冲击地压微震监测预警系统的应用研究

胥鹏　李宗保　苏龙

摘 要：介绍了冲击矿压的基本原理、微震监测技术的原理，并且阐述了微震监测系统的架构以及功能性设计。

关键词：冲击矿压微震 监测技术 预警系统

中图分类号：TD324.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0031-01

随着中国经济形势的变化和煤炭资源的日益深入开采，造成了煤岩动力灾害不断加重。针对于煤岩动力灾害，目前国内主要采用钻屑法、采动应力场的监控方法，车顶动态监测方法进行监测预警，但是以上手段在实际使用中都存在着监测范围小、精度低等劣势。于是，矿上冲击矿压的微震监测技术的优越性就得到了很好地体现。

1 冲击地压预警技术的发展

冲击地压，又称岩爆，是指井巷或周围的岩石表面，能量瞬间释放产生的动力现象突然严重破坏突然剧烈破坏的动力现象。

实现冲击地压防治预测的首先是得益于微震）监测技术的出现。在国外，它已使矿山微破裂发展的监测从“难以实现的奢望”转变为采矿过程的一个有机组成部分，成为矿山开采诱发动力灾害监测的主要技术手段。实现矿山动力灾害预测的可能性的另一个重要因素则是矿山整体结构应力场分析的大规模科学计算技术的发展。大规模数值计算技术在国民经济建设中的作用，已普遍地为人们所共识。

2 微震监测基本原理

微震监测的基本原理是：岩体在变形破坏的整个过程中会伴随着裂纹的产生，扩展，能量积聚，以应力波的形式释放能量，从而产生微震事件。微震和声波到达预先埋设多个实时微震数据采集??的地震检波器。由于源和检测器之间的距离不同，则检测器的振动波的传播时间是不同的。根据不同的时间差检测器，使用“复杂的定位技术”进行震源定位计算，得到微震发生的位置。

3 基于ARAMISM_E微震监测系统的冲击地压监测技术

ARAMISM_E微震监测系统的主要功能是对整个矿井的实时监控，微震事件自动记录，并微震源位置和能量计算的范围内发生的微震事件，分析主要危险区微震事件的日常规律，动态评估有关的区域影响危险性类别，指导煤矿冲击地压防治工作；摆脱危险的测试和优化相关技术参数，提高防碰撞系统和控制效率的影响。

系统自带的软件区别于其他同类产品不同的功能，是可以监测每个区域的风险，容易掌握的矿难动态范围压缩趋势的影响，进行实时评估影响的结果，一个地区一旦发现异常情况，可以采取更有针对性的解危措施，以防止意外或减少提供了宝贵的时间事故风险水平，大大提高矿山岩爆防治的效率。

ARAMISM_E微震监测系统是实时监控的最基本的功能，记录的微震事件，并计算其坐标计算和能量。在得到上述的基础上，结合实际需要，地质条件，开采技术等因素的因素，从不同角度对监测数据！采取不同的分析方法和手段，进一步做深入的分析，并在可能的冲击地压灾害的研究做出评价，指导现场岩爆防治。

4 微震监测系统架构设计

微震监测系统主要由检波测量探头、EMR分站、和地面上位机等组成，系统采用带嵌入式信号传输模块的震动速度型矿震监测拾震器，独立的干线式数据传输系统，进行双向控制传输。可实现拾震器工作状态的远程监控和调试。

EMR分站信号采集部分主要包含天线、前置放大电路和A/D转换电路，前置放大器输出的信号经电平调整后进入A/D转换电路，电磁辐射信号由微弱的模拟信号转换成离散数字信号，这样便于电磁辐射数据的存储与处理。通信部分采用现场总线方式，支持RS232、RS485、CAN和以太网等4种通信协议。分站通过调整通信协议，可以作为安全监测监控系统中的一个分站或者传感器，藉此矿上安全监测监控系统能够获得井下电磁辐射统计数据。需要说明的是，现有安全监测监控系统由于挂接的分站和传感器数目较多且一般通信速率较低，如中国煤炭科工集团常州自动化研究院研制生产的KJ95N型煤矿综合监控系统，最多支持128个分站，通信速率1200bps，所以电磁辐射实时波形数据一般情况下无法通过监测监控系统的网络传输，但可以通过该系统传输电磁辐射的统计数据，如，单位时间内的脉冲数、电磁辐射强度等。深入研究与分析冲击地压演化过程中电磁辐射信号的变化规律又要求获取电磁辐射波形数据，因此结合实际情况，系统研制中，增加了便于更换且支持热插拔的大容量存储电路，用于保存电磁辐射信号的波形数据。显示部分采用字符型液晶模块，可以显示系统参数、实时监测数据等。在移动式监测应用中，需要对系统参数进行现场调整，人机交互通过薄膜按键和液晶显示电路实现，能够修改或设定系统的采样频率、监测通道、系统时间、触发门限等。在线监测中，可以通过上位机发送相应指令来获取或修改这些参数。

5 微震监测系统的功能设计

（1）岩体震动信号采集、记录和分析。

（2）多组波形处理，矿震三维定位和能量计算。

（3）微分、滤波和频谱分析等，记录信号报警功能。

（4）采用网络时间同步技术PTP，可以使时钟同步精度达到亚微秒。

（5）采用光纤作为以太网的通信介质，每个实时数据采集子站，动态收集和缓存数据。

（6）使用IP技术的构成局域网，提高系统规模扩充性。

6 结论

根据目前冲击地压的发生机理，介绍微震监测基本原理基于ARAMISM_E微震监测系统的冲击地压监测技术，设计了微震监测系统的架构以及其功能，实现对矿井微震的实时网络监控，实时分析和及时的信息，为煤矿安全生产，国家防灾提供更加科学的技术支持，为全国冲击地压灾害分析防治工作发挥重要作用。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家统计局.中华人民共和国2010年国民经济和社会发展统计公报[R].2011.

[2] 孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报，2011（1）：167-171.

[3] 王恩元，何学秋，李忠辉，等.煤岩电磁辐射技术及其应用[M].北京：科学出版社，2009.

[4] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.关于辽宁省阜新矿业（集团）有限责任公司孙家湾煤矿海州立井“2.14”特别重大瓦斯爆炸事故调查处理情况的通报[EB/OL].http：//www.chinasafety.gov.cn/zhengwuxinxi/2005-05/17/content_97945.htm，2005.

[5] 潘一山，李忠华，章梦涛.我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22（11）：1844-1851.