煤礦微震監測技術現狀與發展前景

叢 森，程建遠，王云宏，房 哲

(1.西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安 710054；2.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

煤礦微震監測技術現狀與發展前景

叢 森1，程建遠2，王云宏2，房 哲1

(1.西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安 710054；2.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

微震監測技術是一門新興的地球物理實時監測技術，其研究工作主要集中在微震震源定位方法和微震信號初至拾取兩個方面：定位方法以經典的Geiger法以及在此基礎上發展的各種線性、非線性微震震源定位方法為主；STA/LTA法、AIC法、分形維數法和小波變換法是微震信號初至拾取的主要方法。目前，礦山領域將微震監測技術主要用于沖擊地壓、突水等災害的預測預報；礦山微震監測技術在提高震源定位精度、數據精細化處理等方面還有待加強，從基礎理論研究、數據信號處理和儀器研發等方面對礦山微震監測技術進一步研究和發展方向進行了展望。

微震監測；震源定位；初至拾取；沖擊地壓；突水

隨著煤礦開采深度的不斷增加，微震監測技術已成為煤礦安全生產中的監測預警手段之一。微震監測是通過在監測區域不同方位設置微震傳感器，對微震事件進行實時記錄，分析各種震動參數(振動能量、振動頻次、震源半徑、震動力矩、壓力降等)，計算破裂發生的時間和位置，進而推斷煤巖體應力狀態及破壞情況[1]。因此，一般情況下，微震監測系統至少包括微震記錄儀器、接收傳感器、信號處理方法、空間定位算法以及可視化分析終端等。與傳統技術相比，微震監測技術具有遠距離、動態、三維和實時監測的特點，還可以根據震源情況確定破裂尺度和性質，從而為確定煤巖體的破壞程度提供依據[2]。

本文論述了煤礦微震監測技術的研究歷程和最新進展，并對微震監測技術今后研究和發展的方向進行了展望。

1 微震監測技術的研究現狀

1910年Hans benndorf對微地震現象進行了最早的描述[3]，但在當時并沒有引起人們的注意。直到20世紀30年代末期，美國礦業局的研究人員利用聲波探測技術在具有巖爆傾向性的礦井進行巖石力學的相關研究時，發現在拆除聲波發射器后，接收傳感器仍能接收到聲波信號，自此微地震現象引起了人們的廣泛注意，并展開了大量的研究，目前已經在眾多領域得到應用[4]。微震監測技術的核心是震源定位和微震信號的初至拾取，只有得到高精度的定位數據，才能充分發揮微震監測技術的優勢。

1.1 微震震源定位技術

1.1.1 定位算法

微震震源定位是指利用采集到的震動波信號，通過特定的震源定位算法，反演微震事件的空間位置和發震時刻。震源定位所需要的輸入數據包括微震監測臺網中各傳感器空間坐標、各傳感器接收到的波的到時和監測介質中地震波的傳播速度等[5-6]。微震震源定位精度，受震源定位算法、微震監測臺網布設、到時數據和波速模型等因素的影響[7]。

根據震源定位的原理不同，微震震源定位方法分為兩大類:一類是基于三軸傳感器的震源定位方法;另一類是基于到時不同理論[7-8]，即利用振動波的到時差值、波速和傳感器空間坐標進行震源定位的方法。由于三軸傳感器的震源定位方法在小范圍內監測時難以精確地分離P波和S波，因此該方法在微震監測中應用較少；而基于到時不同理論的震源定位方法種類繁多，例如經典的Geiger法、雙重殘差法等。

目前，震源定位中應用較多的是1912年德國科學家Geiger提出的經典方法[9]以及在此基礎上發展的各種線性方法，如相對定位法、聯合定位法與雙重殘差法等[10]。其原理是將非線性問題線性化并給出最小二乘解。由于該方法的計算量很大，20世紀70年代隨著計算機技術的興起，Geiger算法才重新煥發了強大的生命力。Lee等[11]在Geiger法的基礎上開發了HYPO71-86系列定位程序，開啟了計算機定位的先河。林峰等[12]分析了Geiger定位方法與線性方程組定位方法的優缺點，提出了以線性定位解作為Geiger定位法的迭代初值進行定位求解的聯合定位方法，該方法顯著提高了求解效率，但線性定位解對聯合定位法定位精度的影響程度尚缺乏相應的論證。張喚蘭[13]利用三分量檢波器的數據信號聯合走時和傳播方向構建了矢量目標函數，并在此基礎上得到了改進的 Geiger 定位算法。由于矢量目標函數綜合考慮了走時和傳播方向，模型數據的測試表明這種方法的定位精度優于經典Geiger定位算法，在對震源深度的定位上有著較大的應用空間。

由于線性定位方法對初始值的依賴程度較高，初始值選取不當時會使得定位發散或得不到定位結果[14]。為了解決這些問題，人們相繼提出了一些非線性方法，如梯度法、牛頓法、全局搜索法、Bayesian法、蒙特卡洛法、單純形算法、模擬退火法與遺傳算法等[15-16]。周運波、楊曉東[15-16]對上述一些非線性方法的基本原理和優缺點進行了介紹；周民都等[17]采用遺傳算法對模擬和真實地震事件進行了定位，并與Powell等方法進行對比，發現遺傳算法給出的定位結果在發震時刻和震源深度上更為可靠，并且對非包圍地震定位效果較好。李會義等[18]、李成武等[19]應用牛頓迭代法求解非線性方程組，并借助Matlab的強大運算功能進行震源定位研究，使得震源定位速度、精度均得到很大提高；李楠等[20-21]采用基于L1范數統計準則的單純形算法進行微震震源定位研究，通過現場爆破試驗與其他方法對比研究表明：該方法定位結果穩定，定位精度高，并且算法受震源和臺網相對位置的影響較小。

20世紀90年代，Waldhauser和Ellsworth[22]提出了雙差分定位法。該算法的思想是計算同一臺站接收的、兩個相鄰地震的觀測走時差，減去理論計算值的走時差后得到的殘差(雙差)來確定其相對位置，該方法的突出優點在于它可以利用頻譜中的互相關分析法讀取事件的到時差，大大提高了到時數據的精確度，從而使定位結果比常規定位方法提高了一個數量級[23-24]。張喚蘭在雙差分定位法的基礎上提出了混合差定位法，這種方法在不影響定位精度的情況下，降低了算法的存儲量和對微地震事件群的初始質心位置的敏感度，提高了計算效率[13]。目前，微震震源定位的算法較多，但大多沒有從根本上解決求解的發散與求解效率等問題。震源定位的影響因素較多，在完善定位算法的同時應綜合考慮算法與速度模型、臺網布置等影響因素之間的相互關系，在提高算法穩定性與定位精度的同時應合理評價其他因素對定位精度的影響。

1.1.2 觀測系統

為提高震源定位精度，在震源定位算法研究的基礎上，國內一些學者對微震監測臺網的優化布置進行了大量研究。唐禮忠等[25]在冬瓜山銅礦設計了15個微震監測系統傳感器站網空間布置方案，通過綜合分析計算確定了最佳監測系統配置方案，爆破試驗對震源定位精度和靈敏度進行了測定，取得了可靠有效的監測數據；鞏思園等[26]對大規模臺網布置組合優化問題建立了臺網優化布置目標函數，提出了包括多個優化模塊在內的臺網布置方案求解模型，現場試驗表明該方法能夠快速尋得最優方案，顯著降低誤差。高永濤等[27]基于D值優化設計理論并引入相關概率因子，結合礦山實際情況重新構建了臺網優化目標函數，由該目標函數確定的臺網布設方案，經爆破試驗表明具有一定的合理性和準確性，可滿足工程監測需要；鞏思園等[28]應用微震定位理論和D值優化設計理論并結合煤礦實際條件與影響定位精度的因素，形成了一套臺網布設優化及評價系統，現場應用表明該系統能夠快速確定臺網最優布設方案，準確評價臺網定位能力。李楠通過實驗研究了不同微震臺網布設、波速和到時誤差對震源定位可靠性的影響，并總結出了相應的規律，對微震監測臺網的布設方案和提高定位精度具有重要指導意義[6]。

目前，微震監測臺網的優化設計研究尚處于探索階段，臺網的優化設計受礦山實地監測條件的限制較為明顯，應根據礦山實際情況，確定合理的臺網布置方案，提高定位精度。

震源定位是微震監測技術中最基本的問題之一，其數學實質就是求由觀測到時和理論到時之差所構造的、以假想震源位置為函數的目標函數的極小值，基于對目標函數的構造、處理和求解極小值方法的不同，產生了各種定位方法[14]。由于影響震源定位精度的因素很多，各種方法解決的側重點也有所不同，目前多數定位方法均假定P波的傳播速度為勻速，忽略了不同地層對速度的影響和S波及其他異常波的干擾，但在礦山微震監測中這種影響是客觀存在的，并且有時是較大的。因此，在今后的微震震源定位研究中應更多地考慮多因素的綜合影響，實現快速、準確的震源定位。

1.2 微震信號初至拾取與分析

煤礦井下環境十分復雜，干擾因素較多，微震監測系統接收到的信號中包括爆破振動信號、電磁干擾信號、機械振動信號和巖石破裂產生的微震信號等。煤礦井下的微震監測要求對監測信號進行實時、快速的拾取與定位，以滿足安全生產的需要。因此，如何從紛繁復雜的接收信號中快速拾取出有效的微震信號是一個技術難題。目前，微震信號初至拾取的手段主要有人工拾取和自動拾取兩類。人工拾取方法是依靠技術人員處理，工作效率很低，加之微震信號波形復雜、干擾因素眾多等原因，經常會產生較大的誤差，從而影響定位精度；微震信號的自動拾取技術主要借鑒了天然地震中的自動拾取方法，王彩霞等[29]對當前常用的各種震相初至自動拾取檢測方法進行了歸納總結。在微地震信號初至自動拾取領域應用較為廣泛的方法有：STA/LTA法、AIC法、分形維數法和小波變換法等。

1.2.1 STA/LTA法

STA/LTA(Short-Term to Long-Term Average)法最早由Stevenson[30]提出，并將其應用于地震波初至到時拾取。為提高該方法拾取的準確度，Allen、McEvilly和Majer、Bear和Kradolfer、Earle和Shearer等相繼對該方法進行了改進[31-35]。STA/LTA法對高信噪比的微震資料拾取效率高、精度高，是目前應用較多的微震信號自動拾取方法。國內的學者對其進行了較多的研究：劉超等[36]根據加拿大ESG微震監測系統的STA/LTA觸發及閾值原理，提出了一套識別與標定有效微震事件的綜合分析方法；段建華等[37]研究發現，STA/LTA法能夠快速準確地自動識別微地震有效信號，濾除冗雜信號，從而為微地震監測數據的無線實時傳輸提供了可能，也減少了數據存儲所需要的磁盤空間，取得了較好的應用效果；姜福興等[38]采用經典STA/LTA算法拾取微震事件波形的到時與終時，提出了一種基于微震單事件多通道聯合識別方法，現場實驗表明該方法能夠有效提取波形特征，并能對單事件多通道波形的各類噪聲進行快速識別。STA/LTA法具有簡單易行、效率高等優點；但也有明顯的缺陷：受短時窗的影響不能準確拾取地震波初值；難以在低信噪比數據中分辨出微地震信號[39]。

1.2.2 AIC法

AIC(Akaike information criterion)法是基于自回歸(Autoregressive，AR)模型假設的一種算法，1999年Sleeman和Orild[40]提出了基于自回歸模型下的Akaike(Autoregressive Akaike In-formation Criteria，AR-AIC)信息準則。AIC法具有拾取速度快、效率高等優點；但也有缺陷：無論微地震數據中是否存在有效事件，都會出現AIC的最小值，這使得無法只利用AIC法對有效事件進行識別[39]。

1.2.3 分形維數法

1996年Boschetti[41]首先提出將分形理論應用于地震波初至到時拾取，通過分析分形維數值隨時間的變化來進行初至的自動拾取。分形維數法的拾取精度較高，但拾取的效率很低，不能實現微震事件初至的快速拾取，難以滿足礦山監測需要。AIC法和分形維數法由于自身算法存在的缺點不適合單獨對低信噪比微震信號初至拾取，但可與其他方法聯合使用，充分發揮各自優點來提高拾取的精度。段建華[42-43]研究發現對于低信噪比微震事件使用分形維數法和AIC法的拾取精度均高于STA/LTA法，可以用STA/LTA法確定事件初至的大概范圍，然后在該范圍內用分形維數法和AIC法拾取事件初至，以充分發揮各種方法的優點，實現微震事件快速、準確的自動拾取。

1.2.4 小波變換法

小波變換具有良好的時頻分辨能力，目前基于小波變換的震相識別和到時拾取算法主要是把地震信號做小波變換，結合現有的檢測方法，重新構建特征函數，根據某種準則判定震相到時[44]。因此可以利用小波變換對微震資料進行預處理，提取出微震數據中的各種干擾信號，然后再使用其他方法進行微震信號初至拾取。許大為等[45]應用小波變換理論提出了對不同頻率范圍的信號和噪聲進行濾波處理的方法，該方法可用于微震信號的預處理。朱權潔等[46]在小波變換理論基礎上，對爆破振動信號和巖石破裂信號的能量分布特征，利用Matlab的小波包分析模塊進行了研究，并對二者的能量分布特征進行了對比，得出了二者的能量分布頻帶，進而通過能量頻帶在空間的分布特征來區分兩種信號波形。徐宏斌等[47]還采用Matlab小波閾值去噪理論，成功實現了對微震信號中有效信號與干擾信號的有效分離。張軍華等[48]將小波變換和STA/LTA法聯合進行初至波的拾取，利用小波變換進行分頻處理，挑選出最具有初至波特征的通道，在利用STA/LTA法進行初至的拾取。這種聯合法對初至波拾取的精度和效率均較高。

國內一些學者還對不同微震信號的波形進行了研究，曹安業等[49]以時頻分析技術為手段，總結提煉出了上覆煤柱高應力區的不同微震信號波形特征；陸菜平等[50-51]分析了煤層頂板卸壓爆破、煤層卸壓爆破振動信號的功率譜和幅頻特性的關系，并對沖擊地壓微震信號、頂板爆破微震信號的振幅-時間曲線和幅頻曲線進行了對比研究，得出了不同微震信號的各自特征，為微震信號的辨識提供了一個新的方向。

目前，對微震信號初至拾取與分析的研究仍處在不斷探索和完善階段，由于煤礦井下環境十分復雜，有效微震信號受外界干擾嚴重，還沒有一種單獨的方法能夠對各種條件下的微震信號進行精確的初至自動拾取。對微震數據預處理后，應用小波理論并通過其他方法自動拾取或者多種方法的聯合使用具有一定的研究價值。

2 微震監測技術的應用現狀

在煤礦災害防治領域，微震監測技術已經開展了積極的探索和應用，如沖擊地壓的監測預報、頂板“三帶”發育高度的監測、底板破壞深度的監測、煤(巖)與瓦斯突出前兆的監測、煤礦被困人員位置的輔助定位和小煤窯非法超層越界開采的監測等。

2.1 預防沖擊地壓

沖擊地壓是指井巷或工作面周圍煤巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而產生突然破壞的動力現象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現象[1]。煤礦井下一旦發生沖擊地壓將會造成巷道的破壞、生產設備的損毀和人員傷亡，對煤礦安全高效生產造成了極大的威脅。據統計：1985年我國沖擊地壓煤礦有32個，截至2011年底，我國發生沖擊地壓的礦井就多達142個[52]。隨著開采深度的增加，我國已經成為受沖擊地壓危害最為嚴重的國家。實踐證明：沖擊地壓能夠引起礦震，礦震同樣能夠誘發沖擊地壓。因此，要對沖擊地壓進行有效的監測預報就要充分監測和分析巖層活動，而微震監測技術能夠實現對巖層活動的有效監控。

20世紀40年代，美國礦業局就提出應用微地震法來監測沖擊地壓，但由于所需儀器價格昂貴并且精度不高、監測結果不明顯等原因而未能推廣。隨著計算機信息技術的發展，特別是數字化地震監測技術的應用，20世紀80年代，國外就開始應用微震監測系統進行沖擊地壓的防治工作，如南非、波蘭、捷克和加拿大等國已經形成了國家型礦山微震監測臺網，并在沖擊地壓預測預報中起到了顯著的作用。

微震監測沖擊地壓的重點應放在預警指標的建立上，即總結出不同類型沖擊地壓的微震前兆信息。陸菜平等[51]通過實驗室測定和現場監測總結出了三河尖煤礦沖擊地壓發生前的微震頻譜前兆特征，即“微震信號的頻譜向低頻段移動，且振幅逐漸增加”；袁瑞甫等[53]應用分形理論計算了微震事件空間分布的分維值，通過對分維值變化規律的研究，總結出了煤柱型沖擊地壓發生的微震前兆信息；趙毅鑫等[54]應用地震學研究中常用的震級與頻度關系(簡稱G-R關系)來定量描述微震事件震級與頻度間的關系，應用G-R關系中的常數b值、日累計能量值和頻譜變化特征等，分析了“兩硬”條件下沖擊地壓發生的微震前兆信息；夏永學等[55]優選和完善了5個物理意義明確且具有應用價值的危險預測指標，初步建立了沖擊地壓危險預測的方法與指標。

由于沖擊地壓類型較多、發生機理十分復雜，各地區地質條件、開采技術條件等差異巨大，很難得出統一的沖擊地壓微震監測前兆信息的判別標準，因此需不斷加強對沖擊地壓發生機理的研究，進而為其預防提供理論依據；同時，還應加強對微震信號的分析，從大量的微震信號中提取出有效信號，分析總結出不同類型沖擊地壓發生時的信號特征，更好地指導對沖擊地壓的預測預報。

2.2 礦山水害防治

礦山突水災害是我國礦山主要災害之一，全國600余處國有重點煤礦中受水害威脅的礦井達285處，受水害威脅的儲量達250億t[56]。礦山發生突水災害必須具備三個條件，分別是水源、水量和導水通道。水源通常易于查明，但導水通道(頂底板裂隙、斷層、陷落等)具有一定的隱蔽性和不可預知性。礦井水害的形成和發生都有一個從孕育、發展到發生的過程，在這一變化過程中的不同階段都有其相應的前兆。微震監測就是試圖結合礦山壓力、水文地質等多學科理論，進行突水的超前預測預警[57]。

國內外將微震監測技術用于防治礦井突水災害的研究較少。微震監測技術在未來煤礦防治水的工作中，可在以下四個方面開展研究工作：①上覆巖層導水裂隙帶高度的監測；②底板破裂深度的監測；③斷層、陷落柱等隱伏構造的活化強度、裂度以及導水可能性的監測；④老空區突水可能性的監測。

汪華君等[58]將魯西煤礦應用微震監測技術得到的覆巖導水裂隙帶的高度與其他監測方法得到的數據進行對比，兩者結果基本一致，說明微震監測技術確定導水裂隙帶高度是可靠的、有效的；姜福興等[57]應用微震監測技術對梧桐莊煤礦的大斷層、陷落柱等隱伏構造進行了實時監測，通過對定位結果的三維展示和分析，得到地質構造的活化規律、底板破裂深度、頂板破裂高度、合理煤柱尺寸等實測參數，實現了對突水危險性的預測預報；竇林名等[56]針對采空區突水災害的預防，提出了能量釋放率、能量密度的概念和計算方法，實現了利用微震監測突水災害的量化分析。

目前，礦井突水災害的微震監測尚屬起步階段，實際應用的案例相對較少。今后，應充分發揮微震監測技術實時、連續、動態等優點，及時發現潛在的危險，尤其是在工作面帶壓開采過程中對底板破裂情況的監測和對可能活化的構造的監測。

3 微震監測技術發展展望

3.1 微震震源定位基礎理論的研究

影響微震震源定位精度的因素較多，目前的研究主要集中在某一方面對定位精度的影響或通過某一方面的改進來提高定位精度。若從根本上提高定位精度，應跨學科跨專業組建相應的科研攻關團隊，從系統的觀點出發，綜合分析各因素對定位精度的影響機制，通過系統深入的理論與實驗研究，揭示這些影響因素對定位精度的影響程度和影響規律，奠定微震震源定位的理論基礎，提高定位的精度；同時，還應對定位的精度建立一套合理可靠的誤差分析方法，并對定位的精度進行全面評價，以滿足高精度微震監測技術的需要。

3.2 打造國產微震監測儀器品牌

目前，國內礦山應用的微震監測設備絕大部分來自國外，國內微震監測儀器生產廠家眾多，但市場占有份額很低。國內微震儀器研發基礎較弱，研發力量相對分散，在當前形勢下應大力整合各方研發力量，充分發揮優勢資源，提高產品的性能，加快產品升級換代進程，開發出具有自主知識產權、優質高效的微震監測儀器。

3.3 有效微震信號的識別與反演的研究

礦山井下干擾因素較多，微震信號中包含著大量干擾信號，有效信號的拾取是微震數據分析的基礎工作。以傳統地震勘探數據處理技術為依據，以有效信號與干擾信號屬性的差異為切入點，對包含大量干擾信號的微震數據進行預處理，降低有效信號拾取的難度。針對目前使用單一方法難以精確拾取信號初至的缺點，深入研究信號初至前后有效信號與干擾信號在振幅、頻率、偏振等屬性方面的顯著差異，挖掘現有拾取方法間聯合拾取的潛力，形成一種抗干擾能力強，拾取精度高、效率高的綜合拾取方法。通過完善不同微震信號的特征比較指標，建立一套具有標準特征、方便實用的信號波形識別技術。

微震監測信號中蘊含著煤巖體結構的重要信息，通過對這些信號的反演可以實現對煤巖體的破壞過程的再現，還可以對傳播路徑的煤巖結構、賦存構造和應力狀態進行反演。今后，應以傳統地震勘探技術為基礎，開展對微震信號的精細處理與解釋工作，從而更好地指導工程實踐。

3.4 依托地震臺網建立區域性的微震監測臺網

目前加拿大、波蘭、南非等國依托自主研制的礦山微震監測系統，形成了全國礦山微震監測網絡系統，對礦山災害的防治起到了巨大的作用。早在“十一五”期間我國就已經建成了由國家數字地震臺網、區域數字地震臺網、火山地震臺網和流動地震臺網組成的數字地震觀測系統，我國的地震觀測已經進入了數字時代。

隨著開采深度的增加，我國已成為礦山災害最為嚴重的國家，為了更加有效的防治礦山災害，應盡快建立為礦山安全生產服務的地震監測臺網。礦山企業應以國家的各級地震臺網為依托，以礦山微震監測系統為主要工具，根據我國企業實際情況盡快建立井下與地面聯合的礦山地震監測臺網，尤其是已經進入深部開采的礦區，建立礦山地震監測臺網已經刻不容緩。

[1] 竇林名，何學秋.沖擊礦壓防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001.

[2] 姜福興，XUN Luo.微震監測技術在礦井巖層破裂檢測中的應用[J].巖土工程學報，2002，24(2)：147-149.

[3] Benndorf H.Microseismic movements[J].Bulletin of the Seismological Society of America，1911，1(3)：122-124.

[4] Obert L.The microseismic method：discovery and early history[C]//Proc.1st Conference of Acoustic Emission/Microseismic Activity in Geological Structures and Materials.Clausthal-Zellerfeld：Trans.Tech.Publications，1975：11-12.

[5] 陳颙.聲發射技術在巖石力學研究中的應用[J].地球物理學報，1977，20(4)：312-322.

[6] 李楠.微震震源定位的關鍵因素作用機制及可靠性研究[D].徐州：中國礦業大學，2014

[7] Ge M.Analysis of source location algorithms：Part I.Overview and non-iterative methods[J].Journal of Acoustic Emission，2003，21：14-28.

[8] Ge M.Analysis of source location algorithms：Part II.Iterative methods[J].Journal of Acoustic Emission，2003，21：29-51.

[9] Geiger L.Herbsetimmung bei Erdbeben aus den Ankunfzeiten[J].K.Gessell.Wiss.Goett.1910，4：331-349.

[10] 田玥，陳曉非．地震定位研究綜述[J].地球物理學進展，2002，17(1)：147-155.

[11] Lee W H K，J C Lahr.HYPO71：A computer program for determining hypocenter，magnitude，and first motion pattern of local earthquakes[J].U.S.Geol.Surv.Open-File Rept，1975:75-311.

[12] 林峰，李庶林，薛云亮，等.基于不同初值的微震源定位方法[J].巖石力學與工程學報，2010，29(5)：996-1002.

[13] 張喚蘭.微震震源定位的關鍵因素作用機制及可靠性研究[D].西安：西安科技大學，2014.

[14] 楊文東，金星，李山有，等.地震定位研究及應用綜述[J].地震工程與工程振動，2005，25(1)：14-20.

[15] 周運波.微震監測反演方法研究[D].荊州：長江大學，2012.

[16] 楊曉東.基于射線理論二維正演模型的微地震震源反演[D].東營：中國石油大學(華東)，2011.

[17] 周民都，張元生，張樹勛.遺傳算法在地震定位中的應用[J].西北地震學報，1999，21(2)：167-171．

[18] 李會義，姜福興，楊淑華.基于Matlab的巖層微地震破裂定位求解及其應用[J].煤炭學報，2006，31(2)：154-158.

[19] 李成武，劉洪影，韋善陽，等.基于 MATLAB 的礦震定位方法[J].煤礦安全，2012(7)：197-199.

[20] Nan Li，Enyuan Wang，Maochen Ge，et al.A nonlinear microseismic source location method based on Simplex method and its residual analysis[J].Arabian Journal of Geosciences，2014，7(11)：4477-4486.

[21] 李楠，王恩元，孫珍玉，等.基于L1范數統計的單純形微震震源定位方法[J].煤炭學報，2014，39(12)：2431-2438.

[22] Waldhauser F，Ellsworth W L.A double-difference earthquake location algorithm：method and application to the Northern Hayward Fault，California[J].Bulletin of the Seismological Society of America，2000，90(6)：1353-1368.

[23] 柳云龍，田有，馮晅，等.微震技術與應用研究綜述[J].地球物理學進展，2013，28(4)：1801-1808.

[24] 田玥，陳曉非．地震定位研究綜述[J].地球物理學進展，2002，17(1)：147-155.

[25] 唐禮忠，楊承祥，潘長良.大規模深井開采微震監測系統站網布置優化[J].巖石力學與工程學報，2006，25(10)：2036-2042.

[26] 鞏思園，竇林名，馬小平，等.提高煤礦微震定位精度的臺網優化布置算法[J]．巖石力學與工程學報，2012，31(1)：8-17.

[27] 高永濤，吳慶良，吳順川，等．基于D值理論的微震監測臺優化布設[J].北京科技大學學報，2013，35(12)：1358-1345.

[28] 鞏思園，竇林名，曹安業，等.煤礦微震監測臺網優化布設研究[J].地球物理學報，2010，53(2)：457-465.

[29] 王彩霞，白超英，王馨.地震震相初至自動檢測技術綜述[J]．地球物理學進展，2013，28(5)：2364-2372.

[30] Stevenson R.Microearthquakes at Flathead Lake，Montana：A study using automatic earthquake processing[J].Bull.Seism.Soc.Am.1976，66：61-79.

[31] Allen，R.Automatic earthquake recognition and timing from single trace[J].Bull.Seism.Soc.Am，1978，68：1521-1532.

[32] Allen R.Automatic phase pickers their present use and future prospects[J].Bull.Seism.Soc.Am，1982，72：225-242.

[33] McEvilly T，Majer E.ASP：A Automated Seismic Processor For Microearthquake Networks[J].Bull.Seism.Soc.Am，1982，72(1)：303-325.

[34] Baer M.Kradolfer U.An Automatic Phase Picker For Local And Teleseismic Events[J].Bull.Seism.Soc.Am，1987，77(4)：1437-1445.

[35] Earle P，Shearer P.Characterization of global seismogram using an automatic-picking algorithm[J].Bull.Seism.Soc.Am.1994，84(2)：366-376.

[36] 劉超，唐春安，薛俊華，等．煤巖體微震事件屬性識別與標定綜合分析方法[J].采礦與安全工程學報，2011，28(1)：61-65.

[37] 段建華，程建遠，尹永明，等．基于STA/LTA方法的微震波形自動識別技術[J].煤田地質與勘探，2015，43(1)：76-85.

[38] 姜福興，尹永明，朱權潔，等．單時間多通道微震波形的特征提取與聯合識別研究[J].煤炭學報，2014，39(2)：229-237.

[39] 魏路路.水力壓裂微地震事件自動識別與拾取[D].西安：長安大學，2013.

[40] Sleeman R，TOrild V E.Robust automatic P-phase picking：An on-line implementation in the analysis of broad-band seismogram recording[J].Phys Earth Planet Inter，1999，113：265-275.

[41] Boschetti F，Dentith M D，list R D.A fractal-based algorithm for detecting first arrivals on seismic trace[J].Geophysics，1996，61(4)：1095-1102.

[42] 段建華．基于STA/LTA和分形維數法的微震事件初至自動拾取方法[J].中國煤炭地質，2014，26(7)：73-77.

[43] 段建華．微地震事件不同初至拾取方法的對比分析[J].煤田地質與勘探，2013，41(3)：82-86.

[44] 滕云田，王喜珍，王小美，等.用B-樣條雙正交小波拾取P波到時[J]．地震學報，2006，28(3)：329-333.

[45] 許大為，潘一山，李國臻，等.基于小波變換的礦山微震信號濾波方法研究[J].地質災害與環境保護，2008，19(3)：74-77.

[46] 朱權潔，姜福興，尹永明，等.爆破震動與巖石破裂微震信號能量分布特征研究[J].巖石力學與工程學報，2012，31(4)：723-730.

[47] 徐宏斌，李庶林，陳際經．基于小波變換的大尺度巖體結構微震監測信號去噪方法研究[J].地震學報，2012，34 (1)：85-96.

[48] 張軍華，趙勇，趙愛國，等．用小波變換與能量比法聯合拾取初至[J].物探化探計算技術，2002，24 (4)：309-312.

[49] 曹安業，竇林名，李志華，等.高應力區微震監測信號特征分析[J].采礦與安全工程學報，2007，24(2)：146-154.

[50] 陸菜平，竇林名，吳興容，等.巖體微震監測的頻譜分析與信號識別[J].巖土工程學報，2005，27(7)：772-775.

[51] 陸菜平，竇林名，吳興容，等.煤巖沖擊前兆微震頻譜演變規律的實驗與實證研究[J].巖石力學與工程學報，2008，27(3)：519-525.

[52] 姜耀東，潘一山，姜福興，等．我國煤礦開采中的沖擊地壓機理和防治[J].煤炭學報2014，39(2)：206-213.

[53] 袁瑞甫，李化敏，李懷珍．煤柱型沖擊地壓微震信號分布特征及前兆信息判別[J].巖石力學與工程學報，2012，31(1)：723-730.

[54] 趙毅鑫，姜耀東，王濤，等．“兩硬”條件下沖擊地壓微震信號特征及前兆識別[J].煤炭學報，2012，37(12)：1960-1966.

[55] 夏永學，康立軍，齊慶新，等．基于微震監測的5個指標及其在沖擊地壓預測中的應用[J].煤炭學報，2010，35(12)：2012-2016.

[56] 竇林名，何江，鞏思園，等．采空區突水動力災害的微震監測案例研究[J].中國礦業大學學報，2012，41(1)：20-25.

[57] 姜福興，葉根喜，王存文，等．高精度微震監測技術在煤礦突水監測中的應用[J].巖石力學與工程學報，2008，27(9)：1933-1938.

[58] 汪華君，姜福興，成云海，等．覆巖導水裂隙帶高度的微地震(MS)檢測研究[J].煤炭工程，2006(3)：74-76.

The development review of mining microseismicmonitoring technology and its future outlook

CONG Sen1，CHENG Jianyuan2，WANG Yunhong2,FANG Zhe1

(1.College of Geology & Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；2.Xi’an Research Institute，China Coal Technology & Engineering Group Corp，Xi’an 710077，China)

Microseismic monitoring technology is a new geophysical monitoring technology whose theoretical research mainly is focused on the source location method and microseismic signal recognition.All kinds of linear and nonlinear localization methods are developed based on the classical Geiger method.STA/LTA，AIC，fractal dimension and wavelet transform is the main method of microseismic first-break picking method.Microseismic monitoring is widely applied in mining engineering fields，such as rock bursting and mine water inrush disaster prevention and forecast.Mine microseismic monitoring technology needs to be strengthened in the improving source location precision and data refinement processing,The mine microseismic monitoring technology further research direction was prospected from the of basic theory research, data signal processing and Instrument research.

microseismic monitoring；source location；first-break picking；rock burst；mine water inrush

2016-09-01

國家科技重大專項項目資助(編號：2011ZX05040-002)；科技部科研院所專項基金項目資助(編號：2013EG122200)；國家科技支撐計劃項目資助(編號：2012BAK04B04)

叢森(1987-)，男，內蒙古通遼人，博士研究生，主要從事微震監測技術的研究，E-mail：congsenck@163.com。

TD76

A

1004-4051(2016)12-0087-07