1、附录A 译文高效矿井微震监测作者：美国 宾夕法尼亚州立大学 戈毛成时间：2004年5月6日成稿; 2004年8月24日修订; 2005年3月7日发表。 摘 要在过去的20年中，微震技术已经从一个纯理论研究岩爆的基本手段，成为监测在具有岩爆倾向的煤矿安全的重要工具。本文探讨了高效矿井微震监测方案的重要问题。 对于这样一个项目的关键技术问题从三个方面进行了讨论：监测规划，数据处理和微震活动地点。一个有效的监测计划，将是不可能没有对煤矿管理的坚定承诺。相关的管理和排雷行动问题进行了讨论，包括监测方案整合，微震数据的有效利用，以及对煤矿安全监察和生产力方案中获益。关键词： 微震；监测；岩爆；震源位置；
2、采矿地面控制1.简介冲击地压，指爆炸的岩石和煤突然且强烈地释放出储存在巨大岩石当中或者地质结构当中的能量。他们一直威胁着煤矿安全，造成矿井口的灾难性故障，采矿作业瘫痪，采矿设备破坏，并构成一个严重威胁安全的地下工作者。1958年，在矿岩爆舍新星的斯普林希尔煤炭牺牲了75条生命。2003年，在美国的布莱克和达理，报告声称在过去60年，一共有100人死于岩爆造成的灾难。由岩爆释放的能量可以是惊人的。1995年，岩爆震级5.2的本地 M L 记录在怀俄明州苏威天然碱矿，在整个1000米 2000米控制板倒塌。美国的煤炭开采业经历了20世纪20年代以来的颠簸，与震级高达4.5（ 布莱克和达理，2003
3、年 ）。广泛用于岩爆技术的学习活动的是微震监测技术。该技术由物质产生的研究破坏或者阻断过程中的信号。该微震实时监测技术能力，事件源位置，震级和震源机制而言，使之成为研究地震活动与煤矿有关的地面控制问题的理想工具。这些岩石现象强调发射微观层面的声音最初由两位美国矿务局（USBM）的研究人员，奥伯特和杜瓦尔，在进行了矿（深处坚硬岩石的声波研究，奥伯特， 1975年 ）后发现于20世纪30年代末期。 在60年代初，南非研究人员开始利用这一现象，研究岩爆问题（与深金矿 库克，1963年 ）。 这种早期的研究令人信服地证明中央监控单元的可行性矿山微震的岩爆的位置，由微技术。在60年代中期的，一个主要的U
4、SBM开始研究方案，以使微震监测技术成服务于采矿的安全有效的工具。 此方案发展而来的硬件和软件，为研究和现场试验的进行了在此期间奠定了技术（该基金会的微震的工业用 和布莱克顿，1970年和礼顿和杜瓦尔，1972 ）。20世纪80年代中期到90年代初，加拿大采矿中发生严重的自然岩爆问题。 超过20个岩爆倾向的煤矿为了日常监测从而安装微系统。 从20世纪90年代到80年代后期，在加拿大联邦政府资助的加拿大，安大略省政府和大型采矿公司进行了大规模冲击地压研究。这一研究很大程度上改变了微震技术在加拿大采矿工业中的角色，它不再单单是一种研究的工具，还是意味着采矿安全和环境控制的基本的检测工具。本文探讨了
5、高效矿井微震监测方案的重要问题。 讨论从三个方面进行：监测规划，数据处理和微震活动地点。 虽然本文的重点是技术问题，重要的是要注意，没有一个从矿山管理公司的承诺，一个有效的监测计划将是不可能实现的。 2.监测系统的规划和优化仔细规划是建立一个有效的监测方案的基础，对系统的长期业绩产生深远的影响。在这个阶段有三个重要问题需要解决：工程评估监测目标和监测情况;监测系统的大小测定（通道数），以及传感器阵列布局优化。此外，矿山环境要求苛刻严格的维修程序，因为监测系统迅速降解。2.1工程评估和监测监控客观条件在规划阶段的首要任务是对包括目标区，监测精度，以及相关的监测情况在内的监测目标，进行全面的评估。
6、由于挖掘是一个动态的过程，这一评估应兼顾短期和长期监测的需要。为了实现这一目标，应进行全面的分析基础上，与开采条件，如采矿方法，矿山布局，地面控制实践，矿山开发经营，地质材料和结构，冲击地压危险的潜在关系，并强调矿址条件。 由于这项工程评估结果，监测系统的大小来确定。 这种分析在传感器安装位置的选择上提供有用信息应也可行。2.2使用大通道系统所需要的通道数取决于几个因素。 其中最重要的是该区域面积覆盖、位置精度要求、信号水平预期、岩层。可据类似条件的矿井参考来作出初步估计。使用一个比较大通道系统是良好的做法是。为什么一个大通道体系是日常监测方案的关键？这个问题的一个简单回答是微震系统的效率，首
7、先由其足够的信号捕捉能力衡量。如果系统检测有困难的预期信号，系统的价值下降。这是一个主要问题微震技术面临前的大通道系统。对大通道的信号检测系统的效率是由于两种机制。首先，大声道音响系统，有效地缩短我们之间的潜在来源和传感器的距离。如果我们考虑一个事实，一个微震活动能量迅速衰减，因为衰减和扩散效应的几何距离，缩短了信号的旅行距离是唯一的解决办法。第二，微震信号的排放量一般都在挂钩方向的信号强度显着的变化方向。唯一的解决这个问题是有足够的传感器周围的潜在来源。2.3传感器阵列的设计和优化传感器阵列结构是指传感器配置所要的位置用于事件。从技术角度来看，它可能是影响监测的准确性和可靠性最重要的因素。该
8、阵列结构的根本重要性归因于传感器系统就确定位置的稳定来源，或者换句话说，它决定了结果影响初始误差对位置。一个好的阵列有效将初始误差对位置结果的影响降到最低。相对定位精度阵列与一个三传感器进行演示，双曲三角场与一个传感器阵列，其中通告表示传感器位置。中心定位精度最好，并随阵列迅速减小。最糟糕的地区是传感器的背后。因为输入数据错误是不可避免的（如到达时间，速度和传感器坐标），源定位的精度在很大程度上取决于对减少影响这些初始误差的效率。良好的阵列结构对于可靠和准确的源位置来说至关重要。传感阵列特别重要的是他的长期限对日常控制程序的影响，获得矿井位置控制的精确性很大程度上取决于阵列的使用，因此，传感阵
9、列的设计是计划阶段的核心任务。2.3.1长期和短期的监控需求地下监测系统的安装是一个非常耗时和昂贵的操作。无论是当前还是长期监测的需要，为了尽量减少将在稍后进行的更改，必须彻底评估。2.3.2现场调查在规划阶段，对潜在的传感器所在位置的物理条件进行评估。 除了他们的可达性，该大开口或重大的不连续性网站不应该被屏蔽。在安装现场岩应能胜任和良好的耦合效应可以实现的。2.3.3总体规划采矿业是一个动态的过程。生产和开发活动往往发生在几个不同的位置。 为了设计一个数组，它的有效不只是为整个矿井，但也为那些特俗的领域，你必须了解这些基本阵列的影响。以下是总体规划的几个基本规则。监察卷应包括三个维度与内外
10、放置的监测量传感器。周围的传感器应在一段距离外的目标区，因为那里往往存在于周围的传感器附近的不稳定区。这是穷人的做法是内卷的所有传感器的监测。数组应该是平衡的。与拥挤的传感器的位置将超过加权，阵列的不平衡造成的。二维数组应该避免。这种数组类型提供了非常差在其垂直方向的准确性。特别设计的传感器对可能在某些方向增援，在特定地点的覆盖面（戈，1988）。2.3.4模拟分析总体规划后制成，其作用可能是通过仿真进一步研究分析。这项研究的重点应该是定位的准确性，而不是个人数字模式。该阵列可被罚款作为本研究的结果调整。2.3.5标定方法的研究阵列校准到位后应定期研究，他们将提供有关的最可靠的监测精度信息，以
11、及作为影响的传感器阵列，岩爆数据都可以做为宗旨。2.4系统维护实践经验表明，保持其最佳的性能水平在矿井监控系统的定期维护是最关键的因素之一。 矿山微震监测为代表的极恶劣的环境。 传感器和导线可以很容易因采矿活动和落石。水和过多的水分可能会导致传感器故障的问题。地面裂缝可能会显着降低传感器信号强度。从采矿，运输，通风地方骚乱可能造成高背景噪声。这些问题的任何可能会严重影响监测系统的性能。3.微震数据处理在一个矿址记录微震数据可能会非常复杂。这通常是由于过度的背景噪音在矿址主办。微震信号往往是部分甚至完全淹没了噪音，使其难以识别输入信号的实际到达时间。“清洁”的信号也可以很复杂。有些并发症是由于其
12、他活动与正在审议的事件无关。此外，这些信号的很大一部分原因可能是我们通常会假设S波抵达代替P波的到来。如果这些信号没有歧视时，它会导致数据库的重大污染。加拿大的日常监测的经验表明，处理微震数据由有效的监控的能力来定。这部分中，我们将讨论微震数据处理程序的两个重要方面：噪音过滤和抵达物类型的鉴定。3.1频率分析和过滤数据数据处理的首要任务是过滤背景噪音。这需要有关两个信号和噪声的频率分布的详细研究。如果信号的主要频率范围是不同的噪音，我们可以单独使用所需的过滤器设置从背景噪声信号。 面是由作者从一个微震监测系统的效率受到严重影响的石灰石矿，最新研究背景噪音的例子。一份详细的研究进行了测试案例的特
13、点微震信号和噪音，并具有代表性的波形，包括手动检查从数据库的所有波形，频率分析。三种典型的噪声类型被确定，其中高频噪音（“200赫兹）由于各种采矿活动现场，低噪声频率和循环”（10赫兹）的活动所造成的距离机械，并在60赫兹的电活动噪声。3.2确定到达者的身体状况除了噪音消除，数据处理中的另一个重要任务是到达种类鉴定。 初至由一个传感器检测到的不一定是由于P波，因为它一直是最微震研究假设。 这是一个非常复杂的现象。除了P波，先来者可能是由于S波，甚至是其他值。出类拔萃的是那些来者是不是由于物理源引发的车站活动期间大部分时间窗口。如此能够找出这些依赖于两个事实。首先，它会引入错误到我们的数据库，这
14、些重大的系统性的混合和假设为P波到达。 其次，S波和孤立点引发的例子并不罕见或孤立的事件。数据分析的实际日常监测记录的信号表明，很大一部分可能是由于这些传播（ 葛和，1990 ）。一个抵达型分布为434位触发地雷的数据库事件序列功能作为选秀权。 S波传播占总数的41，其他的约10。如果假设P波到达用来服务于S波传播，事件位置输入数据将受到严重污染。事实上，这是对于许多日常监控系统在初期表现不佳负责唯一最重要的问题。这种技术意味着提供了一个独特的类型识别的到来，并已通过了许多地雷，监测的准确性和效率大幅提高。 4.标准的源代码位置的选择每天我的微震系统的基本功能是划定岩爆的地点和相关的微震活动。
15、 它的效率在很大程度上是衡量准确性和可靠性的活动场所。在这方面，选择一个合适的源位置代码是一种有效的监测方案的关键。源位置是一个非常广泛的主题。有许多不同的方式和方法。这里的讨论仅限于为了煤矿的日常监控如何选择一个合适的方法。欲了解更多信息，读者可参考笔者的两个最近的文章（ 戈，2003年和 威廉，2003年），该传感器的方法提供了详细的讨论使用的方法各主要地震，微震监测，并声发射，其中包括三轴传感器交涉。当选择一个矿山微震监测代码时，特别要注意以下四个方面：搜索算法的收敛特性，能力使用P -和S波到达的同时，优化方法（s）和事件所在地的可靠性分析。4.1搜索算法的收敛特征在选择源定位方法的主要考虑因素之一是搜索算法的收敛特征。 这里的收敛特性指的是解决方案进行了反复搜索的过程的稳定性。 如果有一个糟糕的搜索算法收敛特性，它通常容易导致分歧的问题。目前，有三个典型的算法用于矿山微震监测：在USBM法，Geiger的方法和单纯形法。该USBM方法是一种广泛使用地雷面向源位置的方法，研究人员开发的矿山，美国在20世纪70年代局（早期 顿和布雷克，1970年 和 礼顿和杜瓦尔，1972年 ）。该方法简单，易于使用，而且，由于
