矿山安全，微震护航：《矿山微震信号处理技术与应用》

我国是世界上受冲击地压等动力灾害威胁最为严重的国家。以瓦斯突出、冲击地压为典型的矿山动力灾害是阻碍采矿业健康发展的主要灾害之一。 调研发现，由于开采深度、强度以及煤层赋存条件的变化，以冲击地压为代表的矿井灾害呈现增加趋势，其特点表现为由简单向复杂过渡，预警、治理难度将逐步加大。可以预见，这类难题未来将严重制约我国矿山企业的安全、高效生产。因此，如何在“防”“控”之前实现对灾害的有效辨识和准确预警至关重要。

△矿山领域的微震监测技术发展标志事件

目前，冲击地压灾害防治区域由侧重局部防治向联合区域防治发展，防治手段也逐步由被动防治向主动预防过渡，防治方法呈现时空特性。作为矿山灾害防治的依据和基础——矿山灾害的监测与检测意义重大，该项工作贯穿于采矿活动的前期（探测）、中期（监测）以及后期（评估）整个过程：一方面，利用监测技术可以获得煤岩的内部形态结构，揭示采动条件下煤岩内部的微观结构演化规律，这有利于揭示冲击地压的发生机制；另一方面，通过对比分析外部因素的影响，进一步揭示和挖掘煤岩破坏失稳的前兆特征规律；此外，通过确立煤岩内部损伤区域的空间位置及范围，为提高灾害的准确预警、确立合理防治措施和方案、保证矿山安全生产提供理论和实践依据。微震监测技术是矿山安全领域的重要技术手段之一，该技术通过获取煤岩破裂过程产生的震动信息，研究煤岩内部应力分布、煤岩活动规律等，实现对冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害的监测、监控。因此，研究并掌握矿山微震数据的分析处理方法，揭示煤岩内部应力分布规律、获取煤岩活动特征等，是实现煤岩动力灾害精准防控的重要基础。

微震监测能够有效监测预警动力灾害，但微震监测中有效波形的自动识别与精确定位仍是国际性的难题。其原因有二：一是微震波形的自动识别涉及复杂的分析技术；二是矿山生产环境复杂，干扰因素多，波形识别难度大。在矿山现场，由于没有有效的微震事件自动识别手段和方法，微震监测系统无法自动识别记录有效事件，技术人员依靠人工处理方式，每天面临大量亟待分析处理的微震数据，效率较低，且常出现误处理、漏处理及处理不及时等情况。针对这一难题，国内外专家开展了大量工作，提出了众多解决方案和手段，并取得了大量研究成果，但从工程应用角度仍存在诸多问题尚待突破，如矿山微震波形识别等。传统的解决方法只解译了微震信号中的部分特征信息，并以此作为识别微震信号的判据，并没有建立可靠的矿山微震波形自动识别体系。这种单一的特征信息难以描述复杂的微震波形变化，其精确程度仅仅停留在识别典型微震事件上，对于矿山微震这种随机的、复杂的信号，其识别精度和效率离现场需求还有一定距离。

在此背景下，本书从矿山微震波形基础理论研究出发，系统论述了矿山微震信号处理理论和方法，介绍了微震信号处理技术在实际工程中的应用情况及最新进展。全书内容以“微震数据处理”为主线，分别从信号产生机制、去噪预处理、特征挖掘与表征、波形分类识别、震源反演计算等角度进行叙述。

微震监测技术应用领域

微震技术在采矿、石油、边坡、隧道等领域的成功应用及其多属性特征，使其得到了越来越多煤矿领域研究人员的关注和重视，并逐步发展成为当前深部矿井冲击地压防治、高瓦斯矿井防突等难题的重要技术手段。

矿山微震监测技术作为一种重要的岩体动力学监测手段，能够实时监测地下矿井中的微震信号，为矿山安全提供有效保障。微震技术通过检测矿山开采过程中岩体的微小震动，能够及时发现岩体内部的破裂、滑移、冲击地压等现象，预测矿山灾害的发生，从而为矿山灾害的预防和治理提供依据。与传统的监测方法相比，微震技术具有更高的空间分辨率和灵敏度，能够在矿山深部和复杂环境中实现高效的监测。

该技术的应用不仅能够实时监控矿山开采过程中的岩体变形和灾害演化，还能提供准确的动力学信息。近年来微震监测技术已成为矿山安全监测的主要技术手段之一。在矿山领域，微震技术被应用于矿山安全监测、风险评估、预防控制以及开采工艺设计与优化等方面；此外，在工作面超前探测、矿山防盗采、露天矿边坡稳定性监测、突水灾害监测预警等方面也呈现良好成效。

研究内容及研究方法

本书针对微震监测中有效波形的自动识别与精确定位难题，从实验室试验、理论研究、数据分析、模型构建及现场验证等角度，对矿山微震波形的自动识别与定位进行初步尝试。在分析微震信号诱发机制与传播规律的基础上，提出矿山微震信号分析与预处理方法，为后文自动识别模型的建立提供基础。结合典型矿山微震信号属性，提取相应的属性作为特征量，通过现场数据的研究，确立不同特征属性的定量表达方法与模型，并建立相应的特征向量指标。通过构建分类器，对矿山微震信号进行自动识别。

在上述研究基础上，提出一种新的用于小范围工作面微震监测的定位算法，解决微震波初始到时自动拾取问题。最后，结合工程现场，对上述方法进行验证和有效应用。主要研究内容包括以下几个部分：

①矿山微震信号的诱发机制与传播规律

②矿山微震信号分析与预处理

③矿山微震信号的特征提取与定量表达

④矿山微震波形自动识别模型构建

⑤矿山微震信号到时拾取与优化定位研究

⑥矿山微震数据资料处理与应用研究

本文摘编自《矿山微震信号处理技术与应用》一书，有删减，图片来源于该书，标题为编者所加。

《矿山微震信号处理技术与应用》

ISBN 978-7-03-078717-0
朱权洁 姜福兴 朱斯陶 等 著

责任编辑：周 丹 李佳琴 曾佳佳

以冲击地压、 煤与瓦斯突出为代表的煤岩动力灾害严重威胁着矿山企业的安全高效生产， 微震监测技术作为矿山安全监测的重要技术手段被广泛应用。本书从微震信号分析基础理论出发，对矿山微震信号的处理技术与应用进行了系统研究和总结， 内容涵盖矿山微震信号诱发机制与传播规律，微震信号预处理与去噪分析、特征提取与定量表达，微震信号自动识别、到时拾取、震源优化定位等。
本书适合从事矿山微震监测技术研究的科研、 技术和工程人员学习使用，也可作为高等院校采矿工程、安全工程等专业研究生及相关人员的参考书。

（本文编辑：洪弘）

地球为你而转！

欢迎关注：赛杰奥（sci_geo）

科学出版社地球科学订阅号