(tǒng)傳感站網(wǎng)空間布置方案，通過綜合分析確定最終方案，從而或獲取更加優(yōu)質(zhì)的檢測方案。目前通過采取有效措施可以實現(xiàn)對位置目標函數(shù)進行優(yōu)化，在模型上進行優(yōu)化完善，通過試驗表明這種模型相對于以往的可以更好地降低誤差。

對于微震檢測臺網(wǎng)進行優(yōu)化的研究處于開始階段，受到監(jiān)測條件的影響較大，因此為提高定位精度，還應該根據(jù)煤礦的實際情況，做好目標函數(shù)的優(yōu)化工作。

1.2 微震信號的獲取與分析

由于煤礦井下的環(huán)境比較復雜，干擾因素較多，因此微震檢測系統(tǒng)可以收集到的信號有振動信號、電磁波信號、機械振動信號以及巖石破裂信號等等。煤礦井下的微震監(jiān)測裝置需要快速準確的對振動情況進行識別定位，才能確保煤礦的安全生產(chǎn)。但就接收設備而言，如果在最快的時間內(nèi)在復雜的信號中獲取準確信號，也是當前微震檢測技術(shù)中存在的重要問題。對信號的獲取主要有人工獲取和自動獲取兩種方式。人工方式具體要借助技術(shù)人員的處理，因此效率較低，同時由于信號較為復雜，在人為處理過程中容易造成不同程度的誤差，影響定位的準確性；自動獲取方式主要借助的地震感應中的相關(guān)技術(shù)。根據(jù)震動的具體情況可以選擇合理的方式從而保證精確度，但這種震動的獲取方式依然有一定的滯后性。當前，我國對于微震信號的獲取與分析依然處于研究階段，由于煤礦井下環(huán)境復雜，信號受到干擾情況非常嚴重，因此需要利用相關(guān)的模型結(jié)合相關(guān)的獲取技術(shù)，從而不斷提高微震監(jiān)測定位技術(shù)的準確性。

2 煤礦微震監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢

微震監(jiān)測技術(shù)在地下工程中的作用是多方面的，概括起來包括監(jiān)測巖爆和礦震，應力集中與重分配，巖體大冒落，邊坡破壞，為地下結(jié)構(gòu)設計提供參數(shù)和優(yōu)化地下工程設計與施工，災害定位監(jiān)測、預報和災害預警，地下災害安全救助，檢測工程（如大體積混凝土、地下注漿等）施工質(zhì)量，監(jiān)測巖體和混凝土結(jié)構(gòu)的損傷和老化過程等諸多方面。

2.1 定位基礎理論的研究發(fā)展

由于煤礦井下環(huán)境復雜，影響微震震源定位精度的因素較多，因此當前的研究應該主要集中在定位精度的提高，或通過及時控制好單一重要影響因素的方式不斷提升準確性。但如果在根本上控制影響因素的干擾，應該綜合各類因素進行分析，通過嚴格的理論結(jié)合實驗進行分析，研究不同影響因素對最終結(jié)果的影響程度，通過完善模型，建立全面的誤差分析方法，從而全面改善微震監(jiān)測技術(shù)的精度。

2.2 加強對設備的研究

目前，我國國內(nèi)煤礦生產(chǎn)中使用到的監(jiān)測設備主要來源于國外，由于我國的技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)限制，導致設備的精度不高。因此監(jiān)測成本較高。為改善這種局面，應該不斷發(fā)揮科研力量，通過借助資源優(yōu)勢，加快對設備的研發(fā)以及更換，通過控制知識產(chǎn)權(quán)，在改善精度的同時降低煤礦生產(chǎn)成本。

2.3 加快信號識別與反演的研究

微震信號在獲取過程中具有非常多的干擾因素，因此及時有效對準確信號進行獲取也是改善定位精度的重要內(nèi)容。在研究過程中應該重視分析有效信號與干擾信號的屬性差別，對包含大量干擾因素的信號進行預處理，從而提高對有效信號的處理效率。通過對技術(shù)以及設備的有效結(jié)合，從而形成一種抗干擾能力強、效率高的綜合獲取方式。

微震監(jiān)測信號中包含非常重要的巖體結(jié)構(gòu)信息，通過反演可以再現(xiàn)煤礦巖體破裂的過程，對于進一步提升監(jiān)測精度，改善煤礦作業(yè)方式也具有重要的作用。

2.4 完善區(qū)域性的微震監(jiān)測臺網(wǎng)

通過完善區(qū)域微震監(jiān)測臺網(wǎng)，也是改善信號接收做好信號處理，從而規(guī)避安全事故的重要方式。目前我國已經(jīng)建立國家數(shù)字地震臺網(wǎng)等觀測系統(tǒng)，進入數(shù)字時代后，對微震信號的監(jiān)測速度將會大大提升。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對煤礦微震監(jiān)測技術(shù)的應用可以對煤礦井下的震動信號進行獲取分析，從而有效控制煤礦的安全生產(chǎn)。但當前該技術(shù)依然存在不成熟的地方，需加快對算法及模型進行研究，并做好設備的更新完善工作，讓該技術(shù)更好地在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮應有的價值。

參考文獻：

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