系统介绍

      微震监测技术是利用岩体受力变形和破坏后本身发射出地震波来进行监测工程岩体稳定性的技术方法。微震定位监测技术就是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震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。其中传感器是微震监测系统的关键器件，与岩体直接接触，用于感知岩体内发生变化的信息。选择适当的测点位置来安装传感器，使传感器能良好接收监测发生在岩体内的微震，传感器是实现对微震信号的采集，并将采集到的微震信号转化为电信号的装置。微震监测系统的硬件部件由微震检波器、微震数据采集基站、设备供电系统、数据传输系统部分组成。微震检波器负责采集高质量波形信号，微震数据采集仪将高质量的波形信号通过A/D转换为数据信号，供电系统保证整个系统的用电，系统的数据由数据传输系统负责传输。

电法监测系统以网络并行采集技术为基础，通过对地电场的监测可以直观地得到介质的富水状况、渗流速度、渗流饱和状态等的变化情况。水的渗流造成了地电场异常，通过地电场异常，必然反映地下水的渗流过程，从而达到对于底板水害的预警。该系统集成了远程通讯、智能控制等技术，形成高效、可靠的动态监测系统，通过上位PC上的软件发送指令可以智能控制井下电法仪器，实现电法数据远程控制，并能实时对所获取的电压、电流数据进行成图。

微震与电法远程监测系统由井下采集系统和井上控制系统两部分组成。井下采集系统由电法仪主机、电法基站、微震基站、电极、检波器、多路本安电源、电话接口等组成井下电法采集系统，井下可以布置多个采集分站。

地面系统控制系统由计算机及控制软件、调制解调器组成，地面控制系统与多个井下采集分站通过矿用网络发送指令和传送数据。仪器有内置时钟，可以实现定时开机和关机，如果在采集数据时断电，能够智能检测系统供电情况，供电正常仪器自动启动并继续完成断电前的工作，适应井下因瓦斯超限或其它原因断电的情况。

微震与电法远程监测系统可实现微震和电法数据实时采集。对监测区域内的岩体破裂及水的渗流情况进行综合实时监测预警。

    微震与电法监测系统示意图  

硬件系统

微震监测系统由微震传感器、微震数据采集分站、设备供电系统、数据传输系统组成。电法监测系统由电极、采集主机、采集基站、设备供电系统、数据传输系统组成。

整个硬件系统主要仪器设备为YZD12-C矿用本安型微震电法并行监测仪，是基于“分布式并行智能电极电位差信号采集方法” 和“一种基于矿井物联网技术的物探仪器远程控制系统及其控制方法”等9项发明研制而成，符合《煤矿并行电法数据采集方法》等多项行业标准。该设备适用于《煤矿防治水细则》第九条中得微震与电法耦合监测系统。微震采集模块利用地震学、声学和地球物理学原理和计算机强大的计算功能来实现微震事件的精确定位和级别大小的确定；电法模块使用全电场观测技术同步采集所有测点的自然电场、一次电场电位和二次电场电位数据，极大提高了电法数据采集效率和采集精度。仪器为安徽省首套一体化装备，可广泛应用于矿井构造、陷落柱、水害探测和微震、微震与电法耦合等科学有效的监测及建立突水监测预警系统。 

 YZD12-C矿用微震电法并行监测仪

  YZD12-C矿用微震电法并行监测仪井下安装实施

主要功能

1.回采工作面顶、底板富水性探测；

2.回采工作面采空区富水性探测；

3.回采工作面面内陷落柱等含水构造探测；

4.巷道底板电测深、电剖面探测；

5.掘进工作面巷道超前探测；

6.回采工作面“上三带”及“下三带”观测；

7.水害预警监测；

8.回采工作面构造、煤厚变化及应力集中区等探测；

9.掘进巷道迎头前方地质构造发育特征探测；

10.微震、微震与电法耦合等监测。

主要特点

1.分布式采集基站可扩展，数量、空间分布灵活多变；

2.可实现地面及井下多种地电场二维或三维电法勘探，包括电阻率法勘探、自然电位法勘探、充电法勘探、激电法勘探（时间域和频率域）等；可多分量数据采集，实现多波地震勘探；

3.可以实时显示电流、电压信号的波形等；

4.采用激励、接收分离的双模式电极；

5.一体化主机内置ARM、网络通讯、内部电源和外接本安电源等功能模块组成，可以连接矿井物联网；

6.一体化主机连接n个采集基站，构成16n路激发和16n路接收的网络并行地电场勘探、监测系统，或者构成16n路震波勘探系统，用户可根据需求任意选择仪器道数；

7.具有一键成图模式，操作更加简化智能；

8.采集基站内置大容量存储，支持历史数据查看。；

9.软件功能完备，配置兼具数据采集与处理的专业系统软件，且国内同行业内具有性，可实现数据的采集、显示、管理、对比、处理成像及判别分析；

10.智能化Android系统平台、高清彩色触摸屏及机械辅助按键，人机交互便捷。

软件系统

    微震监测系统 

 软件登录界面

将监测区域三维模型导入，与微震事件时空分布相结合，形成三维立体可视化模型，便于直观分析微震事件时空分布规律。

系统会展示实时波形、设备对应的拓扑图、数字采集仪及传感器的信息以及设备管理，参数配置的相关信息，监测到的数据实时写入数据库。微地震实时监控软件采集到数据后，用户可以用微地震数据处理软件和微地震三维可视化软件分别处理和展示采集到的实时微地震数据。智能化、人工精细快速处理微震数据，通过对微震数据的进行滤波，并进行波形变换，拾取其P、S波初至，然后定位计算得到微震事件的定位信息和震源信息。

微震软件界面

电法监测系统

在线监测系统装于电脑端，用户需通过用户名及密码登录系统，并进行设备管理和远程控制，包括查看基本信息、设备状态及当前工作参数，并进行远程置参，如起始及结束通道号、发射电压、供电时间、数据类型、自电采样间隔、采样间隔、供电装置等。并实现数据的回传与查看处理。实时数据显示如图3-11所示。

系统登录及新建项目界面

实时数据采集显示界面

处理结果显示界面

监测系统布置

微震与电法耦合远程监测系统在煤矿中的具体实施，可按照巷道及工作面的掘进施工范围进行布置，为了进一步应用该微震与电法耦合远程监测系统，一般在巷道掘进前，根据巷道的位置，靠近面内位置布置监测钻孔，并进一步安装监测大线及设备，为了减少系统搬站的问题，可适当增加监测孔长度，如设置电极及传感器间距5m，各64道，则监测巷道长度为315m，可保证巷道在该长度范围内掘进过程中的实时监测。

在巷道掘进过程中进行实时水害预警及实时监测，通过监测分析电阻率信号和地震信号分析坑道周围的裂缝、震动、冲击波、渗透率导水性等参数，利用掘进机作为震源，可进行巷道地震超前探测，在监测水害的同时实现构造超前探测，为巷道安全掘进保驾护航；当巷道掘进到一个监测区段的长度后，继续向未掘进的巷道迎头前方施工第二个监测孔，进行下一站实时监测；在工作面巷道及切眼形成后，利用以上围面布置的监测孔，可进行主动源电法对穿探测、微震定位探测、槽波探测等物探探测，对工作面内的水害及构造进行初步的分析定位；在工作面回采过程中，仍可利用这些监测孔继续进行监测工作，实时监测工作面回采过程中的水害，监测顶底板岩体破坏程度，划分裂隙带范围等

探测监测系统布置平面示意图及断面图

钻孔设计平面布置示意图如下图所示，钻孔设计空间布置示意图如下图所示。

由于水的渗流造成电阻率明显降低，供电电流明显升高，自然电场、一次场电位远高于未充水介质中的电位，且电位极值位置也指示渗流的到达位置，即随着渗流时间的推移，电极电位和供电电流为上升状态。因此，通过对地电场的监测可以直观地得到巷道掘进前方介质的富水状况、渗流速度、渗流饱和状态等动态变化情况。水的渗流造成了地电场异常，故可通过监测地电场异常，从而达到对巷道掘进过程中顶、底板水害的预警。下图为巷道掘进过程中不同时间段的智能电法超前探测（监测）的视电阻率剖面示意图。

  巷道掘进过程中不同时间段的智能电法超前探测（监测）视电阻率剖面示意图

工程应用实例

    新疆某矿微震与电法耦合监测

1.自然电位变化特征                            2.电流变化特征

自然电位及电流变化特征

如图所示，纵坐标代表探测区域距离巷道顶板的垂直高度，单位为米，横坐标代表观测时间；蓝色基调代表低电阻率值，红色基调代表高电阻率值。利用所得出的缩放比0.32将探测距离缩小后得到真实的超前探测视电阻率图，在图中能够明显的观测到11月14日出现的弯曲下沉现象，并在64m~66m处，视电阻率值有明显的上升，推测该高度出现真空离层，为下伏岩层弯曲下沉所致。同样在11月14日观测到52m~58m范围内，视电阻率值开始升高，推断为导水裂隙带开始发育，导水裂隙带发育高度为58m~59m。

通过对监测期间微震数据的处理分析判断：在工作面回采过程中顶板粗砂岩上段与粉砂岩交界处发育大量裂隙，裂隙集中在35m~45m。根据微震事件分布情况以及分层特征判断导水裂隙带高度约为55m。

  微震定位结果图