CN103558649B - 一种微震系统多功能测试平台和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微震系统多功能测试平台，包括微震动信号采集与发射装置，还包括依次均匀顺时针设置在外圆的第一~第四微震监测井，依次均匀顺时针设置在内圆的第五~第八微震监测井，外圆和内圆同圆心，在圆心处设置有微震动信号发射井，第一微震监测井位于微震动信号发射井的正东方，第五微震监测井位于微震动信号发射井的东南方，第一~第八微震监测井内设置的微震监测传感器分别与微震动信号采集与发射装置连接。本发明还公开了一种微震源定位精度测试的方法，可以根据监测到的微震信号利用待测试的定位算法定位震动源的位置，并与真实震动源的位置比较，确定微震源定位精度，分析定位算法的优劣，结束测试。

Description

一种微震系统多功能测试平台和测试方法

技术领域

本发明属于微震监测技术领域，更具体涉及一种微震系统多功能测试平台，还涉及一种微震系统多功能测试方法，适用于微震监测仪灵敏性、传感器灵敏性及适用性、定位算法的适用性及精度、传感器阵列对定位的影响、震动源能量反演等微震系统的多种功能测试。

背景技术

微震监测技术与分析方法是现代计算机技术、现代通讯技术、GPS授时定位技术、地震学相关技术的综合集成，上世纪九十年代以来，这些技术得到了迅猛发展，因此，微震监测技术与分析方法近年来取得了突破性进展。加拿大、澳大利亚、美国、英国、南非以及波兰都已进行了微地震监测技术的研究,国内50年代末期,北京门头沟矿用当时中科院地球物理所研制的微震仪哈林地震仪改装,监测冲击矿压活动,记录器采用熏烟走纸笔绘记录,直到今天,经过不断对系统改进和发展,各个类型的微震监测系统也已经在国内多个领域如雨后春笋般地建立起来，为岩爆、冲击矿压、滑坡等动力灾害的防治提供了新的治理手段和技术。目前，已经成为油气田勘探开发、矿产资源勘探与开采、水电站边坡建设、矿山露天开采以及其他重大岩石工程灾害监测与预报的重要手段。

尽管微震技术已取得了长足的发展，但微震系统仍有许多技术与问题需要进一步改进与更新，比如近场震动能量估算、传感器阵列外震源定位、传感器阵列影响分析、新型传感器及微震仪的适用性等问题，这些技术和问题得到改进之后，如何对微震系统性能进行测试，如何进行检验与验证。目前，较为系统的测试方法一般是通过现场爆破的方式对系统的性能及运行状况进行测试与调试，该测试方法较为粗糙，难以准确验证待验证技术的优越性与先进性，具体来说具有以下不足：

1）由于爆破试验时爆破源是一个区域，而微震系统定位的微震源是一个点，定位精度一般精确到几米的量级，难以进一步提高验证精度；

2）开展爆破试验时，传感器往往已布置完毕，难以研究不同传感器阵列对微震源定位精度的影响，即使通过选择性的使用传感器的策略达到研究不同传感器阵列的对定位精度影响的目的，但由于震源定位点和爆破区存在一定的误差，也难以取得很好的效果；

3）由于传感器之间的距离一般较远，爆破源距离传感器的距离也较远，该方法不能有效验证近场能量计算公式与模型的正确性。

因此，发明一种微震系统测试平台及测试方法，集多种功能测试于一体，利用一个平台实现微震系统多种功能检验与精确测试，是必要的，也是具有重要价值与意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种微震系统多功能测试平台，还提供了一种微震系统多功能测试方法，解决微震源定位算法难以精准验证、传感器阵列对微震源定位精度影响难以灵活分析、近场能量计算公式与模型难以有效验证的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微震系统多功能测试平台，包括微震动信号采集与发射装置，还包括依次均匀顺时针设置在外圆的第一微震监测井、第二微震监测井、第三微震监测井和第四微震监测井，依次均匀顺时针设置在内圆的第五微震监测井、第六微震监测井、第七微震监测井和第八微震监测井，外圆和内圆同圆心，在圆心处设置有微震动信号发射井，第一微震监测井位于微震动信号发射井的正东方，第五微震监测井位于微震动信号发射井的东南方，第一~第八微震监测井内设置的微震监测传感器分别与微震动信号采集与发射装置连接。

如上所述的第一微震监测井、第二微震监测井、第三微震监测井、第四微震监测井和第五微震监测井均包括大微震监测孔、小微震监测孔、操作平台，大微震监测孔和小微震监测孔均垂直开设在基岩上，大微震监测孔的孔径大于小微震监测孔的孔径，大微震监测孔的入岩深度大于小微震监测孔的入岩深度，基岩构成井体，井体的井口处设置有操作平台，大微震监测孔、小微震监测孔和微震动信号发射井依次设置在同一直线上，且大微震监测孔和小微震监测孔关于操作平台的圆心对称，大微震监测孔的底部设置有大微震监测孔传感器固定台，大微震监测孔传感器固定台的侧部设置有大微震监测孔传感器连接螺纹，小微震监测孔底部设置有小微震监测孔传感器固定台，小微震监测孔传感器固定台的侧部设置有小微震监测孔传感器连接螺纹。

如上所述的大微震监测孔和小微震监测孔内均设置有监测孔防护管，监测孔防护管的底部连接有监测孔底盖，监测孔防护管与井体之间通过水泥耦合，监测孔防护管的顶部伸出操作平台底部且设置有监测孔防水盖，监测孔防水盖设置有监测孔孔盖密封圈，监测孔防水盖通过螺纹与监测孔防护管连接，实现密封，监测孔底盖上设置有传感器固定台，传感器固定台侧部设置有螺纹。

如上所述的第二微震监测井的大微震监测孔的入岩深度小于第一微震监测井的大微震监测孔的入岩深度；第三微震监测井的大微震监测孔的入岩深度与第一微震监测井的大微震监测孔的入岩深度一致；第四微震监测井的大微震监测孔的入岩深度与第二微震监测井的大微震监测孔的入岩深度一致；第五微震监测井的大微震监测孔的入岩深度小于第一微震监测井的大微震监测孔的入岩深度。

如上所述的第六微震监测井除了利用传感器测试孔替代小微震监测孔之外，其他组成结构与第五微震监测井一致，传感器测试孔与水平面成45度角。

如上所述的第七微震监测井除了利用小微震监测孔替换大微震监测孔之外，其他组成结构与第五微震监测井一致，第八微震监测井与第七微震监测井组成结构一致。

如上所述的操作平台设置有防水井盖，防水井盖包括圆环形井盖固定框，圆环形井盖固定框一端通过不锈钢合页与操作平台的环形洞壁上沿一端活动连接，圆环形井盖固定框另一端通过不锈钢挂锁与操作平台的环形洞壁上沿另一端连接，圆环形井盖固定框内嵌设有钢化玻璃，操作平台的上沿开设有密封槽，内置有井盖密封圈，操作平台的环形洞壁上开设有电缆线入线孔。

如上所述的微震动信号发射井包括垂直设置在基岩上的微震动信号发射孔，基岩构成井体，井口处设置有操作平台，微震动信号发射孔内设微震动信号发射孔防护管，微震动信号发射孔防护管与基岩通过水泥连接，微震动信号发射孔上设置有带信号发射孔孔盖密封圈的微震动信号发射孔防水盖。

如上所述的微震动信号发射井的操作平台上设置有发射塔，发射塔包括设置在微震动信号发射孔上方的发射塔支撑脚，发射塔支撑脚上开设有台面固定槽，台面固定槽内卡设有发射塔台面，发射塔台面上开设有卡槽，卡槽内卡设有两块卡板，两块卡板合拢时其合拢处有发射球卡孔，两块卡板均与卡板滑动钢丝绳连接。

一种微震源定位精度测试的方法，包括以下步骤：

步骤1、通过安装杆将微震监测传感器分别安装到第一、第二、第三、第四、第五微震监测井的大微震监测孔传感器固定台上、第六微震监测井的竖直大微震监测孔传感器固定台上、第七和第八微震监测井远离微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台上，进入下一步；

步骤2、调试微震动信号采集与发射装置，确保其正常工作，进入下一步；

步骤3、将发射塔架到微震动信号发射井的上方，将发射塔台面固定到的台面固定槽上，记录发射塔台面的高度，进入下一步；

步骤4、合拢发射球卡孔，将发射球放置到发射球卡孔上，拉动卡板滑动钢丝绳，发出发射球，同时记录发射球发出的准确时间，发射球撞击微震动信号发孔底部产生震动信号，同时记录发射球发出的准确时间，进入下一步；

步骤5、观察微震监测系统是否采集到有效的震动信号，若没有采集到有效信号，将更换比上一发射球重0.5Kg的发射球，返回步骤4；若采集到了有效震动信号，返回步骤4，直到连续3次采集到了有效微震动信号，进入下一步；

步骤6、根据监测到的微震信号利用待测试的定位算法定位震动源的位置，并与真实震动源的位置比较，确定微震源定位精度，分析定位算法的优劣，结束测试。

一种传感器阵列对定位精度影响测试方法，包括以下步骤：

由于不同的定位方法对传感器阵列的要求不尽相同，

步骤1、首先根据选定的定位算法，依据8个微震监测井内的16个微震监测孔，设计传感器布置方案，形成不同的传感器阵列，进入下一步；

步骤2、选择一种传感器布置方案，通过特制的安装杆将传感器安装到指定的位置，进入下一步；

步骤3、调试微震动信号采集与发射装置，确保其正常工作，进入下一步；

步骤4、将发射塔架到微震动信号发射井的上方，将发射塔台面固定到的台面固定槽上，记录发射塔台面的高度，进入下一步；

步骤5、合拢发射球卡孔，将发射球放置到发射球卡孔上，拉动卡板滑动钢丝绳，发出发射球，同时记录发射球发出的准确时间，发射球撞击微震动信号发孔底部产生震动信号，同时记录发射球发出的准确时间，进入下一步；

步骤6、观察微震监测系统是否采集到有效的震动信号，若没有采集到有效信号，将更换比上一发射球重0.5Kg的发射球，返回步骤4；若采集到了有效震动信号，返回步骤4，直到连续3次采集到了有效微震动信号，进入下一步；

步骤7、重复第2至6步的操作，直到测试完所有传感器布置方案，进入下一步；

步骤8、分析不同传感器布置方案对微震源定位算法的影响，最后确定该定位算法的最优传感器布置方案，结束测试。

一种近场能量计算模型验证方法，包括以下步骤：

一般认为微震动源距离传感器的距离小于2倍的波长时，为近场问题。测试平台监测的震动频率一般低于1000Hz，震动信号在基岩中传播的速度一般都高于4000m/s，也就是说在测试平台区的震动信号的波长一般都大于4m，即测试平台内震动信号的传播是一个近场问题，可以用来验证近场能量计算模型的有效性。验证方法如下：

步骤1、通过安装杆将微震监测传感器分别安装到第一、第二、第三、第四、第五微震监测井的大微震监测孔传感器固定台上、第六微震监测井的竖直大微震监测孔传感器固定台上、第七和第八微震监测井远离微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台上，进入下一步；

步骤2、调试微震动信号采集与发射装置，确保其正常工作，进入下一步；

步骤3、将发射塔架到微震动信号发射井的上方，将发射塔台面固定到的台面固定槽上，记录发射塔台面的高度，进入下一步；

步骤4、合拢发射球卡孔，将发射球放置到发射球卡孔上，拉动卡板滑动钢丝绳，发出发射球，同时记录发射球发出的准确时间，发射球撞击微震动信号发孔底部产生震动信号，同时记录发射球发出的准确时间，进入下一步；

步骤5、观察微震监测系统是否采集到有效的震动信号，若没有采集到有效信号，将更换比上一发射球重0.5Kg的发射球，返回步骤4；若采集到了有效震动信号，返回步骤4，直到连续3次采集到了有效微震动信号，进入下一步；

步骤6、根据发射塔台面的高度及发射球的重量，考虑撞击时能量的消耗与衰减，利用公式（1）计算撞击产生的振动能。

E=amgh（1）

其中，E为撞击产生的振动能，m为发射球的质量，g为重力加速度，h为发射塔台面距离微震动信号发射孔底部的距离，为衰减系数，可以通过自由落体试验确定，进入下一步。

步骤7、根据微震监测设备监测到的微震信号，按照待验证的近场能量计算模型，反算微震动信号震源的能量，与公式（1）计算的结果进行比较，验证近场能量计算模型的可靠性与适用性，结束测试。

一种速度场对微震源定位影响测试方法，包括以下步骤：

由于该测试方法中微震源是人工制造的，且其发生的位置和时间可以精确获得，传感器的位置和接收到震动信号的时间也可以精确获得，因此，微震动从微震源到传感器之间的精确波速可以计算得到，从而可以测试基于不同假设的速度模型对微震源定位精度的影响。测试过程如下：

步骤1、首先，根据要测试的工程实际条件，确定要测试的不同速度模型方案，进入下一步；

步骤2、选择一种速度模型方案，研究该速度模型下微震源的定位精度，微震源定位精度测试方法同本发明的“微震源定位精度测试方法”，进入下一步；

步骤3、重复第二步的操作，直到测试完所有速度模型，进入下一步；

步骤4、分析不同速度模型对微震源定位算法的影响，最后确定该工程条件下最佳速度模型，结束测试。

一种传感器性能测试方法，包括以下步骤：

该方法主要通过对比的方法测试应用新技术的传感器的性能。测试过程如下：

步骤1、将作为测试标准的性能成熟的2个传感器，通过特制的安装杆分别安装到7和第八微震监测井靠近微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台上，接着，通过特制的安装杆将待测试的2个传感器分别安装到7和第八微震监测井远离微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台上，进入下一步；

步骤2、调试微震动信号采集与发射装置，确保其正常工作，进入下一步；

步骤3、将发射塔架到微震动信号发射井的上方，将发射塔台面固定到的台面固定槽上，记录发射塔台面的高度，进入下一步；

步骤4、合拢发射球卡孔，将发射球放置到发射球卡孔上，拉动卡板滑动钢丝绳，发出发射球，同时记录发射球发出的准确时间，发射球撞击微震动信号发孔底部产生震动信号，同时记录发射球发出的准确时间，进入下一步；

步骤5、观察微震监测系统是否采集到有效的震动信号，若没有采集到有效信号，将更换比上一发射球重0.5Kg的发射球，返回步骤4；若采集到了有效震动信号，返回步骤4，直到连续3次采集到了有效微震动信号，进入下一步；

步骤6、将发射塔台面调到下一个台面固定槽上，重复第2至5步，直到发射塔台面调到最低一个台面固定槽上，进入下一步；

步骤7、对不同条件下两种传感器（作为测试标准的和待测试的）监测到的同一微震信号的频率、振幅、持续时间、能量等特征进行分析，对抗环境噪音的干扰的能力，对比其优劣，结束测试。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明能更精确的验证微震源定位算法的精度；

2、本发明可以更好的机动灵活的验证传感器阵列对微震源定位精度的影响；

3、本发明可以有效验证近场能量计算公式与模型的正确性；

4、本发明可以较好的研究速度场对微震源定位影响；

5、本发明可以更准确的分析感器性能；

6、本发明集多种功能测试于一体，大大节约了微震系统性能测试成本。

本发明即可用于微震监测理论与算法研究，又可测试微震系统的性能，可以被科研院所、生产企业广泛应用，具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明整体效果示意图；

图2为本发明第一、第二、第三、第四、第五微震监测井剖面示意图；

图3为本发明第六微震监测井剖面示意图；

图4为本发明第七、第八微震监测井剖面示意图；

图5为本发明微震动信号发射井剖面示意图；

图6为本发明防水井盖剖面示意图；

图7为本发明发射塔正视图；

图8为本发明发射塔俯视图；

图9为本发明发射球。

其中，1-第一微震监测井，2-第二微震监测井，3-第三微震监测井，4-第四微震监测井，5-第五微震监测井，6-第六微震监测井，7-第七微震监测井，8-第八微震监测井，9-微震动信号发射井，10-微震动信号采集与发射装置，11-圆环形井盖固定框，12-不锈钢挂锁，13-钢化玻璃，14-井盖密封圈，15-大监测孔防水盖，16-小监测孔防水盖，17-大监测孔防护管，18-小监测孔防护管，19-不锈钢合页，20-水泥，21-不锈钢吊环螺钉1，22-太阳能风能发电装置，23-传感器测试孔，24-微震动信号发射孔，25-大微震监测孔，26-小微震监测孔，27-微震动信号发射孔防水盖，28-微震动信号发射孔防护管，29-大微震监测孔底盖，30-大微震监测孔传感器固定台，31-大微震监测孔传感器连接螺纹，32-大微震监测孔底盖螺纹，33-小微震监测孔底盖，34-小微震监测孔传感器固定台，35-小微震监测孔传感器连接螺纹，36-小微震监测孔底盖螺纹，37-不锈钢吊环螺钉2，38-环形洞壁，39-密封槽，40-电缆线入线孔，41-发射塔支撑脚，42-电缆线，43-发射塔台面，44-发射球卡孔，45-卡板，46-卡槽，47-卡板滑动钢丝绳，48-台面固定槽，49-发射球，50-发射球回收钢丝，51-基岩，52-操作平台，53-45度倾角井孔，54-信号发射孔孔盖密封圈，55-大监测孔孔盖密封圈，56-小监测孔孔盖密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

一种微震系统多功能测试平台：

测试平台包括第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4、第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7、第八微震监测井8、微震动信号发射井9、发射塔、发射球49、防水井盖、太阳能风能发电装置22和微震动信号采集与发射装置10。第一微震监测井1设置于微震动信号发射井9的正东方向，距离微震动信号发射井95m远，第一微震监测井1、第五微震监测井5、第二微震监测井2、第六微震监测井6、第三微震监测井3、第七微震监测井7、第四微震监测井4和第八微震监测井8的圆心与微震动信号发射井9的圆心连线两两成45度夹角。第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4在以微震动信号发射井9的圆心为圆心半径为5m的大圆圆周上，顺时针排列；第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7和第八微震监测井8在以微震动信号发射井9的圆心为圆心半径为2.5m的小圆圆周上，顺时针排列，大圆和小圆共心，微震动信号发射井9设在大小圆圆心处。

第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4和第五微震监测井5都设置有大微震监测孔25、小微震监测孔26，第六微震监测井6设置有大微震监测孔25、传感器测试孔23，第七微震监测井7和第八微震监测井8都设置有2个小微震监测孔26，所有微震监测井都设置有操作平台52和防水井盖，微震动信号发射井9设置有微震动信号发射孔24、操作平台52和防水井盖。

所有操作平台52结构相同，与其所处的井的圆心重合，内径600mm，深400mm，环形洞壁38由水泥20浇筑而成，洞壁上设置有电缆线入线孔40，顶部设置有密封槽39。

所有防水井盖结构相同，包括圆环形井盖固定框11，不锈钢挂锁12，钢化玻璃13，井盖密封圈14，不锈钢合页19，小不锈钢吊环螺钉21和大不锈钢吊环螺钉37。井盖密封圈14设置在操作平台52的环形洞壁38的密封槽39内，钢化玻璃13设置在圆环形井盖固定框11内，圆环形井盖固定框11上设置有不锈钢合页19，不锈钢合页19安装在操作平台52的环形洞壁38上，与不锈钢合页19相对的一侧设置有小不锈钢吊环螺钉21和大不锈钢吊环螺钉37，小不锈钢吊环螺钉21安装在圆环形井盖固定框11上，大不锈钢吊环螺钉37安装在操作平台52的环形洞壁38上，通过不锈钢挂锁12将防水井盖锁在操作平台52上，同时钢化玻璃13将井盖密封圈14压紧起到密封防水的作用。

微震动信号发射井9设置有微震动信号发射孔24、操作平台52和防水井盖，微震动信号发射孔24设置于操作平台52内，与操作平台52圆心重合，内径180mm，入岩深度3.0m。为防止微震动信号发射孔24塌孔，微震动信号发射孔24内设微震动信号发射孔防护管28，微震动信号发射孔防护管28的孔口高出操作平台52底部200mm，距离防水井盖200mm，且与水平面垂直，与微震动信号发射孔24孔壁等距，其材质为热镀锌钢管，钢管厚度4mm，微震动信号发射孔24与微震动信号发射孔防护管28之间通过水泥20固定，水泥20的水灰比0.6，水泥20起到固定和波传递的作用，水泥20由孔底注入。微震动信号发射孔防护管28上端有微震动信号发射孔防水盖27，微震动信号发射孔防水盖27和微震动信号发射孔防护管28通过螺纹连接，微震动信号发射孔防水盖27的内部设置有信号发射孔孔盖密封圈54。

第一微震监测井1设置有大微震监测孔25、小微震监测孔26、大监测孔防水盖15、小监测孔防水盖16、大微震监测孔底盖29、小微震监测孔底盖33、操作平台52和防水井盖。大微震监测孔25和小微震监测孔26设置于操作平台52内，圆心分别位于远离和靠近微震动信号发射井9，关于第一微震监测井1的操作平台52的圆心对称，且与微震动信号发射井9的圆心共线的位置；其内径分别为120mm和80mm，入岩深度分别为6.0m和0.3m。为防止它们塌孔，大微震监测孔25和小微震监测孔26内分别设置大监测孔防护管17和小监测孔防护管18，两监测孔防护管孔口高出操作平台52底部200mm，距离防水井盖200mm，与水平面垂直，且分别与其微震监测孔孔壁等距，材质为热镀锌钢管，钢管厚度4mm；大监测孔防护管17和小监测孔防护管18与基岩之间通过水泥20固定，水灰比0.6，水泥20由孔底注入；大监测孔防护管17和小监测孔防护管18上端分别设置大监测孔防水盖15和小监测孔防水盖16，两监测孔防水盖与其防护管通过螺纹连接，其内部分别设置有大监测孔孔盖密封圈55和小监测孔孔盖密封圈56；大监测孔防护管17和小监测孔防护管18底部分别设置有大微震监测孔底盖29和小微震监测孔底盖33，两微震监测孔底盖与其防护管分别通过大微震监测孔底盖螺纹32和小微震监测孔底盖螺纹36连接；大微震监测孔底盖29和小微震监测孔底盖33上分别设置有大微震监测孔传感器固定台30和小微震监测孔传感器固定台34，两传感器固定台上分别设置有大微震监测孔传感器连接螺纹31和小微震监测孔传感器连接螺纹35，两传感器连接螺纹用来安装固定传感器。

第二微震监测井2除大微震监测孔25入岩深度为4.0m外，其余尺寸、结构及连接关系与第一微震监测井1相同。

第三微震监测井3的尺寸、结构和连接关系与第一微震监测井1相同。

第四微震监测井4的尺寸、结构和连接关系与第二微震监测井2相同。

第五微震监测井5除大微震监测孔25入岩深度为2.0m外，其余尺寸、结构及连接关系与第一微震监测井1相同。

第六微震监测井6用传感器测试孔23替代了第五微震监测井5的小微震监测孔26，传感器测试孔23与水平面成45度角，入岩深度2.0m（沿45度倾角方向），除了上述不同外，第六微震监测井6其余的尺寸、结构及连接关系与第五微震监测井5相同。

第七微震监测井7除大微震监测孔25被小微震监测孔26替换，且入岩深度变为0.3m外，其余尺寸、结构及连接关系与第五微震监测井5相同。

第八微震监测井8的尺寸、结构及连接关系与第七微震监测井7相同。

先将电缆线42穿到PVC电线软管内，然后先沿大圆圆周依次通过电缆线入线孔40将其引入到第一、第二、第三、第四微震监测井的操作平台52内，接着，沿小圆圆周依次通过电缆线入线孔40将其引入到第五、第六、第七、第八微震监测井的操作平台52内，接着，用水泥20对电缆线入线孔40进行封堵，防止水的进入，再接着，把装有电缆线42的PVC电线软管埋设在电缆线槽内，引到微震动信号采集与发射装置10，最后引到太阳能风能发电装置22。

发射塔包括发射塔支撑脚41、发射塔台面43、发射球卡孔44、卡板45、卡槽46、卡板滑动钢丝绳47、台面固定槽48。发射塔支撑脚41上设置有台面固定槽48及发射塔台面43，发射塔台面43卡在台面固定槽48里，通过选用不同高度的台面固定槽48可以调整发射塔台面43的高度，进而控制震动源的大小。发射塔台面43上设置有卡槽46，卡板45卡在卡槽46里，卡板45上设置有发射球卡孔44及卡板滑动钢丝绳47。

本发明实施时，1）首先选取测试平台的施工场地。测试平台要求建设在基岩之上,上覆土层越薄越好；接着，用风镐（岩质表层）或者铁锹（土质表层）挖掘第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4、第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7、第八微震监测井8及微震动信号发射井9的操作平台52；然后，用水泥20浇筑操作平台52的环形洞壁38，洞壁上设置有电缆线入线孔40，顶部设置有密封槽39，浇筑后操作平台52深400mm，内径600mm，与其所处的井的圆心重合。第一微震监测井1设置于微震动信号发射井9的正东方向，距离微震动信号发射井95m远，第一微震监测井1、第五微震监测井5、第二微震监测井2、第六微震监测井6、第三微震监测井3、第七微震监测井7、第四微震监测井4和第八微震监测井8的圆心与微震动信号发射井9的圆心连线两两成45度夹角。第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4的圆心在以微震动信号发射井9的圆心为圆心半径为5m的大圆圆周上，顺时针排列；第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7和第八微震监测井8的圆心在半径为2.5m的小圆圆周上，顺时针排列，大圆和小圆共心，微震动信号发射井9设在大小圆圆心处。

）建设微震动信号发射井9。先用凿岩机在微震动信号发射井9的操作平台52内钻取微震动信号发射孔24，孔径180mm，入岩深度3m，且保证微震动信号发射孔24的圆心与操作平台52的圆心重合；然后把微震动信号发射孔防护管28放入微震动信号发射孔24内（防止塌孔堵塞微震动信号发射孔24），微震动信号发射孔防护管28的孔口高出操作平台52底部200mm，距离防水井盖200mm，且要保证其与水平面垂直，与微震动信号发射孔24孔壁等距（防止微震动信号制造时撞击发射孔孔壁）；然后在微震动信号发射孔防护管28和基岩51之间灌注水泥20（水灰比0.6），水泥20由孔底注入，待水泥发挥强度之后，将信号发射孔孔盖密封圈54置入微震动信号发射孔防水盖27，并通过螺纹将其拧紧到微震动信号发射孔防护管28上端部（防止阴雨天气积水的进入），完成微震动信号发射井9的建设。

）建设第一微震监测井1。先用凿岩机在第一微震监测井1的操作平台52内钻取大微震监测孔25和小微震监测孔26，其圆心分别位于远离和靠近微震动信号发射井9，关于第一微震监测井1的操作平台52的圆心对称，且与微震动信号发射井9的圆心共线的位置，其孔径分别为120mm和80mm，入岩深度分别为6.0m和0.3m；接着，将大微震监测孔底盖29和小微震监测孔底盖33，分别通过大微震监测孔底盖螺纹32和小微震监测孔底盖螺纹36连接到大监测孔防护管17和小监测孔防护管18底部；然后，为防止塌孔，把连接有监测孔底盖的大监测孔防护管17和小监测孔防护管18分别放入大微震监测孔25和小微震监测孔26内，两监测孔防护管的孔口高出操作平台52底部200mm，距离防水井盖200mm，且要保证其与水平面垂直，分别与其微震监测孔孔壁等距；然后在大监测孔防护管17和小监测孔防护管18与基岩51之间灌注水泥20（水灰比0.6），水泥20由孔底注入，待水泥发挥强度之后，分别将大监测孔孔盖密封圈55和小监测孔孔盖密封圈56置入大监测孔防水盖15和小监测孔防水盖16中，并通过螺纹将其分别安装到大监测孔防护管17和小监测孔防护管18上端部（防止阴雨天气积水的进入），完成第一微震监测井1的建设。

）建设第二微震监测井2。除第二微震监测井2的大微震监测孔25入岩深度为4.0m外，其余尺寸、结构、连接关系及施工方法与第一微震监测井1相同。

）建设第三微震监测井3。第三微震监测井3的尺寸、结构、连接关系及施工方法与第一微震监测井1相同。

）建设第四微震监测井4。第四微震监测井4的尺寸、结构、连接关系及施工方法与第二微震监测井2相同。

）建设第五微震监测井5。除第五微震监测井5的大微震监测孔25入岩深度为2.0m外，其余尺寸、结构、连接关系及施工方法与第一微震监测井1相同。

）建设第六微震监测井6。第六微震监测井6用传感器测试孔23替代了第五微震监测井5的小微震监测孔26，传感器测试孔23与水平面成45度角，入岩深度2.0m（沿45度倾角方向），除了上述不同外，第六微震监测井6其余的尺寸、结构、连接关系及施工方法与第五微震监测井5相同。

）建设第七微震监测井7。除大微震监测孔25被小微震监测孔26替换，且入岩深度变为0.3m外，其余尺寸、结构、连接关系及施工方法与第五微震监测井5相同。

）建设第八微震监测井8。第八微震监测井8的尺寸、结构、连接关系及施工方法与第七微震监测井7相同。

）防水井盖安装。首先将钢化玻璃13卡在圆环形井盖固定框11内，将不锈钢合页19固定在圆环形井盖固定框11上，并将小不锈钢吊环螺钉21安装在圆环形井盖固定框11上；然后，通过将不锈钢合页19依次将防水井盖固定在第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4、第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7、第八微震监测井8和微震动信号发射井9的操作平台52的环形洞壁38上；接着，依次将大不锈钢吊环螺钉37固定在第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4、第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7、第八微震监测井8和微震动信号发射井9的操作平台52与不锈钢合页19相对的一侧的环形洞壁38上；接着，将井盖密封圈14设置在第一微震监测井1、第二微震监测井2、第三微震监测井3、第四微震监测井4、第五微震监测井5、第六微震监测井6、第七微震监测井7、第八微震监测井8和微震动信号发射井9的操作平台52的环形洞壁38的密封槽39内；最后，通过不锈钢挂锁12将防水井盖锁在操作平台52上，同时钢化玻璃13将井盖密封圈14压紧起到密封防水的作用。

）电缆线敷设。先将电缆线42穿到PVC电线软管内，然后先沿大圆圆周依次通过电缆线入线孔40将其引入到第一、第二、第三、第四微震监测井的操作平台52内，接着，沿小圆圆周依次通过电缆线入线孔40将其引入到第五、第六、第七、第八微震监测井的操作平台52内，接着，用水泥20对电缆线入线孔40进行封堵，防止水的进入，再接着，把装有电缆线42的PVC电线软管埋设在电缆线槽内，引到微震动信号采集与发射装置10，最后引到太阳能风能发电装置22，完成电缆线的敷设。

）发射塔组装。首先将卡板45卡在发射塔台面43的卡槽46里，并将卡板滑动钢丝绳47固定在卡板45上；接着，将发射塔台面43固定在发射塔支撑脚41上的台面固定槽48内，完成发射塔组装。

）微震源定位精度测试。

第一步，首先通过安装杆将传感器分别安装到第一、第二、第三、第四、第五微震监测井的大微震监测孔传感器固定台30上、第六微震监测井6的竖直大微震监测孔传感器固定台30上、第七和第八微震监测井远离微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台34上，进入下一步；

第二步，调试SSS-1型微震动信号采集与发射装置10，确保其正常工作，进入下一步；

第三步，将发射塔架到微震动信号发射井9的上方，将发射塔台面43固定到的台面固定槽48上，记录发射塔台面43的高度，进入下一步；

第四步，合拢发射球卡孔44，将发射球49放置到发射球卡孔44上，拉动卡板滑动钢丝绳47，发出发射球49，同时记录发射球49发出的准确时间，发射球49撞击微震动信号发孔24底部产生震动信号，同时记录发射球49发出的准确时间，进入下一步；

第五步，观察微震监测系统是否采集到有效的震动信号，若没有采集到有效信号，将更换比上一发射球重0.5Kg的发射球，返回第四步；若采集到了有效震动信号，返回第四步，直到连续3次采集到了有效微震动信号，进入下一步；

第六步，根据监测到的微震信号利用待测试的定位算法定位震动源的位置，并与真实震动源的位置比较，确定微震源定位精度，分析定位算法的优劣，结束测试。

）传感器阵列对定位精度影响测试。由于不同的定位方法对传感器阵列的要求不尽相同，

第一步，首先根据选定的定位算法，依据8个微震监测井内的16个微震监测孔，设计传感器布置方案，形成不同的传感器阵列，进入下一步；

第二步，选择一种传感器布置方案，通过特制的安装杆将传感器安装到指定的位置，进入下一步；

第三、四、五、六步同本发明“微震源定位精度测试方法”的第二、三、四、五步；

第七步，重复第二至六步的操作，直到测试完所有传感器布置方案，进入下一步；

第八步，分析不同传感器布置方案对微震源定位算法的影响，最后确定该定位算法的最优传感器布置方案，结束测试。

）近场能量计算模型验证。一般认为微震动源距离传感器的距离小于2倍的波长时，为近场问题。测试平台监测的震动频率一般低于1000Hz，震动信号在基岩中传播的速度一般都高于4000m/s，也就是说在测试平台区的震动信号的波长一般都大于4m，即测试平台内震动信号的传播是一个近场问题，可以用来验证近场能量计算模型的有效性。验证方法如下：

第一至五步同本发明“微震源定位精度测试方法”的第一至五步；

第六步，根据发射塔台面的高度及发射球的重量，考虑撞击时能量的消耗与衰减，利用公式（1）计算撞击产生的振动能。

E=amgh（1）

其中，E为撞击产生的振动能，m为发射球的质量，g为重力加速度，h为发射塔台面距离微震动信号发射孔底部的距离，为衰减系数，可以通过自由落体试验确定，进入下一步。

第七步，根据微震监测设备监测到的微震信号，按照待验证的近场能量计算模型，反算微震动信号震源的能量，与公式（1）计算的结果进行比较，验证近场能量计算模型的可靠性与适用性，结束测试。

）速度场对微震源定位影响测试。由于该测试方法中微震源是人工制造的，且其发生的位置和时间可以精确获得，传感器的位置和接收到震动信号的时间也可以精确获得，因此，微震动从微震源到传感器之间的精确波速可以计算得到，从而可以测试基于不同假设的速度模型对微震源定位精度的影响。测试过程如下：

第一步，首先，根据要测试的工程实际条件，确定要测试的不同速度模型方案，进入下一步；

第二步，选择一种速度模型方案，研究该速度模型下微震源的定位精度，微震源定位精度测试方法同本发明的“微震源定位精度测试方法”，进入下一步；

第三步，重复第二步的操作，直到测试完所有速度模型，进入下一步；

第四步，分析不同速度模型对微震源定位算法的影响，最后确定该工程条件下最佳速度模型，结束测试。

）传感器性能测试。该方法主要通过对比的方法测试应用新技术的传感器的性能。测试过程如下：

第一步，将作为测试标准的性能成熟的2个传感器，通过特制的安装杆分别安装到7和第八微震监测井靠近微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台上，接着，通过特制的安装杆将待测试的2个传感器分别安装到7和第八微震监测井远离微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台上，进入下一步；

第二至五步，同本发明“微震源定位精度测试方法”的第二至五步，进入下一步；

第六步，将发射塔台面调到下一个台面固定槽上，重复第二至五步，直到发射塔台面调到最低一个台面固定槽上，进入下一步；

第七步，对不同条件下两种传感器（作为测试标准的和待测试的）监测到的同一微震信号的频率、振幅、持续时间、能量等特征进行分析，对抗环境噪音的干扰的能力，对比其优劣，结束测试。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种微震系统多功能测试平台，包括微震动信号采集与发射装置(10)，其特征在于，还包括依次均匀顺时针设置在外圆的第一微震监测井(1)、第二微震监测井(2)、第三微震监测井(3)和第四微震监测井(4)，依次均匀顺时针设置在内圆的第五微震监测井(5)、第六微震监测井(6)、第七微震监测井(7)和第八微震监测井(8)，外圆和内圆同圆心，在圆心处设置有微震动信号发射井(9)，第一微震监测井(1)位于微震动信号发射井(9)的正东方，第五微震监测井(5)位于微震动信号发射井(9)的东南方，第一～第八微震监测井(1～8)内设置的微震监测传感器分别与微震动信号采集与发射装置(10)连接，第一微震监测井(1)、第二微震监测井(2)、第三微震监测井(3)、第四微震监测井(4)和第五微震监测井(5)均包括大微震监测孔(25)、小微震监测孔(26)、操作平台(52)，大微震监测孔(25)和小微震监测孔(26)均垂直开设在基岩(51)上，大微震监测孔(25)的孔径大于小微震监测孔(26)的孔径，大微震监测孔(25)的入岩深度大于小微震监测孔(26)的入岩深度，基岩(51)构成井体，井体的井口处设置有操作平台(52)，大微震监测孔(25)、小微震监测孔(26)和微震动信号发射井(9)依次设置在同一直线上，且大微震监测孔(25)和小微震监测孔(26)关于操作平台(52)的圆心对称，大微震监测孔(25)的底部设置有大微震监测孔传感器固定台(30)，大微震监测孔传感器固定台(30)的侧部设置有大微震监测孔传感器连接螺纹(31)，小微震监测孔(26)底部设置有小微震监测孔传感器固定台(34)，小微震监测孔传感器固定台(34)的侧部设置有小微震监测孔传感器连接螺纹(35)。

2.根据权利要求1所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的大微震监测孔(25)和小微震监测孔(26)内均设置有监测孔防护管，监测孔防护管的底部连接有监测孔底盖，监测孔防护管与井体之间通过水泥耦合，监测孔防护管的顶部伸出操作平台(52)底部且设置有监测孔防水盖，监测孔防水盖设置有监测孔孔盖密封圈，监测孔防水盖通过螺纹与监测孔防护管连接，实现密封，监测孔底盖上设置有传感器固定台，传感器固定台侧部设置有传感器连接螺纹。

3.根据权利要求2所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的第二微震监测井(2)的大微震监测孔(25)的入岩深度小于第一微震监测井(1)的大微震监测孔(25)的入岩深度；第三微震监测井(3)的大微震监测孔(25)的入岩深度与第一微震监测井(1)的大微震监测孔(25)的入岩深度一致；第四微震监测井(4)的大微震监测孔(25)的入岩深度与第二微震监测井(2)的大微震监测孔(25)的入岩深度一致；第五微震监测井(5)的大微震监测孔(25)的入岩深度小于第二微震监测井(2)的大微震监测孔(25)的入岩深度。

4.根据权利要求2所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的第六微震监测井(6)除了利用传感器测试孔(23)替代小微震监测孔(26)之外，其他组成结构与第五微震监测井(5)一致，传感器测试孔(23)与水平面成45度角。

5.根据权利要求2所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的第七微震监测井(7)除了利用小微震监测孔(26)替换大微震监测孔(25)之外，其他组成结构与第五微震监测井(5)一致，第八微震监测井(8)与第七微震监测井(7)组成结构一致。

6.根据权利要求1所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的操作平台(52)设置有防水井盖，防水井盖包括圆环形井盖固定框(11)，圆环形井盖固定框(11)一端通过不锈钢合页(19)与操作平台(52)的环形洞壁(38)上沿一端活动连接，圆环形井盖固定框(11)另一端通过不锈钢挂锁(12)与操作平台(52)的环形洞壁(38)上沿另一端连接，圆环形井盖固定框(11)内嵌设有钢化玻璃(13)，操作平台(52)的上沿开设有密封槽(39)，内置有井盖密封圈(14)，操作平台(52)的环形洞壁(38)上开设有电缆线入线孔(40)。

7.根据权利要求1所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的微震动信号发射井(9)包括垂直设置在基岩(51)上的微震动信号发射孔(24)，基岩(51)构成井体，井口处设置有操作平台(52)，微震动信号发射孔(24)内设微震动信号发射孔防护管(28)，微震动信号发射孔防护管(28)与基岩(51)通过水泥连接，微震动信号发射孔(24)上设置有带信号发射孔孔盖密封圈(54)的微震动信号发射孔防水盖(27)。

8.根据权利要求7所述的一种微震系统多功能测试平台，其特征在于，所述的微震动信号发射井(9)的操作平台(52)上设置有发射塔，发射塔包括设置在微震动信号发射孔(24)上方的发射塔支撑脚(41)，发射塔支撑脚(41)上开设有台面固定槽(48)，台面固定槽(48)内卡设有发射塔台面(43)，发射塔台面(43)上开设有卡槽(46)，卡槽(46)内卡设有两块卡板(45)，两块卡板(45)合拢时其合拢处有发射球卡孔(44)，两块卡板(45)均与卡板滑动钢丝绳(47)连接。

9.一种利用权利要求8所述装置进行微震源定位精度测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过安装杆将微震监测传感器分别安装到第一、第二、第三、第四、第五微震监测井的大微震监测孔传感器固定台(30)上、第六微震监测井(6)的竖直大微震监测孔传感器固定台(30)上、第七和第八微震监测井远离微震动信号发射井的小微震监测孔传感器固定台(34)上，进入下一步；

步骤2、调试微震动信号采集与发射装置(10)，确保其正常工作，进入下一步；

步骤3、将发射塔架到微震动信号发射井(9)的上方，将发射塔台面(43)固定到台面固定槽(48)上，记录发射塔台面(43)的高度，进入下一步；

步骤4、合拢发射球卡孔(44)，将发射球(49)放置到发射球卡孔(44)上，拉动卡板滑动钢丝绳(47)，发出发射球(49)，同时记录发射球(49)发出的准确时间，发射球(49)撞击微震动信号发射孔(24)底部产生震动信号，同时记录发射球(49)发出的准确时间，进入下一步；

步骤5、观察微震监测系统是否采集到有效的震动信号，若没有采集到有效震动信号，将更换比上一发射球重0.5Kg的发射球，返回步骤4；若采集到了有效震动信号，返回步骤4，直到连续3次采集到了有效震动信号，进入下一步；

步骤6、根据监测到的震动信号利用待测试的定位算法定位微震源的位置，并与真实微震源的位置比较，确定微震源定位精度，分析定位算法的优劣，结束测试。