CN111273340A - 一种随采隧道地质超前预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工技术领域，尤其为一种随采隧道地质超前预报方法，包括预报系统，预报系统包括：传感器，依据传感器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震反射波；超前预报仪，超前预报仪连接传感器，用于接收传感器接收到的电信号，并对接收的电信号进行放大和模/数转换处理，得到波形数据；预报系统还包括：处理器，处理器连接超前预报仪，用于对超前预报仪得到的波形数据进行数据处理；预报系统还包括：震源，震源采用开挖断面一次爆破。本发明设计的研发不仅减少了对于正常隧道掘进施工的干扰，同时弥补国内其他隧道地质超前预报仪器对震源能量不足的问题，提高了隧道超前预报的工作效率与精准度，有利于该仪器的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种随采隧道地质超前预报方法。
背景技术
我国很多地区地质环境较为复杂，多在造山带内，破裂带和地下水等地质危害严重，因而需要采用隧道超前预报技术提前发现隧道开挖过程中的不利地质条件、预报掌子面前方的地质构造和含水性，从而保障施工进度和施工人员安全。采用先进的、科学的隧道超前预报方法来准确预报隧道所通过范围内的不良地质体的性质、规模和状态显得很重要，尤其是在地质条件复杂地段和采用钻爆法施工技术的情况下。同时超前预报也为隧道施工的方法、支护形式的变更提供了重要依据，从而减少了施工的盲目性。因而超前预报在隧道施工中具有重大意义；
隧道超前预报是以介质物理性质及结构差异为基础，在隧道、地下井巷、采场等工作面上进行应用，通过观测地下物理场的分布及其变换规律来研究工作面前方是否存在地质异常以及地质体赋存状况及规模。弹性波反射法超前预报是以不同产状地质界面的弹性波传播特征为基础，尤其是典型灾害地质体的弹性波特征，通过分析和处理接收到的反射波，结合相关处理方法计算产生反射波的地质界面的空间位置以及界面间岩土体的弹性波速度参数，据此反演出前方工作面的地质特征，实现隧道施工地质超前预报目的；
但是，现有的隧道超前预报仪器及方法在隧道施工中超前预报的主要不利条件表现在：(1)空间狭小，需钻探测孔地质预报方法，操作不便、且费时；(2)如采用边墙打孔炸药震源激发的预报方法，应采用特殊处理，费时，且存在安全风险；(3)能量不足，探测距离与精度无法保证；(4)预报方法布设复杂、影响施工时间长。
因此，在选择随采地质超前地质预报仪器时，应充分考虑其适应性，选择高效且适应性强的仪器。目前国内适宜的随采TSP隧道施工的地质超前预报仪器暂时没有，因此我们提出了一种随采隧道地质超前预报方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的缺点，而提出的一种随采隧道地质超前预报方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种随采隧道地质超前预报方法，包括预报系统，所述预报系统包括：传感器，依据传感器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震反射波；
所述预报系统还包括：超前预报仪，所述超前预报仪连接传感器，用于接收所述传感器接收到的电信号，并对接收的电信号进行放大和模/数转换处理，得到波形数据；
所述预报系统还包括：处理器，所述处理器连接所述超前预报仪，用于对所述超前预报仪得到的波形数据进行数据处理；
所述预报系统还包括：震源，所述震源采用开挖断面一次爆破，采用感应或通断方式触发所述超前预报仪，用于反射波的接收；
所述预报系统还包括：传感器通过固定剂固化后与围岩的耦合作用来接受并记录地震波；
所述数据处理还包括：对多炮数据在拾取直达波后通过给定速度按直达波曲线进行时移校正，形成常规道集的超前地质预报数据，此后可与常规超前地质预报处理流程相同。
优选的，所述传感器通过固定剂(石膏，锚固剂等)进行固化。
优选的，所述预报系统还包括：观测系统，所述观测系统布设如下：
偏移距(第一个炮点与检波器距离)100-200米，记录炮点里程，采用多炮处理(以爆破数据达到可处理为止)，预测距离100-200米。
优选的，所述传感器依靠固定剂(石膏，锚固剂等)固化后与围岩的耦合作用来接受并记录地震波；
优选的，所述的随采隧道地质超前预报，在成像中，采用三分量极化偏移成像技术及全息岩土成像技术。
优选的，所述超前预报仪将来自传感器的数据转换为数据处理器识别的数字形式并进行归一化处理，然后传输给处理器，处理器对来自超前预报仪波形数据进行纵、横波分离；速度分析以及VSP与克希霍夫偏移联合成像，获得掌子面前方构造面位置及走向信息，从而提高了超前预报准确性。
本发明中所述的一种随采隧道地质超前预报方法的有意效果为：
(1)实现地质超前预报仪与隧道掘进一体化，有利于新仪器的推广应用；
(2)隧道的采掘活动，可以成为地震勘探的“免费”震源；
(3)数据采集系统具有信号精度高，小巧轻便的特点；
(4)超前勘探可以摆脱边墙放炮的安全隐患及对正常采掘生产的影响。
本发明设计的研发不仅解决隧道施工中的安全生产问题，同时弥补国内随采隧道地质超前预报仪器的不足，有利于该仪器的推广应用。
附图说明
图1为本发明提出的一种随采隧道地质超前预报方法的随采地质超前预报示意图；
图2为本发明提出的一种随采隧道地质超前预报方法的随采地质超前预报仪器数据处理解释流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，一种随采隧道地质超前预报方法，包括预报系统，所述预报系统包括：传感器，依据传感器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震反射波；
所述预报系统还包括：超前预报仪，所述超前预报仪连接预报仪，用于接收所述传感器接收到的电信号，并对接收的电信号进行放大和模/数转换处理，得到波形数据；
所述预报系统还包括：处理器，所述处理器连接所述超前预报仪，用于对所述超前预报仪得到的波形数据进行数据处理；
所述预报系统还包括：震源，所述震源采用开挖断面一次爆破，采用感应或通断方式触发所述超前预报仪，用于反射波的接收；
所述预报系统还包括：传感器通过固定剂固化后与围岩的耦合作用来接受并记录地震波；
所述数据处理还包括：对多炮数据在拾取直达波后通过给定速度按直达波曲线进行时移校正，形成常规道集的超前地质预报数据，此后可与常规超前地质预报处理流程相同。
本实施例中，所述传感器通过锚固剂、石膏、环氧树脂胶中的一种进行固化。
本实施例中，所述预报系统还包括：观测系统，所述观测系统布设如下：
偏移距(第一个炮点与检波器距离)100-200米，记录炮点里程，采用多炮处理(以爆破数据达到可处理为止)，预测距离100-200米。
本实施例中，所述传感器通过固定剂(石膏，锚固剂等)固化到隧道侧壁与围岩耦合。
本实施例中，所述的随采隧道地质超前预报，在成像中，采用三分量极化偏移成像技术及全息岩土成像技术。
本实施例中，所述超前预报仪将来自传感器的数据转换为数据处理器识别的数字形式并进行归一化处理，然后传输给处理器，处理器对来自超前预报仪波形数据进行纵、横波分离；速度分析以及VSP与克希霍夫偏移联合成像，获得掌子面前方构造面位置及走向信息，从而提高了超前预报准确性。
本实施例中，该研究主要对现有超前预报仪器和方法进行改进：
(1)现有超前预报以小能量炸药或机械震源，信号频率低，不易提取有效反射信号，提出以掌子面开掘爆破作为震源，解决信号源问题；
(2)在“无缆、无主机、无通讯”节点式地震接收仪器的技术条件下，研制具有“分布式采集、连续传输、实时监测、高精度”特点的地震信号接收仪器，满足在采集时实时传输与监测等需求，实现在采掘的同时进行超前探测，该技术可以用来监视上覆地层在采动过程中的变化，且有潜力实现监控级地震超前勘探。
(3)为达到钻爆施工中的随采实时预报的需求，对现有超前预报处理解释方法进行改进整合。完善现有超前预报处理解释方法，并适用于改进后的随采施工超前预报仪器采集的随采TSP超前预报数据，在成像中，采用三分量极化偏移成像技术及全息岩土成像技术。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
Claims (6)
1.一种随采隧道地质超前预报方法，其特征在于，包括预报系统，所述预报系统包括：传感器，依据传感器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震反射波；
所述预报系统还包括：超前预报仪，所述超前预报仪连接传感器，用于接收所述传感器接收到的电信号，并对接收的电信号进行放大和模/数转换处理，得到波形数据；
所述预报系统还包括：处理器，所述处理器连接所述超前预报仪，用于对所述超前预报仪得到的波形数据进行数据处理；
所述预报系统还包括：震源，所述震源采用开挖断面一次爆破，采用感应或通断方式触发所述超前预报仪，用于反射波的接收；
所述预报系统还包括：传感器依靠固定剂(石膏，锚固剂等)固化后与围岩的耦合作用来接受并记录地震波；
所述数据处理还包括：对多炮数据在拾取直达波后通过给定速度按直达波曲线进行时移校正，形成常规道集的超前地质预报数据，此后可与常规超前地质预报处理流程相同。
2.根据权利要求1所述的一种随采隧道地质超前预报方法，其特征在于，所述传感器通过固定剂进行固化。
3.根据权利要求1所述的一种随采隧道地质超前预报方法，其特征在于，所述预报系统还包括：观测系统，所述观测系统布设如下：
偏移距(第一个炮点与检波器距离)100-200米，记录炮点里程，采用多炮处理(以爆破数据达到可处理为止)，预测距离100-200米。
4.根据权利要求1所述的一种随采隧道地质超前预报方法，其特征在于，所述传感器放置于隧道侧壁，通过固定剂(石膏，锚固剂等)耦合。
5.根据权利要求1所述的一种随采隧道地质超前预报方法，其特征在于，所述的随采隧道地质超前预报，在成像中，采用三分量极化偏移成像技术及全息岩土成像技术。
6.根据权利要求1所述的一种随采隧道地质超前预报方法，其特征在于，所述超前预报仪将来自传感器的数据转换为数据处理器识别的数字形式并进行归一化处理，然后传输给处理器，处理器对来自超前预报仪波形数据进行纵、横波分离；速度分析以及VSP与克希霍夫偏移联合成像，获得掌子面前方构造面位置及走向信息。
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