吴海

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安，710077)

0 引言

煤矿井下地震勘探技术与地面地震勘探技术相比，具有探测深度浅、分辨率高等独特优势。近年来，国内外学者在煤矿井下开展了较多的地震勘探技术研究，取得了一些很好的研究效果。尤其是煤矿井下槽波勘探技术在断层、陷落柱等地质异常体的探测方面取得了一些进展。煤矿井下特殊的工作环境，要求矿井地震仪既要符合防爆要求还要尽量轻便。目前，已取得防爆合格证和矿用产品安全标志证书的矿井地震仪主要有德国DMT公司研制的Summit II井下防爆槽波地震仪，中煤科工集团西安研究院有限公司研制的KDZ3113矿井地震勘探仪、YTZ3矿用地震仪和YTR（D）瑞利波探测仪，福州华虹公司研制的KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪和KDZ1114-3便携式矿井地质探测仪，中煤科工集团重庆研究院有限公司研制的DTC-150防爆地质超前探测仪等。

1 矿井地震仪技术要求

1.1 防爆要求

矿井地震仪由于使用在煤矿井下，所以其必须按照经规定的程序和国家授权的检验单位审批的图纸和技术文件制造，并取得检验单位发放的“防爆合格证”及安标国家中心发放的“煤矿矿用产品安全标志证书”。矿井地震仪应能通过GB 3836.4-2010第10.1规定的火花点燃试验。

1.2 工作环境

矿井地震仪应能在下列条件下正常工作：a）环境温度：0 ℃～40 ℃；b）平均相对湿度：不大于95%(25 ℃)；c）大气压力：80 kPa～110 kPa；d）在甲烷、煤尘爆炸性气体混合物但无破坏绝缘的腐蚀性气体环境中使用。

1.3 供电方式

矿井地震仪可采用铬镍电池、镍氢电池和锂离子等蓄电池供电，产品标准应对电池的型号、连接方式、电压和电流的限定等做出规定。

1.4 电气性能

矿井地震仪的电气性能至少应包括以下指标：a）信号道数：由产品标准规定；b）输入阻抗：与检波器匹配，由产品标准规定；c）采样间隔：0.25 ms，0.5 ms，1 ms，2 ms等可选；d）前放增益：18 dB，36 dB等可调；e）增益精度：不大于1 %；f）总谐波失真度：不大于0.01 %；g）道间一致性：振幅一致性±0.5 %，相位一致性± 0.5；h）串音：不大于-100 dB； i）本底噪声：不大于1 µ（V1 ms）；j）动态范围：不小于110 d（B1 ms）。

2 电气性能检验

矿井地震仪出厂时需要对其各项电气性能指标进行检验，本文给出了矿井地震仪的输入阻抗、前放增益、增益精度和动态范围的检验方法。

2.1 输入阻抗

测试线路如图1所示，电阻R取值10MΩ。

图1 输入阻抗测试线路

直流稳压源输出1000mV电压，用电压表测量得到电压读数OV值，再给信号源与矿井地震仪之间串入10MΩ电阻进行测量得到电压值IV，按以下公式计算：

式中：

Rin——输入阻抗，单位Ω；

VI——未串入电阻时测得的电压值，单位V；

VO——串入电阻后测得的电压值，单位V。

2.2 前放增益

输入频率20 Hz，幅度inV 的正弦信号，设置矿井地震仪的前放增益，测得的输出信号为outV，按下列公式计算：

式中：

G——前放增益，单位dB；

Vout——输出信号的电压值，单位V；

Vin——输入信号的电压值，单位V。

2.3 增益精度

输入频率20Hz，幅度1V（峰峰值）的正弦信号，设置矿井地震仪的前放增益18dB，测得地震仪输出的电压信号值2V，按下列公式计算：

式中：

Dgain——增益精度；

V1——放大后信号的理论电压值，单位V；

V2——实际测量的电压有效值，单位V。

2.4 动态范围

输入频率20 Hz，幅度为矿井地震仪最大信号的正弦信号，设置地震仪的采样间隔为1ms，记录地震仪采集的信号Vmaxi。按下列公式计算：

式中：

i——矿井地震仪道数，i从1到矿井地震仪最大道数；

Di——矿井地震仪第i道的动态范围，单位dB；

Vmaxi——输入最大信号下矿井地震仪第i道的采集的电压有效值，单位 V；

Vmini——矿井地震仪第i道本底噪音的电压有效值，单位V。

3 结语

煤矿井下特殊的工作环境，对矿井地震仪提出了更高的要求。针对矿井地震仪的特点，给出了矿井地震仪的防爆要求、工作环境要求、电气性能指标。为了确保矿井地震仪的各项性能指标，要求矿井地震仪出厂时必须进行性能指标检验。按照本文提出的输入阻抗、前放增益、增益精度和动态范围的检验方法，可以检验矿井地震仪的这几项性能指标是否达标。