CN103323530A - 利用爆破作业震动波检测巷道群围岩稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用爆破作业震动波检测巷道群围岩稳定性的方法，它是在正施工的巷道的爆破地震波作为检测信号源，在前施工完的巷道中布置布置爆破地震监测仪器，利用相邻测点的距离和时间差，得到地震波在待测巷道围岩中相邻测点之间传播的视速度，利用不同测点的卓越频率，计算相邻测点岩体的品质因子；利用视速度和品质因子变化判断围岩质量的优劣。本发明借鉴地震勘探技术的思路，充分利用能量最强、最容易分辨的爆破直达波，把直达波记录下来并且进行时间、频率方面的处理，利用时间域、频率域指标的变化，实现对巷道围岩状态的反分析。

Description

利用爆破作业震动波检测巷道群围岩稳定性的方法

技术领域

本发明涉及巷道群爆破开挖时的围岩稳定性监测方法。

背景技术

目前，在地下巷道群的施工中，往往分先后顺序施工，在施工后面的巷道时必然影响在前施工完的巷道。因为施工过程中的爆破地震波，对岩体中的已有节理和裂隙，会产生很强的劣化作用，加剧围岩的破裂，因而会影响临近巷道围岩稳定性。所以在后期爆破施工中必须对必须对在前施工完的巷道进行检测，以便控制爆破震动效应。

目前的巷道围岩稳定性监测方法，主要是位移监测，例如顶板的位移。测量位移的方法很多，常见的是收敛计，此外也有利用红外、激光测试仪器的。但它们基本上是用在巷道静荷载的工况，不适合爆破的情形。因为爆破时候产生的震动，会影响到这些量测仪器自身的工作。另外，也有间接的测量方法，例如微地震方法。但是微地震方法是一种被动的测试方法，要等待微地震事件发生，再就是微地震发生的位置、信号的强弱是随机的，难以人为干预，这对测量结果有很大的影响。利用微地震对巷道进行稳定判断的判据往往也难以确定，不同岩石差异很大。

利用巷道群中不同地点的爆破作业，来判定其周围巷道围岩的稳定，可以充分利用爆破作业的震动能量信号，时间短、简单方便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种巷道群围岩稳定检测方法，通过某一个正在施工的巷道的爆破地震波作为检测信号源，检测在前施工完的巷道的稳定。

本发明提供的巷道群围岩稳定检测方法是：

第一步：首先选择测点，要求所选择围岩应当是牢固的，不是浮石；在待监测的巷道内底板的一侧或者巷道的边帮，设置n个地震监测点，n≥5，测点间距为10-20米，依次称为第一测点、第二测点......以此类推，要求第一、二测点设在需要重点监测的区域之外，其他测点设置在需要重点监测的区域内；在每个测点围岩的表面上用石膏或者速凝水泥紧固粘接速度传感器，在待监测的巷道中布置爆破地震监测仪器；然后将所有速度传感器的信号线与爆破地震监测仪器相连；

第二步：用拉皮尺或者全站仪测量各个地震监测点的位置坐标，计算得到各个相邻监测点之间的距离；

第三步：临近巷道进行爆破作业时，首先打开设置在待监测巷道的爆破地震监测仪器，待爆破时，各爆破地震监测点会被触发，并记录监测点的震动波形，拾取、记录各个测点的地震信号；

第四步：对不同测点得到的波形进行分析运算，可以得到波形峰值到达不同测点的时间差，利用相邻测点的距离和时间差，得到地震波在待测巷道围岩中相邻测点之间传播的视速度，视速度计算方法如下：

第4.1步：对各个测点得到的地震信号进行运算，分析地震波波峰值到达不同地震监测点的时间，进一步可以得到爆破地震波峰值到达各个监测点的时间差；

第4.2步：利用相邻测点的距离和爆破地震波峰值到达相邻测点的时间差，得到地震波在待测巷道围岩中各个相邻监测点之间传播的视速度V，即：第2测点与第1测点之间的视速度为V₁，第3测点与第2测点之间的视速度为V₂，第4测点与第3测点之间的视速度为V₃，以此类推直到V_n-1，n为测点的个数；

第五步：以V₁为基准，分别计算视速度V₂、V₃......V_n-1分别相对于V₁下降的百分比绝对值a；

第六步：进一步分析监测数据，计算围岩的质点震动频率品质因子变化，从而对待测巷道的围岩质量做进一步判断和分析，具体方法如下：

第5.1步：对不同测点的震动信号进行傅里叶分析，计算其频域内震动的变化，也就是不同测点的卓越频率；

第5.2步：利用不同测点的卓越频率，计算相邻测点岩体的品质因子Q，即：第2测点与第1测点之间的品质因子为Q₁，第3测点与第2测点之间的品质因子为Q₂，第4测点与第3测点之间的品质因子为Q₃，以此类推直到Q_n-1，n为测点的个数；

第七步：以Q₁为基准，分别计算品质因子Q₂、Q₃......Q_n-1分别相对于Q₁下降的百分比值绝对值b；

第八步：利用围岩中各相邻测点之间的a和b值，作为各相邻测点所在的围岩段质量下降的判定指标，判断处于重点监测区域的不同测点间各段巷道围岩的稳定情况；判定标准如下：

如果某相邻测点围岩中a和b值均小于10%，则认为该相邻测点所在的区域围岩非常稳定；

如果某相邻测点围岩中a值和b值中，有一个小于10%，另一个在10%和30%之间，认为该相邻测点所在的区域围岩比较稳定；

如果某相邻测点围岩中a和b值均在10%和30%之间，则认为该相邻测点所在的区域围岩有不稳定趋势，需要加强观测；

如果某相邻测点围岩中a和b值中，只要有一个大于30%，另外一个值小于30%，则认为该相邻测点所在的区域围岩围岩不稳定，需要密切注意；

如果某相邻测点围岩中a和b值均大于30%，则认为该相邻测点所在的区域围岩极不稳定，需要密切注意。

本发明的优点是：地震勘探一般利用地震反射波，本发明借鉴地震勘探技术的思路，充分利用能量最强、最容易分辨的爆破直达波，把直达波记录下来并且进行时间、频率方面的处理，利用时间域、频率域指标的变化，实现对巷道围岩状态的反分析。本发明的思路明晰，与已有技术相比，具有很大的方便性和实用性。

附图说明

图1是某工程相邻巷道群的局部截面图；

图2是爆破测震布置。

图中：1-第一测点，1-第二测点，3-第三测点，4-第四测点，5-第五测点，6-第六测点。

具体实施方式

为能清楚说明本发明的技术方案特点，下面通过一个具体的工程观测实施过程，并结合附图，对本发明技术方案进行阐述。

图1是某工程相邻巷道群的局部截面图，图中显示出四个巷道，分别记为：巷道Ⅰ、巷道Ⅱ、巷道Ⅲ、巷道Ⅳ，巷道Ⅲ为正在施工的巷道，需要进行爆破作业，利用巷道Ⅲ的爆破地震波作为检测信号源，检测在前施工完的巷道Ⅰ的重点监测部位的稳定性。

根据现场情况，在待监测的巷道Ⅰ的边帮布置六个爆破地震监测点，依次记为第一测点1、第二测点2、第三测点3、第四测点4、第五测点5和第六测点6，其中测点2-6所在的区域为需要重点监测的区域，实施时，在六个测点围岩的表面上用石膏或者速凝水泥紧固粘接速度传感器，在待监测的巷道Ⅰ中布置爆破地震监测仪器；然后将六个速度传感器的信号线与爆破地震监测仪器相连。

当巷道Ⅲ开始爆破作业时，打开设置在巷道Ⅰ中的爆破地震监测仪器，地震直达波按图2所示路径传播，各爆破地震监测点在爆破后，会被触发并记录监测点的震动波形，拾取、记录六个测点的地震信号，对六个测点得到的波形进行分析运算，按照上述技术方案记载的方法分别计算出处于监测区域的第2-6测点之间的a和b值，详细数据见表一。

表一

根据技术方案记载的判断标准，结合表一可以看出：

第二测点2和第三测点3之间的a值大于10%小于30%、b值小于10%，说明第二测点2和第三测点3之间所在的区域围岩比较稳定；

第三测点3和第四测点4之间的a值大于30%、b值小于10%，说明第三测点3和第四测点4之间所在的区域围岩不稳定，需要密切注意；

第四测点4和第五测点5之间的a值在10%和30%之间、b值小于10%，第四测点4和第五测点5之间所在的区域围岩比较稳定。

第五测点5和第六测点6之间的a值大于30%、b值小于10%，说明第五测点5和第六测点6之间所在的区域围岩不稳定，需要密切注意。

用现有隧道地震波超前地质预报探测技术（TSP）发现，第三测点3和第四测点4之间，第五测点5和第六测点6之间，围岩状态稳定性比较差，和本发明检测结果完全相符。

Claims (1)

1.一种利用爆破作业震动波检测巷道群围岩稳定性的方法，其特征在于，

第一步：首先选择测点，要求所选择围岩应当是牢固的，不是浮石；在待监测的巷道内底板的一侧或者巷道的边帮，设置n个地震监测点，n≥5，测点间距为10-20米，依次称为第一测点、第二测点......以此类推，要求第一、二测点设在需要重点监测的区域之外，其他测点设置在需要重点监测的区域内；在每个测点围岩的表面上用石膏或者速凝水泥紧固粘接上速度传感器，在待监测的巷道中布置爆破地震监测仪器；然后将所有速度传感器的信号线与爆破地震监测仪器相连；

第二步：用拉皮尺或者全站仪测量各个地震监测点的位置坐标，计算得到各个相邻监测点之间的距离；

第三步：临近巷道进行爆破作业时，首先打开设置在待监测巷道的爆破地震监测仪器，待爆破时，各爆破地震监测点会被触发，并记录监测点的震动波形，拾取、记录各个测点的地震信号；

第四步：对不同测点得到的波形进行分析运算，可以得到波形峰值到达不同测点的时间差，利用相邻测点的距离和时间差，得到地震波在待测巷道围岩中相邻测点之间传播的视速度，视速度计算方法如下：

第4.1步：对各个测点得到的地震信号进行运算，分析地震波波峰值到达不同地震监测点的时间，进一步可以得到爆破地震波峰值到达各个监测点的时间差；

第4.2步：利用相邻测点的距离和爆破地震波峰值到达相邻测点的时间差，得到地震波在待测巷道围岩中各个相邻监测点之间传播的视速度V，即：第2测点与第1测点之间的视速度为V₁，第3测点与第2测点之间的视速度为V₂，第4测点与第3测点之间的视速度为V₃，以此类推直到V_n-1，n为测点的个数；

第五步：以V₁为基准，分别计算视速度V₂、V₃......V_n-1相对于V₁下降的百分比绝对值a；

第六步：进一步分析监测数据，计算围岩的质点震动频率品质因子变化，从而对待测巷道的围岩质量做进一步判断和分析，具体方法如下：

第5.1步：对不同测点的震动信号进行傅里叶分析，计算其频域内震动的变化，也就是不同测点的卓越频率；

第5.2步：利用不同测点的卓越频率，计算相邻测点岩体的品质因子Q，即：第2测点与第1测点之间的品质因子为Q₁，第3测点与第2测点之间的品质因子为Q₂，第4测点与第3测点之间的品质因子为Q₃，以此类推直到Q_n-1，n为测点的个数；

第七步：以Q₁为基准，分别计算品质因子Q₂、Q₃......Q_n-1相对于Q₁下降的百分比值绝对值b；

第八步：利用围岩中各相邻测点之间的a和b值，作为各相邻测点所在的围岩段质量下降的判定指标，判断处于重点监测区域的不同测点间各段巷道围岩的稳定情况；判定标准如下：

如果某相邻测点围岩中a和b值均小于10%，则认为该相邻测点所在的区域围岩非常稳定；

如果某相邻测点围岩中a值和b值中，有一个小于10%，另一个在10%和30%之间，认为该相邻测点所在的区域围岩比较稳定；

如果某相邻测点围岩中a和b值均在10%和30%之间，则认为该相邻测点所在的区域围岩有不稳定趋势，需要加强观测；

如果某相邻测点围岩中a和b值中，只要有一个大于30%，另外一个值小于30%，则认为该相邻测点所在的区域围岩围岩不稳定，需要密切注意；

如果某相邻测点围岩中a和b值均大于30%，则认为该相邻测点所在的区域围岩极不稳定，需要密切注意。