CN113323725B - 一种隧道超前地质预报快速安全施工装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道超前地质预报快速安全施工装置及其施工方法，其中施工装置包括第一指示设备和第二指示设备、引爆器、检波设备、数据采集设备，所述第一指示设备上设有延迟器、接头、安全指示部件，所述延迟器上设有第一连通指示部件、延迟器开关，所述接头设有第二连通指示部件、接头开关，所述接头开关与引爆器连接；所述第二指示设备上设有第三连通指示部件、第四连通指示部件、安全开关；所述数据采集设备与检波设备和延迟器连接用于采集数据。本发明技术人员使用第一指示设备观察、炮工使用第二指示设备观察，无需口头交流，仅通过指示器即可交流信息，安全施工，提高了施工效率，同时改进震源，获得的隧道前方的信息更丰富。
Description
技术领域
本发明涉及隧道探测，具体地指一种隧道超前地质预报快速安全施工装置及施工方法。
背景技术
隧道由于通风机以及高压水产生的噪声，阻碍施工人员相互交流，容易造成炸药引爆引起的安全事故，同时炸药引爆产生的地震波在沿掌子面前方传播过程中能量衰减，反射回来被接收的信号更弱，后续资料处理的分辨率降低。
现有技术中，炮工将炸药放到炮孔后，将炸药两根炮线分别与延迟器和引爆器连接，迅速回到安全地带。检波器预先埋设与数据采集装置(一般为电脑)连接，技术人员在数据采集装置旁手握引爆器，技术人员只有确定炮工回到安全地带才能引爆炸药。此方法的缺陷为：1.隧道内光线差、噪声大，通过对讲设备、喊话难以交流，并且视野极其有限，因此技术人员难以完全确认炮工已达安全地带，易造成安全事故；2.引爆之前技术人员无法确定炮线连接是否通畅，易造成无效引爆。
因此，需要开发出一种结构简单、指示明确、可确保炮线连接完好且在不增加炸药药量情况下增加地震波能量的隧道超前地质预报快速安全施工装置及施工方法。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、指示明确、可确保炮线连接完好且在不增加炸药药量情况下增加地震波能量的震源改进隧道超前地质预报快速安全施工装置及施工方法。
本发明的技术方案为：一种隧道超前地质预报快速安全施工装置，其特征在于，包括第一指示设备和第二指示设备、引爆器、检波设备、数据采集设备，
所述第一指示设备上设有延迟器、接头、安全指示部件，所述延迟器上设有用于显示延迟器与炸药其中一根炮线间连接是否完好的第一连通指示部件、用于启闭延迟器的延迟器开关，所述接头设有显示接头输入端与炸药另一根炮线间连接是否完好的第二连通指示部件、用于启闭接头输出端的接头开关，所述接头开关与引爆器连接使接头开关开启时将引爆器与炸药的另一根炮线间连通；
所述第二指示设备上设有第三连通指示部件、第四连通指示部件、安全开关，所述第三连通指示部件与延迟器开关连接用于显示其开关状态，所述第四连通指示部件与接头开关连接用于显示其开关状态，安全开关用于根据第三连通指示部件和第四连通指示部件的状态向安全指示部件发送通断信号，安全指示部件根据该通断信号进行显示；
检波设备的信号输出端连接数据采集设备的检波信号输入端，延迟器的信号输出端连接数据采集设备的延迟信号输入端，检波设备埋设于隧道的预留孔内用于接收炸药爆破产生的地震波信号，延迟器具体用于记录炸药的毫秒延迟时间。
优选的，所述第一连通指示部件为亮起时显示连通完好的第一指示灯，所述第二连通指示部件为亮起时显示连通完好的第二指示灯，所述第三连通指示部件为亮起时显示延迟器开关为开启状态的第三指示灯，所述第四连通指示部件为亮起时显示接头开关为开启状态的第四指示灯。
优选的，所述安全指示部件为亮起时显示安全开关为开启状态的安全指示灯。
优选的，所述检波设备包括三分量检波器和套管，所述三分量检波器固定设置于套管内，所述套管埋设于隧道的预留孔内。
进一步的，所述套管周围与预留孔内壁间填充有锚固剂。
本发明还提供上述任一隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、施工炮孔
步骤二、放置炸药
将炸药等分成三小份，从炮孔底部开始等间距放入，相邻小份炸药间雷管连接，在炮孔内最上方的一小份炸药上设置两根炮线；
步骤三、连接装置
保持隧道超前地质预报快速安全施工装置中的延迟器开关、接头开关、安全开关均为关闭，炮工将两根炮线分别与延迟器、接头输入端连接，再迅速携带第二指示设备远离炮孔；
步骤四：操作装置
a.技术人员使用第一指示设备观察，若第一连通指示部件显示延迟器与其中一根炮线间连接完好、第二连通指示部件显示接头输入端与另一根炮线间连接完好，则开启延迟器开关、接头开关；
b.炮工使用第二指示设备观察，若第三连通指示部件显示延迟器开始工作、第四连通指示部件显示引爆器与炸药间已连通，则炮工在到达安全地带后开启安全开关；
c.技术人员使用第一指示设备观察，若安全指示部件显示安全开关已开启，技术人员操作引爆器引爆炸药，采集检波设备和延迟器内数据。
优选的，步骤四的第a步中，第一连通指示部件为第一指示灯，第一指示灯亮起表示延迟器与其中一根炮线间连接完好，第二连通指示部件为第二指示灯，第二指示灯亮起表示接头输入端与另一根炮线间连接完好。
优选的，步骤四的第b步中，所述第三连通指示部件为第三指示灯，第三指示灯亮起表示延迟器开始工作，所述第四连通指示部件为第四指示灯，第四指示灯亮起表示引爆器与炸药间已连通。
优选的，步骤四的第c步中，安全指示部件为安全指示灯，安全指示灯亮起时表示安全开关开启。
优选的，所述步骤一包括：采用打钻方式来施工炮孔，打钻时将打钻方向与隧道洞壁沿掌子面方向呈10～30度，且保证炮孔在隧道边墙的投影与隧道轴线平行。
本发明的有益效果为：
1.技术人员使用第一指示设备观察、炮工使用第二指示设备观察，技术人员无需视野内可见炮工、也无需与炮工声音交流，仅通过指示器即可交流信息，提高了施工效率。
2.技术人员通过第一指示设备上的第一指示灯、第二指示灯可确认两根炮线是否连好，确认连好后启动延时器以及将炮线与引爆器连通。炮线与引爆器并未直接相连，而是通过第一指示设备上的接头作为桥梁，只有开启了接头开关二者才连通，提高了施工的安全性。
3.炮工观察第二指示设备上的第三指示灯、第四指示灯，都亮时可以通过安全开关告知技术人员自己已处于安全地带，技术人员观察安全指示灯亮起则可以开始引爆，若炮工观察第三指示灯、第四指示灯长久都没亮或者只亮了某一个时，炮工将回到炮孔进行对应检查，减少了因人为交流阻碍引起的低效率施工，此时技术人员若观察到安全指示灯长久未亮起，表示仍未达到引爆条件，保障了施工安全。
4.采用三段延迟炸药震源使得沿隧道掌子面前方波前面叠加，在不增加炸药药量的情况下对震源进行改进，从而能够接收更远距离的反射信号，为后续资料成像提高分辨率，同时其预报里程更长，提升隧道超前地质预报的施工效率。
附图说明
图1为本发明装置示意图
图2为炸药装药示意图
其中：1-第一指示设备2-第二指示设备3-引爆器4-检波设备5-数据采集设备6-延迟器7-接头8-安全指示灯9-第一指示灯10-延迟器开关11-第二指示灯12-接头开关13-第三指示灯14-第四指示灯15-安全开关16-三分量检波器17-套管18-锚固剂19-炮孔20-炸药21-第一炮线22-第二炮线23-隧道24-掌子面25-第一段炸药26-第二段炸药27-第三段炸药28-地震波波前叠加示意面。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种隧道超前地质预报快速安全施工装置，包括第一指示设备1和第二指示设备2、引爆器3、检波设备4、数据采集设备5，
第一指示设备1上设有延迟器6、接头7、安全指示部件，延迟器6上设有用于显示延迟器6与炸药20其中一根炮线间连接是否完好的第一连通指示部件、用于启闭延迟器6的延迟器开关10，接头7设有显示接头7输入端与炸药20另一根炮线间连接是否完好的第二连通指示部件、用于启闭接头7输出端的接头开关12，接头开关12与引爆器3连接使接头开关12开启时将引爆器3与炸药20的另一根炮线间连通；
第二指示设备2上设有第三连通指示部件、第四连通指示部件、安全开关15，第三连通指示部件与延迟器开关10连接用于显示其开关状态，第四连通指示部件与接头开关12连接用于显示其开关状态，安全指示部件与安全开关15连接，安全开关15用于根据第三连通指示部件和第四连通指示部件的状态向安全指示部件发送通断信号，安全指示部件根据该通断信号进行显示；
数据采集设备5与检波设备4和延迟器6连接用于采集数据，检波设备4的信号输出端连接数据采集设备5的检波信号输入端，延迟器6的信号输出端连接数据采集设备5的延迟信号输入端，检波设备4埋设于隧道的预留孔内。检波设备4埋设于隧道的预留孔内用于接收炸药20爆破产生的地震波信号，本实施例中炸药20为三段式炸药，延迟器6具体用于记录炸药各段的毫秒延迟时间。
本实施例中，数据采集设备5为笔记本电脑。炸药20的两个炮线分别为第一炮线21和第二炮线22，第一炮线21与延迟器6连接，第二炮线22与接头7输入端连接。
第一连通指示部件为第一指示灯9，第一指示灯9亮起时显示第一炮线21与延迟器6间连通完好；第二连通指示部件为第二指示灯11，第二指示灯11亮起时显示第二炮线22与接头7输入端连通完好；第三连通指示部件为第三指示灯13，第三指示灯13亮起时显示延迟器开关10为开启状态；第四连通指示部件为第四指示灯14，第四指示灯14亮起时显示接头开关12为开启状态，此时引爆器3与第二炮线22通过接头7连通；安全指示部件为安全指示灯8，安全指示灯8亮起时显示安全开关15为开启状态。
检波设备4包括三分量检波器16和套管17，三分量检波器16固定设置于套管17内，套管17埋设于隧道23的预留孔内。套管17周围与预留孔内壁间填充有锚固剂18。
上述隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、施工炮孔
采用打钻方式来施工炮孔19，打钻时将打钻方向与洞壁沿掌子面方向呈10～30度，且保证炮孔在隧道边墙的投影与隧道轴线平行；
步骤二、放置炸药
将炸药20等分成三小份，形成第一段炸药25、第二段炸药26、第三段炸药27，从炮孔19底部开始将第一段炸药25、第二段炸药26、第三段炸药27等间距放入，如图2所示，相邻小份炸药间雷管连接，在炮孔19内最上方的一小份炸药(第三段炸药27)上设置两根炮线，即第一炮线21和第二炮线22；
步骤三、连接装置
保持隧道超前地质预报快速安全施工装置中的延迟器开关10、接头开关12、安全开关15均为关闭状态，炮工将第一炮线21和第二炮线22分别与延迟器6、接头7输入端连接，再迅速携带第二指示设备2远离炮孔；
步骤四：操作装置
a.技术人员使用第一指示设备1观察，若第一指示灯9亮起即显示延迟器6与第一炮线21间连接完好、第二指示灯11亮起即显示接头7输入端与第二炮线22间连接完好，则开启延迟器开关10、接头开关12；
b.炮工使用第二指示设备2观察，若第三指示灯13亮起即显示延迟器6开始工作、第四指示灯14亮起即显示引爆器3与炸药20间已连通，则炮工在到达安全地带后开启安全开关15；
c.技术人员使用第一指示设备1观察，若安全指示灯8亮起即显示安全开关15已开启，技术人员操作引爆器3引爆炸药20，通过数据采集设备5采集检波设备4和延迟器6内数据，数据采集设备5对采集后的数据进行常规操作处理，包括数据长度设置、初至拾取、带通滤波、炮均衡、Q值估算、反射波提取、PS波分离、速度分析、深度偏移、反射体提取等，其中数据长度设置应变大，因为此时地震波能量更强，反射波能量也会变强，所以设置数据长度应该变大，从而其预报里程更长(具体如文献《TSP法在铁路客运专线隧道超前地质预报工作中的应用前景》中所述的处理方法)。三段式炸药爆炸时产生的地震波如地震波波前叠加示意面28所示，地震波的传播过程中，沿隧道23的掌子面24方向的波达到叠加，增加了沿掌子面前方地震波的传播能量，从而能够长距离预报以及将成像精度提高。
Claims (10)
1.一种隧道超前地质预报快速安全施工装置，其特征在于，包括第一指示设备(1)和第二指示设备(2)、引爆器(3)、检波设备(4)、数据采集设备(5)，
所述第一指示设备(1)上设有延迟器(6)、接头(7)、安全指示部件，所述延迟器(6)上设有用于显示延迟器(6)与炸药(20)其中一根炮线间连接是否完好的第一连通指示部件、用于启闭延迟器(6)的延迟器开关(10)，所述接头(7)设有显示接头(7)输入端与炸药(20)另一根炮线间连接是否完好的第二连通指示部件、用于启闭接头(7)输出端的接头开关(12)，所述接头开关(12)与引爆器(3)连接使接头开关(12)开启时将引爆器(3)与炸药(20)的另一根炮线间连通；
所述第二指示设备(2)上设有第三连通指示部件、第四连通指示部件、安全开关(15)，所述第三连通指示部件与延迟器开关(10)连接用于显示其开关状态，所述第四连通指示部件与接头开关(12)连接用于显示其开关状态，安全开关(15)用于根据第三连通指示部件和第四连通指示部件的状态向安全指示部件发送通断信号，安全指示部件根据该通断信号进行显示；
检波设备(4)的信号输出端连接数据采集设备(5)的检波信号输入端，延迟器(6)的信号输出端连接数据采集设备(5)的延迟信号输入端，检波设备(4)埋设于隧道的预留孔内用于接收炸药(20)爆破产生的地震波信号，延迟器(6)用于记录炸药(20)的毫秒延迟时间。
2.如权利要求1所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置，其特征在于，所述第一连通指示部件为亮起时显示连通完好的第一指示灯(9)，所述第二连通指示部件为亮起时显示连通完好的第二指示灯(11)，所述第三连通指示部件为亮起时显示延迟器开关(10)为开启状态的第三指示灯(13)，所述第四连通指示部件为亮起时显示接头开关(12)为开启状态的第四指示灯(14)。
3.如权利要求1所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置，其特征在于，所述安全指示部件为亮起时显示安全开关(15)为开启状态的安全指示灯(8)。
4.如权利要求1所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置，其特征在于，所述检波设备(4)包括三分量检波器(16)和套管(17)，所述三分量检波器(16)固定设置于套管(17)内，所述套管(17)埋设于隧道的预留孔内。
5.如权利要求4所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置，其特征在于，所述套管(17)周围与预留孔内壁间填充有锚固剂(18)。
6.一种如权利要求1-5中任一所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、施工炮孔
步骤二、放置炸药
将炸药(20)等分成三小份，从炮孔底部开始等间距放入，相邻小份炸药间雷管连接，在炮孔内最上方的一小份炸药上设置两根炮线；
步骤三、连接装置
保持隧道超前地质预报快速安全施工装置中的延迟器开关(10)、接头开关(12)、安全开关(15)均为关闭，炮工将两根炮线分别与延迟器(6)、接头(7)输入端连接，再迅速携带第二指示设备(2)远离炮孔；
步骤四：操作装置
a.技术人员使用第一指示设备(1)观察，若第一连通指示部件显示延迟器(6)与其中一根炮线间连接完好、第二连通指示部件显示接头(7)输入端与另一根炮线间连接完好，则开启延迟器开关(10)、接头开关(12)；
b.炮工使用第二指示设备(2)观察，若第三连通指示部件显示延迟器(6)开始工作、第四连通指示部件显示引爆器(3)与炸药(20)间已连通，则炮工在到达安全地带后开启安全开关(15)；
c.技术人员使用第一指示设备(1)观察，若安全指示部件显示安全开关(15)已开启，技术人员操作引爆器(3)引爆炸药(20)，采集检波设备(4)和延迟器(6)内数据。
7.如权利要求6所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，其特征在于，
步骤四的第a步中，第一连通指示部件为第一指示灯(9)，第一指示灯(9)亮起表示延迟器(6)与其中一根炮线间连接完好，第二连通指示部件为第二指示灯(11)，第二指示灯(11)亮起表示接头(7)输入端与另一根炮线间连接完好。
8.如权利要求6所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，其特征在于，
步骤四的第b步中，所述第三连通指示部件为第三指示灯(13)，第三指示灯(13)亮起表示延迟器(6)开始工作，所述第四连通指示部件为第四指示灯(14)，第四指示灯(14)亮起表示引爆器(3)与炸药(20)间已连通。
9.如权利要求6所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，其特征在于，
步骤四的第c步中，安全指示部件为安全指示灯(8)，安全指示灯(8)亮起时表示安全开关(15)开启。
10.如权利要求6所述的隧道超前地质预报快速安全施工装置的施工方法，其特征在于，所述步骤一包括：采用打钻方式来施工炮孔，打钻时将打钻方向与隧道洞壁沿掌子面方向呈10～30度，且保证炮孔在隧道边墙的投影与隧道轴线平行。
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| TSP在隧道工程施工中的常见干扰和对岩体裂隙水及软弱夹层等的预报研究;张杨;杨君;周黎明;肖国强;;地球物理学进展(第02期);全文 * |
| TSP隧道超前地质预报技术及其3D成果研究与应用;周黎明;邱东明;付代光;肖国强;王法刚;;长江科学院院报(第10期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113323725A (zh) | 2021-08-31 |
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