沖擊地壓微震監測預警系統的應用研究

胥鵬　李宗保　蘇龍

摘 要：介紹了沖擊礦壓的基本原理、微震監測技術的原理，并且闡述了微震監測系統的架構以及功能性設計。

關鍵詞：沖擊礦壓微震 監測技術 預警系統

中圖分類號：TD324.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0031-01

隨著中國經濟形勢的變化和煤炭資源的日益深入開采，造成了煤巖動力災害不斷加重。針對于煤巖動力災害，目前國內主要采用鉆屑法、采動應力場的監控方法，車頂動態監測方法進行監測預警，但是以上手段在實際使用中都存在著監測范圍小、精度低等劣勢。于是，礦上沖擊礦壓的微震監測技術的優越性就得到了很好地體現。

1 沖擊地壓預警技術的發展

沖擊地壓，又稱巖爆，是指井巷或周圍的巖石表面，能量瞬間釋放產生的動力現象突然嚴重破壞突然劇烈破壞的動力現象。

實現沖擊地壓防治預測的首先是得益于微震）監測技術的出現。在國外，它已使礦山微破裂發展的監測從“難以實現的奢望”轉變為采礦過程的一個有機組成部分，成為礦山開采誘發動力災害監測的主要技術手段。實現礦山動力災害預測的可能性的另一個重要因素則是礦山整體結構應力場分析的大規模科學計算技術的發展。大規模數值計算技術在國民經濟建設中的作用，已普遍地為人們所共識。

2 微震監測基本原理

微震監測的基本原理是：巖體在變形破壞的整個過程中會伴隨著裂紋的產生，擴展，能量積聚，以應力波的形式釋放能量，從而產生微震事件。微震和聲波到達預先埋設多個實時微震數據采集??的地震檢波器。由于源和檢測器之間的距離不同，則檢測器的振動波的傳播時間是不同的。根據不同的時間差檢測器，使用“復雜的定位技術”進行震源定位計算，得到微震發生的位置。

3 基于ARAMISM_E微震監測系統的沖擊地壓監測技術

ARAMISM_E微震監測系統的主要功能是對整個礦井的實時監控，微震事件自動記錄，并微震源位置和能量計算的范圍內發生的微震事件，分析主要危險區微震事件的日常規律，動態評估有關的區域影響危險性類別，指導煤礦沖擊地壓防治工作；擺脫危險的測試和優化相關技術參數，提高防碰撞系統和控制效率的影響。

系統自帶的軟件區別于其他同類產品不同的功能，是可以監測每個區域的風險，容易掌握的礦難動態范圍壓縮趨勢的影響，進行實時評估影響的結果，一個地區一旦發現異常情況，可以采取更有針對性的解危措施，以防止意外或減少提供了寶貴的時間事故風險水平，大大提高礦山巖爆防治的效率。

ARAMISM_E微震監測系統是實時監控的最基本的功能，記錄的微震事件，并計算其坐標計算和能量。在得到上述的基礎上，結合實際需要，地質條件，開采技術等因素的因素，從不同角度對監測數據！采取不同的分析方法和手段，進一步做深入的分析，并在可能的沖擊地壓災害的研究做出評價，指導現場巖爆防治。

4 微震監測系統架構設計

微震監測系統主要由檢波測量探頭、EMR分站、和地面上位機等組成，系統采用帶嵌入式信號傳輸模塊的震動速度型礦震監測拾震器，獨立的干線式數據傳輸系統，進行雙向控制傳輸。可實現拾震器工作狀態的遠程監控和調試。

EMR分站信號采集部分主要包含天線、前置放大電路和A/D轉換電路，前置放大器輸出的信號經電平調整后進入A/D轉換電路，電磁輻射信號由微弱的模擬信號轉換成離散數字信號，這樣便于電磁輻射數據的存儲與處理。通信部分采用現場總線方式，支持RS232、RS485、CAN和以太網等4種通信協議。分站通過調整通信協議，可以作為安全監測監控系統中的一個分站或者傳感器，藉此礦上安全監測監控系統能夠獲得井下電磁輻射統計數據。需要說明的是，現有安全監測監控系統由于掛接的分站和傳感器數目較多且一般通信速率較低，如中國煤炭科工集團常州自動化研究院研制生產的KJ95N型煤礦綜合監控系統，最多支持128個分站，通信速率1200bps，所以電磁輻射實時波形數據一般情況下無法通過監測監控系統的網絡傳輸，但可以通過該系統傳輸電磁輻射的統計數據，如，單位時間內的脈沖數、電磁輻射強度等。深入研究與分析沖擊地壓演化過程中電磁輻射信號的變化規律又要求獲取電磁輻射波形數據，因此結合實際情況，系統研制中，增加了便于更換且支持熱插拔的大容量存儲電路，用于保存電磁輻射信號的波形數據。顯示部分采用字符型液晶模塊，可以顯示系統參數、實時監測數據等。在移動式監測應用中，需要對系統參數進行現場調整，人機交互通過薄膜按鍵和液晶顯示電路實現，能夠修改或設定系統的采樣頻率、監測通道、系統時間、觸發門限等。在線監測中，可以通過上位機發送相應指令來獲取或修改這些參數。

5 微震監測系統的功能設計

（1）巖體震動信號采集、記錄和分析。

（2）多組波形處理，礦震三維定位和能量計算。

（3）微分、濾波和頻譜分析等，記錄信號報警功能。

（4）采用網絡時間同步技術PTP，可以使時鐘同步精度達到亞微秒。

（5）采用光纖作為以太網的通信介質，每個實時數據采集子站，動態收集和緩存數據。

（6）使用IP技術的構成局域網，提高系統規模擴充性。

6 結論

根據目前沖擊地壓的發生機理，介紹微震監測基本原理基于ARAMISM_E微震監測系統的沖擊地壓監測技術，設計了微震監測系統的架構以及其功能，實現對礦井微震的實時網絡監控，實時分析和及時的信息，為煤礦安全生產，國家防災提供更加科學的技術支持，為全國沖擊地壓災害分析防治工作發揮重要作用。

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