毕业论文：《微震定位系统》.docVIP

绪论 1.1课题选题背景 矿业是我国国民经济的基础产业，提供了 93% 的能源、 80% 的工业原料、 70% 的农业生产资料。随着国民经济的高速发展，对矿产资源需求量的日益增加，复杂难采和深部开采诱发的安全问题日益突出。顶板冒落、岩移岩爆和滑坡等重大工程地质灾害和事故隐患严重，严重制约着矿产资源合理的开发与利用，矿山安全已成为我国安全生产领域急需解决的重点和难点。 在采矿及地下岩土工程生产实践中人们发现高应力水平下矿、岩的破坏( 如岩爆、 隐伏断层激活等)过程中，其内部积聚的势能会以地震波的形式释放并传播， 同时对应有微震事件的发生[2]。微震是矿岩破坏过程的伴生现象，其中包含了大量的有关围岩受力破坏以及地质缺陷活化过程的有用信息，故通过对微震信号的采集、处理、分析和研究，可推断矿岩内部的性态变化，预测岩土结构是否在生破坏，反演其破坏机理[3]。通过在地下岩土工程中布置传感器阵列，可实现微震数据的自动采集，传输和处理，并利用定位原理确定破坏发生的位置， 且在三维空间上显示来[4]。 因此，微震监测技术具有远距离、动态、三维、实时监测的特点，可以根据震源情况进一步分析推断矿岩的破坏尺度和性质，这为研究覆岩空间破裂形态和地震的预测提供了新的手段[7]。 近年来，由于缺乏对采场覆岩结构运动规律的有效监测，导致我国矿山事故频繁。由高应力问题导致的矿山安全事故单靠传统的岩石力学手段已经远远不能满足现实需要，所以如何以微震监测为基础，结合其它必威体育精装版科技成果，通过定量监测预测对矿山灾害进行充分的认识和理解，达到防灾减灾目的，是一个重要的研究趋势，同时对促进矿山安全管理的科学化、现代化具有重大的现实意义[8]。 微震监测技术为矿山地压等地质灾害的预报提供了重要的技术手段。由于固体物质在外界条件 (机械载荷、 温度变化等 )作用下，其内部将产生局部应力集中区 ,当这种高能状态向低能状态过渡时，应变能将以弹性波的方式快速释放，即声发射现像。而那些频率在10 Hz到 300 Hz之间的声发射现象 ,被称作微地震简称微震[8]。 1.2 国内外的研究现状及发展趋势 微震监测技术就是以声探测学和地震学为基础,通过观测分析生产活动中产生的微小震动事件来监测生产活动的影响效果及地下状态的地球物理技术[1]。微地震监测技术的一个主要任务是确定震源的位置，也就是微震定位。微震定位技术的实现与进一步发展对我国的安全事业具有非常重要的意义。随着微地震技术的迅速发展 ,越来越多的人在不断地进行创新和改进微震定位的算法及其实现技术。如今微震定位技术已经被广泛应用到各个领域 中,在煤矿生产中 ,它可用于确定煤层开采后顶板的垮落高度、导水断裂带高度和监测冲击地压等矿井灾害[3]。 70年代初，国内开始了以耳机接收或录信号机记录岩石声探测频率的便携式地信号仪的研究及现场应用[4]。最近十年，由于电子技术及计算机技术的发展，国外研究出了三分量探头及高性能的声探测数据处理系统，国内相关研究院也相继研发了DYF-1，DYF-2型便携式只能地信号分析仪及SDL-1，SDL-12型多通道声探测监测系统。近两年来，数据处理技术的迅速发展，尤其是波形识别理论的形成，标志着声探测技术的水平进入了一个全新的时代，越来越收到人们的重视。国际间有关声探测研究的学术交流活动也愈加频繁。微震监测系统被认为是岩体工程最有效的监测方法之一[4]。 1.3微震定位系统结构 微震定位系统总体上由3部分组成，即地表监测站、数据交换中心、 传感器排列。 如传感器排列依次安装在优化过的位置下，传感器探头与数据交换中心之间用电缆连接。数据交换中心与地表监测站之间以光缆连接。安装调试完成后，探头接收的微震震模拟信号经前置放大后由电缆传输到数据交换中心，模拟信号在交换中心通过A／D转换变为数字信号， 数字信号再由光缆传输至地表监测站内的微震数据采集仪中，然后由与微震数据仪相连接的计算机进行实时监测显示，并进行各种结果分析与预测。其系统结构如图1所示： 地表监测站数据交换系统 地表监测站 数据交换系统 传感器1 传感器2 传感器3 传感器4 光缆 电缆 图1.1 微震定位系统结构图 由图1可知声探测传感器是定位系统中数据采集的关键，是影响系统整体性能的重要性因素，它将物理现象转换成的电信号与数据采集系统所需要的电信号之间的关系很大程度上决定了最后结果的误差。声探测传感器采用不合理，或许使得接受到的信号和希望接受到的声探测信号有较大差别，直接影响采集到的数据真实度和数据处理结果。声探测传感器是利用某些物质（如半导体、陶瓷、压电晶体、强磁性体和超导体等）的物理特性随着外界待测量作用而发生变化的原理制成的[1]。它利用了诸多的效应（包括物理效应、化学效应和生物效应