科研選題報(bào)告微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

附件5：

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)

科研選題訓(xùn)練課程總結(jié)報(bào)告

（試行）

課題名稱：微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究學(xué)生姓名：徐順成

所在學(xué)院：力學(xué)與建筑工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)：12級(jí)土木一班聯(lián)系電話：15652935662

E-mail:1418874417@qq.com指導(dǎo)教師:宋俊生填表日期：201*年12月

報(bào)告撰寫說明

一、學(xué)生本人對(duì)參加科研選題訓(xùn)練的過程、收獲、體會(huì)進(jìn)行總結(jié)，字?jǐn)?shù)201*字左右。

二、格式要求：字體為仿宋，一級(jí)標(biāo)題四號(hào)字，正文小四號(hào)字，1.5倍行距。

三、材料規(guī)格：用A4紙雙面打�。◤�(fù)�。�，左側(cè)裝訂。四、總結(jié)報(bào)告需經(jīng)指導(dǎo)教師審閱并簽字同意后方可提交學(xué)院。

一．

任務(wù)概述煤礦生產(chǎn)中的不安全因素主要是由覆巖破裂造成的頂板

跨落、礦井突水、煤與瓦斯突出和沖擊地壓等，而覆巖破裂與開采后應(yīng)力重新分布有關(guān)。近幾年,國際上研發(fā)了一項(xiàng)能夠在三維空間實(shí)時(shí)定位的微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它可以長期、連續(xù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)巖層破裂與移動(dòng)情況,為煤礦安全監(jiān)測(cè)提供了一種新型的實(shí)用技術(shù)。該儀器可以直接布置在煤礦井下進(jìn)行微震監(jiān)測(cè),提高了監(jiān)測(cè)的可靠性和精度,并通過井下實(shí)際監(jiān)測(cè)證明,儀器工作穩(wěn)定、性能可靠、操作方便,同時(shí)獲得了良好的技術(shù)效果。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是

通過觀測(cè)、分析生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的微小地震事件,來監(jiān)測(cè)其對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的影響、效果及地下狀態(tài)的地球物理技術(shù)。其基礎(chǔ)是聲發(fā)射學(xué)和地震學(xué),當(dāng)?shù)叵聨r石由于人為因素或自然因素發(fā)生破裂、移動(dòng)時(shí),產(chǎn)生一種微弱的地震波向周圍傳播,在空間上不同方位設(shè)置的微震傳感器,可以記錄這些微震波的到達(dá)時(shí)間、傳播方向等信息,然后利用各種計(jì)算方法確定巖石的破裂點(diǎn),即震源的空間位置。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù),理論比較充分、技術(shù)手段先進(jìn),有比較好的實(shí)用性,方法可靠。主要表現(xiàn)在投資少、周期短,可實(shí)現(xiàn)三維空間連續(xù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),觀測(cè)成果精度高,可靠性強(qiáng)。在煤礦生產(chǎn)中,該方法可用于監(jiān)測(cè)采場圍巖破裂形態(tài),及由此推演的覆巖空間破裂形態(tài)與采動(dòng)應(yīng)力場的關(guān)系,預(yù)測(cè)和控制可能發(fā)生的煤礦災(zāi)害,如沖擊地壓、礦井突水、瓦斯突出、頂板冒落等;也可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)由于開采活動(dòng)引起的煤層頂板冒落帶和斷裂帶高度,對(duì)于進(jìn)一步確定煤層開采上限、研究導(dǎo)水裂隙帶、最大限度地開發(fā)利用煤炭資源,同時(shí)對(duì)提高煤礦生產(chǎn)安全性有重要的指導(dǎo)作用。

二．任務(wù)詳情

系統(tǒng)工作原理：大多數(shù)彈脆性材料在外界應(yīng)力作用下，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部彈性能集中，當(dāng)能量積聚到某一臨界值后，會(huì)引起微裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，并伴隨有彈性波或應(yīng)力波在周圍巖體中的快速釋放和傳播。傳感器接收到原始的微震信號(hào)以后將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟�擬電信號(hào)，發(fā)送到微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集單元Paladin，軟件再將此電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并傳給數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，經(jīng)過運(yùn)行在數(shù)采計(jì)算機(jī)上的軟件對(duì)原始數(shù)字信號(hào)的加工處理后再傳入分析計(jì)算機(jī)，分析計(jì)算機(jī)運(yùn)行的軟件便可以對(duì)微震信號(hào)進(jìn)行多方面的處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)微震事件的定位、事件原始參數(shù)的獲取、傳感器位置的較正、破壞趨勢(shì)的跟蹤等處理，并可以對(duì)微震事件在三維空間和時(shí)間軸下進(jìn)行實(shí)體演示，其原始數(shù)據(jù)和處理文件也將會(huì)實(shí)時(shí)顯示。

存在問題：a.井下數(shù)據(jù)不能高速地實(shí)時(shí)傳到地面。微地震監(jiān)測(cè)中記錄的信號(hào)不僅有大量的有效信號(hào),而且還記錄了大量的干擾信號(hào),如果我們想在地面上查看一下這些記錄,每個(gè)記錄大約需要2～3min后才能傳到地面,所以,把有效信號(hào)從所有干擾信號(hào)里挑選出來,看起來是非常簡單的問題,實(shí)現(xiàn)起來困難很大。如果采用光纜傳輸很快就能解決這一問題,這是下一步要解決的問題。b.微地震事件定位需要進(jìn)行大量的處理和解釋工作,進(jìn)行現(xiàn)場解

釋工作量很大,所以亟需要研究計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理和定位方法。目前國內(nèi)開展微震監(jiān)測(cè)時(shí)間很短,很多情況下需要人工解釋,專業(yè)人員少,不能滿足現(xiàn)場要求,同時(shí),目前還沒有成熟的商用軟件和通用軟件,也給解釋和應(yīng)用帶來了困難。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù),許多方面還不成熟。在儀器方面,經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)的有散熱、輕便、可靠性、操作性能、通訊性能等,都不能滿足現(xiàn)場要求。另外,儀器與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都需要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,以利于技術(shù)推廣與應(yīng)用。三，收獲與體會(huì)

近十多年來，以沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水為主的礦山動(dòng)力災(zāi)害已成為我國工業(yè)安全領(lǐng)域的主要災(zāi)害，已成為制約我國煤炭產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素，國家領(lǐng)導(dǎo)人及全社會(huì)都對(duì)此給予了高度關(guān)注，為本項(xiàng)目研究提供了足夠的動(dòng)力。國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)煤炭能源的需求激增，行業(yè)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)看好，如果不能有效控制礦山動(dòng)力災(zāi)害，煤炭能源的供給將難以保證。研究礦產(chǎn)資源開采過程誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害的前兆規(guī)律及其監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵科學(xué)問題，建立并完善礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)基礎(chǔ)理論和方法，是保障我國能源安全和實(shí)現(xiàn)十六大提出的"高度重視安全生產(chǎn)、保護(hù)國家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全"國家戰(zhàn)略目標(biāo)的重大需求，也是全面建設(shè)小康和諧社會(huì)的必要條件。通過學(xué)習(xí)與上網(wǎng)查閱資料我們明白了微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種高技術(shù)，信息化的地下工程動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)，并且我們逐漸了解了微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要特點(diǎn)，微震監(jiān)測(cè)的作用，掌握了微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理、方法,分析了微地震監(jiān)測(cè)儀器結(jié)構(gòu)、性能及施工措施。學(xué)會(huì)了解微震檢測(cè)技術(shù)在地下工程的幾個(gè)方面的應(yīng)用，并且較為全面地分析了該技術(shù)在礦井微地震、巖爆、地應(yīng)力、冒頂與巖移、爆破及其余震、、安全救助和預(yù)警等方面的可能應(yīng)用。由此可見，該技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域還有許多待解決的應(yīng)用理論和技術(shù)問題，我們作為新一代的研究人員，我們需要結(jié)合微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)在煤礦井下監(jiān)測(cè)中所遇到的問題,提出了一些具體的技術(shù)措施也感受到了來自學(xué)術(shù)前沿的東西。我們每個(gè)人都要在自己的學(xué)術(shù)領(lǐng)域里盡心盡力，堅(jiān)持去做研究，不斷的去追求真理，才能為人類幸福做貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值。學(xué)會(huì)合作，學(xué)會(huì)與人溝通，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和做研究的方法。勇于實(shí)踐，勇于創(chuàng)新。即使失敗，也要站起來重新開始直至成功。我們要結(jié)合自己的專業(yè)，聯(lián)系我們的社會(huì)實(shí)際，尋找社會(huì)的需求，為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值。

擴(kuò)展閱讀：開題報(bào)告

中北大學(xué)

畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

學(xué)生姓名：學(xué)院、系：專業(yè)：論文題目：

指導(dǎo)教師:

201*年3月27日

葉延偉

學(xué)號(hào)：0507340247

信息與通信工程學(xué)院通信工程系

信息對(duì)抗技術(shù)

基于聲信號(hào)的微震定位技術(shù)研究

張丕狀

開題報(bào)告填寫要求

1．開題報(bào)告作為畢業(yè)論文答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)論文工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在系審查后生效；

2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；

3．學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）。文中應(yīng)用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，文后“參考文獻(xiàn)”的書寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB771487《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；

4．學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（如0201*40102），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；

5.有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T740894《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“201*年3月15日”或“201*-03-15”；

6.指導(dǎo)教師意見和所在系意見用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。

畢業(yè)論文開題報(bào)告

1．結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫201*字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1研究背景，目的與意義

微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，該技術(shù)大部分應(yīng)用在各種材質(zhì)質(zhì)質(zhì)量測(cè)量中，包括礦山微地震監(jiān)測(cè)，巖石層結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，金屬內(nèi)部的質(zhì)量問題等等[1]。礦業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速提高，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量日益增加，復(fù)雜難采和深部開采誘發(fā)的安全問題日益突出。頂板冒落、巖移巖爆和滑坡等重大工程地質(zhì)災(zāi)害和事故隱患嚴(yán)重，嚴(yán)重制約著礦產(chǎn)資源合理的開發(fā)與利用，礦山安全已成為我國安全生產(chǎn)領(lǐng)域急需解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。微震探測(cè)技術(shù)為礦山地壓災(zāi)害預(yù)報(bào)提供了重要的手段[2]。70年代初，國內(nèi)開始了以耳機(jī)接收或錄音機(jī)記錄巖石聲探測(cè)頻率的便攜式地音儀的研究及現(xiàn)場應(yīng)用。最近十年，由于電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國外研究出了三分量探頭及高性能的聲探測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，國內(nèi)相關(guān)研究院也相繼研發(fā)了DYF-1，DYF-2型便攜式只能地音分析儀及SDL-1，SDL-12型多通道聲探測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。近兩年來，數(shù)據(jù)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是波形識(shí)別理論的形成，標(biāo)志著聲探測(cè)技術(shù)的水平進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代，越來越收到人們的重視。國際間有關(guān)聲探測(cè)研究的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)也愈加頻繁。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)被認(rèn)為是巖體工程最有效的監(jiān)測(cè)方法之一[3]。1.2研究基本原理與儀器1.2.1研究基本原理基于聲信號(hào)的微震定位技術(shù)的就是事先在地表或者地下布置傳感器，一旦在傳感器的有效監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)微震事件，則根據(jù)事先記錄的傳感器的具體位置參數(shù)，以及時(shí)候微震檢波器記錄的由聲源探測(cè)出的P（縱波）波到達(dá)的時(shí)間差或者P波和S（橫波）波到達(dá)的時(shí)間差，利用標(biāo)準(zhǔn)距離公式來推導(dǎo)計(jì)算出聲源的具體位置，而這種定位方法就叫做時(shí)差定位[4]。時(shí)差定位又叫做雙曲線定位，它通過處理三個(gè)或者更多的傳感器采集到的信號(hào)到達(dá)時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)震動(dòng)源進(jìn)行定位。在二維平面中，輻射源信號(hào)到達(dá)兩個(gè)傳感器的時(shí)間差規(guī)定了一對(duì)以兩個(gè)傳感器為交點(diǎn)的雙曲線，利用三個(gè)傳感器可形成兩條單邊雙曲線來產(chǎn)生交點(diǎn)，以確定震動(dòng)源位置。而若要確定三維空間的任意震動(dòng)源，震動(dòng)源信號(hào)到達(dá)兩側(cè)兩站的時(shí)間差確定了一對(duì)以兩站為焦點(diǎn)的雙曲面，則至少需要四個(gè)傳感器形成三個(gè)單邊雙曲面來產(chǎn)生交點(diǎn)，以確定震動(dòng)源位置[5]。雖然時(shí)差定位系統(tǒng)具有精度高、定位塊和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)闀r(shí)差定位在計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)主要是靠傳感器和數(shù)據(jù)采集儀來取得，因此在定位過程中也會(huì)出現(xiàn)多值現(xiàn)象，即定位模糊。這主要是因?yàn)樵谶M(jìn)行數(shù)據(jù)采集的時(shí)候有噪聲和有采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集誤差，所以在某些點(diǎn)上甚至?xí)�出現(xiàn)無解現(xiàn)象[6]。1.2.2聲探測(cè)傳感器的類型聲探測(cè)傳感器是定位系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，也是影響系統(tǒng)整體性能重要因素。聲探測(cè)傳感器設(shè)計(jì)不合理，或許使得接受到的信號(hào)和希望接受到的聲探測(cè)信號(hào)有較大差別，直接影響采集到的數(shù)據(jù)真實(shí)度和數(shù)據(jù)處理結(jié)果

[7]。聲探測(cè)傳感器是利用某些物質(zhì)（如半導(dǎo)體、陶瓷、壓電晶體、強(qiáng)磁性體和超導(dǎo)體等）的物理特性隨著外界待測(cè)量作用而發(fā)生變化的原理制成的。它利用了諸多的效應(yīng)（包括物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)）和物理現(xiàn)象，如利用材料的壓阻、濕敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等效應(yīng)，把應(yīng)變、濕度、溫度、位移、磁場、煤氣等被測(cè)量變換成電量[8]。聲探測(cè)傳感器的主要類型有：高靈敏度聲探測(cè)傳感器，它是應(yīng)用最多的一種諧振式聲探測(cè)傳感器；寬頻帶聲探測(cè)傳感器；差動(dòng)聲探測(cè)傳感器；此外，還有微型聲探測(cè)傳感器、磁吸附聲探測(cè)傳感器、低頻抑制聲探測(cè)傳感器和電容式聲探測(cè)傳感器等。在聲探測(cè)檢測(cè)過程中，大多時(shí)候使用的是諧振式聲探測(cè)傳感器[9]。諧振式聲探測(cè)傳感器參數(shù)技術(shù)的基礎(chǔ)歸結(jié)于兩個(gè)基本假設(shè)：(1)聲探測(cè)是阻尼正弦波；(2)聲波是以某一固定的速度傳播的。根據(jù)這一假設(shè)，對(duì)聲探測(cè)信號(hào)參數(shù)，如上升時(shí)間、峰值幅度、持續(xù)時(shí)間等測(cè)量、記錄所得到得聲探測(cè)特征是合理的[10]。傳播特性上，諧振聲探測(cè)傳感器參數(shù)技術(shù)的假設(shè)意味著傳播信號(hào)除了單純衰減以外，它的聲波形狀是不變的[11]。它是以不變的波形和不變的聲速獲取聲探測(cè)信號(hào)的參數(shù)。需要指出的是所謂諧振式窄帶聲探測(cè)傳感器并不是只對(duì)某頻率信號(hào)敏感，而是對(duì)某頻率帶信號(hào)敏感，其它頻率帶信號(hào)靈敏度較低。聲探測(cè)傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)被測(cè)聲探測(cè)信號(hào)來確定[12]。首先是了解被測(cè)聲探測(cè)信號(hào)的頻率范圍和幅度范圍，包括有可能存在的噪音信號(hào)。然后選擇相對(duì)感興趣的聲探測(cè)信號(hào)靈敏、對(duì)噪音信號(hào)不靈敏的聲探測(cè)傳感器進(jìn)行檢測(cè)[13]。

就聲發(fā)射源定位而言，實(shí)際運(yùn)用中大量遇到的是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的金屬材料（如壓力容器等），這類材料的聲向各向異性較小，聲波衰減系數(shù)也很小，，因此選用諧振式聲探測(cè)傳感器比較適合。聲探測(cè)源定位技術(shù)通常利用的是壓電效應(yīng)來進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)。所謂的壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，而利用壓電效應(yīng)的原理制作的傳感器就叫做壓電傳感器[14]。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中，因此又叫做壓力傳感器。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。壓電式傳感器也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。由此可見壓力傳感器的應(yīng)用范圍非常廣泛，它既可以用來測(cè)量大的壓力，也可以用來測(cè)量微小的壓力[15]。1.2.3數(shù)據(jù)采集儀數(shù)據(jù)采集就是在所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，例如溫度的變化、震動(dòng)的發(fā)生、壓力的變化等等一些物理現(xiàn)象，通過傳感器捕獲這些信息然后轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再通過將傳感器采集道德模擬信號(hào)依次進(jìn)行調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)和顯示的過程[16]。首先，借助于各種類型的傳感器檢測(cè)外部世界的各種信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)一步處理的數(shù)字信號(hào)[17]，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1-1所示:被測(cè)量聲震信號(hào)傳感器信號(hào)變換模擬信號(hào)記錄模擬信號(hào)處理A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)處理A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)記錄圖1-1

參考文獻(xiàn)[1]姜福興，XunLuo.微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦井巖層破裂監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，201*.24[2]唐禮忠，潘長良，楊承祥.大規(guī)模深井開采微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站網(wǎng)布置優(yōu)化[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，201*.25[3]中國科學(xué)院地質(zhì)研究所，巖體工程地質(zhì)力學(xué)問題平[M]，北京科學(xué)出版社，1986[4]孫鈞.面向21實(shí)際的巖石力學(xué)與工程.北京中國科學(xué)技術(shù)出版社。1996.6[5]潘一山，李忠華，章夢(mèng)濤.我國沖擊地壓分布類型機(jī)制及防治研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，201*.22[6]姜福興，楊淑華，成云海等.煤礦沖擊地壓的微震監(jiān)測(cè)研究[J].金屬礦山，201*，（10）[7]中國地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.數(shù)字地震觀測(cè)技術(shù)[M].北京地震出版社，201*[8]王煥義.巖體微震事件的精確定位研究[J].工程爆破，201*，7（3）[9]張銀平.巖體聲探測(cè)與微震監(jiān)測(cè)定位技術(shù)及其應(yīng)用[J].工程爆破，201*，8（1）[10]張誠.地震分析基礎(chǔ)[M].北京：地震出版社，1998[11]劉英利，徐建新.強(qiáng)震與微震觀測(cè)系統(tǒng)的研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，201*，26（3）[12]成云海，姜福興，張興民，等.微震監(jiān)測(cè)揭示的C型采場空間結(jié)構(gòu)及應(yīng)力場[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，201*，26（1）

[13]姜福興，王存文，楊淑華，等.沖擊地壓及煤與瓦斯突出和透水的微震監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，201*，35（1）[14]李鳳琴，張興民，姜福興.煤礦井下微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用[J煤田地質(zhì)與勘探，201*，34（4）[15]李庶林，尹賢剛，鄭文達(dá)，等.凡口鋅礦多通道微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，201*，24（12）[16]Marano,s.Matta,V.Willett,P.Sequentialdetectionofalmost-harmonicsignals[J].IEEETransactionsonSignalProcessing,Vol.51,NO.2Feb.201*Page(s):395-406[17]GardnerW.A.,SignalTnterception.AUnifyingTheoreticalFranmewo--rkforFeatureDetection[J].IEEETrans.Vol.36,NO8,1998

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２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：本課題研究的方向是基于聲信號(hào)的微震定位技術(shù)研究，通過本次設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的聲震動(dòng)源定位。理論上時(shí)差定位的計(jì)算方法與步驟：設(shè)震源源點(diǎn)E的坐標(biāo)為(x,y)，各個(gè)傳感器的坐標(biāo)為(xi,yi)，則可以得到如下方程組：r02(xx0)2(yy0)2222r(xx)(yy)i1,2iii（2.1）rrrCtC(tt)ii0ii0其中各個(gè)傳感器的位置為(xi,yi)，這些位置均為實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到，i0表示主傳感器，i1,2表示輔傳感器，ri表示震動(dòng)源位置到第i個(gè)傳感器與震動(dòng)源位置到主傳感器之間的距離之差，C為聲震動(dòng)在空氣中的傳播速度340米/秒，tit0為課題中的主要數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀獲得。計(jì)算過程如下：對(duì)（2.1）式整理化簡可得到22222(xxi)x(yyi)y[ri(x0y0)(xiyi)]r0ri,i1,2（2.2）121設(shè)ki[ri2(x02y02)(xi2yi2)],i1,2（2.3）2則有(xxi)x(yyi)ykir0ri,i1,2（2.4）由式（2.4）表示的兩個(gè)方程構(gòu)成一個(gè)非線性的方程組。將r0看為已知可得到一個(gè)矩陣表達(dá)式

AXF(2.5)

式中

x0x1Ax0x2y0y1k1r0r1x,X,F

y0y2krry202當(dāng)三個(gè)傳感器不在一條直線上的時(shí)候，可以知道A可逆，于是得到

XA1F

(2.6)

1A令aij22

因此由（2.6）式可得

xm1n1r0（2.7）ym2n2r0其中

miai1k1ai2k2,i1,2niai1r1ai2r2將式（2.7）代入r0的表達(dá)式，得到

2ar02br0c0（2.8）

式中

an12n221b(m1x0)n1(m2y0)n222c(mx)(my)1020將式（2.8）看為一元二次方程，由一元二次方程求根公式解出r0，然后代

入式（2.7）得到震動(dòng)源位置(x,y)。

式（2.8）中，當(dāng)b2ac時(shí)，方程組將有雙解，由于r0必須是正數(shù)，所以當(dāng)兩根一正一負(fù)時(shí)，可以舍去負(fù)根，正根為非模糊的定位解，而若兩根都

2為正則出現(xiàn)模糊解。若bac，則方程組無實(shí)數(shù)解。這是因?yàn)榇嬖谠肼暩蓴_

和測(cè)量誤差使得原本可以相交的兩條雙曲線發(fā)生了平移且平移大至它們沒有交點(diǎn)。

本次課題實(shí)驗(yàn)中，為使得后期數(shù)據(jù)處理的方便，擬采用以主傳感器為坐標(biāo)原點(diǎn)的方法建立坐標(biāo)系，將其他4個(gè)傳感器分別放置在距離主傳感器3米以內(nèi)的任意位置，為防止無解現(xiàn)象使得主傳感器與4個(gè)輔傳感器中任意2個(gè)都不在同一條直線上。

由式（2.1）可知，實(shí)際上實(shí)驗(yàn)要采集的數(shù)據(jù)為以傳感器捕獲第一次震動(dòng)信號(hào)的前后時(shí)間的差值。因此在聲震信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，實(shí)驗(yàn)要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以立刻以捕獲震動(dòng)信號(hào)的第一個(gè)傳感器的時(shí)間為基準(zhǔn)，其他傳感器依次獲得該次信號(hào)的時(shí)間與該基準(zhǔn)時(shí)間的差值。因此對(duì)于數(shù)據(jù)采集是從5個(gè)傳感器采集得來的數(shù)據(jù)，所以要求系統(tǒng)能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多組數(shù)據(jù)；聲音在空氣中傳播的速度很快為340米/秒，所以聲震動(dòng)的一個(gè)傳播周期大概在一毫秒內(nèi)就已經(jīng)傳過了3米的路程，而獲得的時(shí)間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是課題成敗的關(guān)鍵，所以為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性必須要求數(shù)據(jù)采集儀具有可以精確到微秒級(jí)的電子時(shí)鐘。

多通道數(shù)據(jù)采集儀不僅具有采集通道多，多路并行監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)采集精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，反應(yīng)速度快，可視化程度高并且它可以對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，非常切合課題的設(shè)計(jì)要

求。所以本次課題采用的是帶有高精度電子時(shí)鐘的多通道數(shù)據(jù)采集儀作為數(shù)據(jù)采集的儀器。

對(duì)于聲信號(hào)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行精確測(cè)量時(shí)，需要選取一個(gè)統(tǒng)一的信號(hào)到達(dá)時(shí)間特征點(diǎn)。在本次課題中我選取的是零點(diǎn)，也就說信號(hào)電壓只要大于零的時(shí)刻即為信號(hào)到達(dá)時(shí)間值。

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指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師：年月日所在系審查意見：系主任：年月日

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