煤炭是我国重要的基础能源,并将在较长时间内仍会是我国重要的一次能源来源。但我国煤炭开采条件普遍不佳,随着易采资源的日益枯竭,全国煤矿平均采深已至600米以上并在不断增加。随着煤矿采深的增加,由采掘活动引发的井下灾害发生的频率及能量也越来越高,严重威胁井下人员生命和财产安全。相比其他手段,矿震监测及基于此的反演作为一种较易实施且效果较好的在线监测手段正受到越来越多学者的重视,但在工程实践中,矿震监测及反演也遇到了通道数不足、数据处理能力弱、反演结果可靠性不高等问题。基于矿震监测及反演现状,本文对矿震监测系统及基于此的矿震波速反演进行了相关研究,并完成了以下工作:1)针对现有矿震监测系统通道数少、布设不便的缺点,研究了分布式矿震监测系统关键技术,提出了一种降低矿震监测数据传输量的方法,极大地扩充了矿震监测系统检波器容量并完成样机试制及相关测试。分布式矿震监测系统具备容量大、高可用、数据格式统一、可进行在线式数据处理的特点,其中的智能检波器使用了改进的基于阈值的矿震数据传输方法,在保证数据完整性的前提下节约了网络带宽,同时也极大扩充了整个系统的检波器容量,使通道数不再成为系统的瓶颈。分布式矿震监测系统的数据中心采用高可用架构,充分利用了负载均衡、消息队列、服务器集群等技术,具备在线处理矿震监测数据的能力。2)针对二维远场震源定位模糊问题,基于模型空间降维思想提出了一种新的二维条件下远场震源定位方法,从理论上解决了定位模糊问题并提高了定位速度与稳定性。在分布式矿震监测系统中,检波器数量得到极大扩充,检波器间距也相应缩小,大量存在震源位于远场的情况(即震源横、纵坐标与两个检波器中点横、纵坐标距离大于2.5倍道间距时),由于计算机的数据处理精度有限,在此条件下,原有的定位方法理论上即存在定位模糊。针对这一问题,本文基于模型空间降维思想提出一种快速、稳定的定位方法,数值模拟实验显示,在测得到时差信噪比高于80dB时,新方法能够快速、稳定地收敛到真实解附近,而在信噪比低于80dB时,新方法的定位精度略差于原方法。3)基于模型空间降维思想对矿震波速反演模型空间进行降维,将反演空间由空域变换为频域,并提出一种基于PSO的频域非线性波速反演方法,解决了直接空域反演不易收敛的问题。新方法使用二维FFT对基于网格剖分的矿震波速反演模型空间进行了降维,数值模拟实验显示,在将模型维数降低为原来的1/100后,使用PSO对50×50网格波速分布进行频域反演所得结果与理论值较为接近。对比实验显示,在相同的反演参数及模型空间维数条件下,空域反演结果与理论值明显不同且所得结果稳定性较差,证明新方法相比原始方法具有巨大优势。4)在模型空间降维的基础上提出一种在反演过程中添加应力约束的方法,新方法通过引入应力约束进一步降低模型空间大小,从而实现多解性的降低,提高了反演结果的可靠性与稳定性。数值模拟实验显示,新方法可以同时获得应力变化前后的波速分布图像,与理论值相比,所得结果基本反映了应力变化情况。在相同反演参数下,与无应力约束的波速反演结果相比,应力约束使波速反演结果与理论值间的平均误差降低了30.6%,反演结果与理论值间误差的方差降低了84.1%,体现了应力约束对提高反演结果可靠性与稳定性的巨大作用。