煤炭约占我国能源使用量的三分之二左右,煤矿事故时有发生。采用科学的方法提前进行精准预警,减少煤矿安全事故发生率显得尤为重要。光纤声发射检测技术作为一种新型的无损检测技术,在矿井塌方预测中发挥着重要的作用。光纤声发射传感器具有体积比较小、频率带宽高、灵敏度高、损伤阈值高等优点,检测时与被测物体无接触,并能适应不同的恶劣环境。本文对现有的光纤声发射传感器进行分析,设计出适用于煤矿井塌方预测的光纤声发射传感器结构,研究了提高其灵敏度的方法,并提出了如何预测煤矿井塌方及塌方点的定位方法。首先,分析了几种典型的光纤声发射传感器,为实现精准的煤矿井塌方预测提供理论依据。分析其结构及原理,对比其特性,选择了具有方向性且抗干扰能力强的Sagnac光纤声发射传感器用于煤矿井塌方的预测。其次,结合煤矿井下的特殊环境及存在的问题,设计了Sagnac光纤声发射传感器应变花做为测量的应变元件应用于煤矿井下。由于煤矿井下的噪声较多,而声发射信号非常微弱,因此需要提高此应变花的灵敏度。根据此应变花的结构及原理,提出了通过调制初始相位的方法提高其相位灵敏度。将初始相位调制到3π/2时,其相位灵敏度增大了6倍左右。通过实验证明,该方法有效的提高了光纤声发射传感器的灵敏度。再次,为实现煤矿井塌方预测,针对煤矿井下电磁干扰大、存在大量易燃易爆气体等特殊环境,提出一种预测煤矿井顶板塌方的方法。以王家岭煤矿为背景,采用王家岭煤矿2号煤层煤岩样进行单轴压缩实验,测试其抗压强度、弹性模量等力学参数,通过仿真实验计算出其应力-时间-声发射信号能量计数的关系。并且针对煤矿井下的特殊环境,提出了基于小波变换的阈值烟花算法寻优去噪的去噪方法。并通过仿真实验得出结论:当声发射能量计数大于23×105V时,煤矿井顶板会产生塌方,此时为了保证矿工的生命安全,应立即发出预警信号,当预警启动后有约30秒的时间进行避险。最后,分析了传统的声发射源定位算法,结合煤矿井的特殊环境以及设计的Sagnac光纤声发射传感器应变花的结构特点,提出新的声发射源空间定位算法,该方法可解决煤矿井下铺设大量光纤进行的空间定位难的问题,通过仿真实验可以看出,相对于传统的光纤声发射传感器定位算法,在短距离定位时误差更小,并能够准确的检测到声发射源位置。该论文有图28幅,表2个,参考文献56篇。