微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望

微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、矿震活动性规律、冲击地压微震监测预警等方面取得了一系列研究成果;在煤与瓦斯突出、突水、煤岩水力压裂、井下救援的微震监测方面进行了初步研究和探索,并取得了一些有益研究结果。然而煤矿微震监测仍然有很多问题需要进行系统深入研究,主要包含如下:煤岩不同破坏类型,特别是流体作用或参与下的微震波形信号特征;高精度的微震信号自动识别和到时自动拾取;基于微震监测的被动成像理论与技术;煤岩动力灾害前兆信息智能感知和多元信息融合监控预警体系;煤岩水力压裂裂缝微震监测与定位成像技术等。同时还应加快发展和完善具有自主知识产权的高性能、高精度、高可靠性的微震监测系统。

基于到时差值的微震波异常信号识别方法

延迟信号和外部异常信号严重影响微震震源定位精度,为了对它们进行有效识别,基于震源定位理论和微震台网几何特性,建立震源定位的双曲线和双曲面控制方程,揭示到时不同震源定位方法所确定的震源轨迹是一系列二维平面中的双曲线或三维空间中的双曲面,且双曲线或双曲面的形状和位置与到时差值密切相关。论证传感器观测到时之间存在P波到时差值理论极限和延迟信号到时差值理论极限,根据到时差值、微震台网布设和监测空间几何特征,构建2种理论极限的求解模型,建立到时差值分析表,提出根据观测到时差值和2种到时差值理论极限内在关系识别延迟信号和外部异常信号的全新方法。现场爆破实验表明:基于到时差值的微震波异常信号识别方法能够对延迟信号和外部异常信号进行有效识别,在剔除2种异常信号后的震源定位精度得到极大提高,实现对震源的高精度定位,满足现场微震监测需求。