CN114856709A - 一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统，包括用于安装在围岩中捕捉地震波震动信号的震动传感器、通过线缆与震动传感器连接并将震动传感器产生的电信号转换为数字信号同时进行储存的数据采集模块和用于对数据采集模块传输来的数据进行处理和分析的分析模块；分析模块根据相应的分析结果和阈值分别对岩爆风险和不良地质体进行评估；还公开了一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法。本发明实现了岩爆预测与超前地质预报的融合，降低探测成本，提高探测效率。
Description
技术领域
本发明涉及地下岩土工程技术领域，具体涉及一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统和方法。
背景技术
随着经济的高速发展，人们对于高效出行、资源开发利用等有了更高的需求。用于交通的隧道开始朝着“长、大、深”的方向发展，区域性或全国性的调水工程隧洞也呈现相似的趋势。随着埋深的增加，不仅给地质勘察增加了难度，地应力也随之增大，导致地质环境变得更为复杂。不良地质体以及岩爆等地质灾害给施工建设带来了风险，而地质超前预报和微震监测也成为此类工程项目中的关键。
目前，微震监测常用于岩爆的预测。岩石在卸去载荷的过程中，应力场随之调整，积聚的应力或能量超过岩石所承受的临界值时，将以局部形变的方式释放，其表现形式为内部损伤或破裂。微震监测可以实时获取上述过程中微震事件即岩体内部损伤发生的时间、空间位置和释放能量等信息。研究人员利用上述信息或以上信息的衍生信息进行岩爆的预报。同时，超前地质预报中的TSP、TST等方法也与地震或地震波相关。通过在隧道围岩中激发弹性波，利用弹性波在向三维空间传播的过程中遇到的阻抗界面来探测不良地质体，因为地质岩性的变化、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等都会引起阻抗的变化。微震监测和超前地质预报两者具有明显的差异：用于岩爆预测的微震监测是长期连续监测，并且不依靠主动震源；而用于超前地质预报的TSP、TST等方法常用锤击等主动激发信号进行探测，并且仅记录震源激发后的地震波。无法将微震监测与地震超前预报技术融为一体，两种方法各自施作，无法对岩爆预测与地质预报同时进行预测，岩爆预测和地质预报的实时预报效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可实时实现岩爆预测及地质预报,提升工作效率的同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统，还提供了一种预报方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统，包括用于安装在围岩中捕捉地震波震动信号的震动传感器、通过线缆与震动传感器连接并将震动传感器产生的电信号转换为数字信号同时进行储存的数据采集模块和用于对数据采集模块传输来的数据进行处理和分析的分析模块；分析模块根据相应的分析结果和阈值分别对岩爆风险和不良地质体进行评估。
一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法，包括以下步骤：
（1）采用布设于隧道边墙的震动传感器进行连续监测，并将记录到的震动信号传递给数据采集模块；
（2）数据采集模块将震动传感器记录的电信号转换为数字信号后储存并传递给数据分析模块；
（3）在数据分析模块中，对识别到的微震事件进行定位和能量计算，利用事件的定位、能量信息和衍生信息结合判定标准的阈值对其进行岩爆风险评估，对于噪声信息，利用地震干涉法将其处理为虚拟震源地震记录，再通过对该地震记录的分析获得掌子面前方地质状况，判断其是否存在不良地质体；即在进行岩爆预测的同时对于掌子面前方不良地质体也进行预报。
优选的，步骤（1）中所述震动传感器安装时的埋深至少1m，至少有两个监测断面和一条监测测线。方便记录到信噪比更高的信号。
优选的，相邻所述监测断面之间间距为50m，紧邻掌子面的监测断面距离掌子面30-80m。
优选的，在所述监测断面上设有至少2个震动传感器。
本发明的有益效果是：
本发明系统和方法的应用可以同时实现岩爆预测及实时地质的预报,大幅提升工作效率；布设在隧道围岩的震动传感器形成地震观测系统，利用该观测系统对隧道内的地震信号进行连续记录，若在记录中识别到破裂产生的微震信号，则对该事件进行定位分析，并据此为依据对岩爆进行预测；若记录中为TBM掘进时的背景噪声连续记录，则对该信号进行处理，形成以TBM破岩为震源的地震记录，并以此为依据对前方地质情况进行判识，达到实时地岩爆预测和不良地质预警的目的。本发明引入被动源探测来取代了传统的主动激发震源，通过长时间的连续监测借助背景噪声实现无源化的超前探测，使微震监测与地震超前预报技术融为一体，打破两种方法各自施作的现状，实现高效实时的岩爆预测与地质预报。
本发明将岩爆预测和超前地质预报两套系统进行了融合，实现岩爆预测和地质预报的一体化，可以有效的降低人员和设备投入，大大降低了使用成本。
附图说明
图1为本发明的预报方法流程图；
图2为实施例中的地下工程内震动传感器布设示意图。
图中：1.掌子面、2.监测断面、3.震动传感器、4.监测测线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统，包括用于安装在围岩中捕捉地震波震动信号的震动传感器、通过线缆与震动传感器连接并将震动传感器产生的电信号转换为数字信号同时进行储存的数据采集模块和用于对数据采集模块传输来的数据进行处理和分析的分析模块；分析模块根据相应的分析结果和阈值分别对岩爆风险和不良地质体进行评估。
实施例2
如图1-2所示，一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法，包括以下步骤：
（1）采用布设于隧道边墙的震动传感器3进行连续监测，并将记录到的震动信号传递给数据采集模块；
布设在隧道围岩的震动传感器3形成地震观测系统，震动传感器3安装时的埋深2m，包含了三个监测断面2和一条监测测线4，在每个监测断面2上设有四个震动传感器3，相邻监测断面2之间间距为50m，紧邻掌子面1的监测断面2距掌子面1的距离为30-80m，即每掘进50m监测断面2向前移动一次；所含测线的震动传感器3布设于隧道边墙上，此时震动传感器3间距2m，距离掌子面1最近的震动传感器距离为40m，同样随掘进进度向掌子面1移动。
（2）数据采集模块将震动传感器记录的电信号转换为数字信号后储存并传递给数据分析模块；
（3）在数据分析模块中，对识别到的微震事件进行定位和能量计算，利用事件的定位、能量信息和衍生信息结合判定标准的阈值对其进行岩爆风险评估，对于噪声信息，利用地震干涉法将其处理为虚拟震源地震记录，再通过对该地震记录的分析获得掌子面前方地质状况，判断其是否存在不良地质体；即在进行岩爆预测的同时对于掌子面前方不良地质体也进行预报。
在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件，所涉及的结构设置方式、工作方式或控制方式如无特别说明，均为本领域常规的设置方式、工作方式或控制方式。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种同时用于岩爆和不良地质实时预报的系统，其特征在于，包括用于安装在围岩中捕捉地震波震动信号的震动传感器、通过线缆与震动传感器连接并将震动传感器产生的电信号转换为数字信号同时进行储存的数据采集模块和用于对数据采集模块传输来的数据进行处理和分析的分析模块；分析模块根据相应的分析结果和阈值分别对岩爆风险和不良地质体进行评估。
2.一种根据权利要求1所述的同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用布设于隧道边墙的震动传感器进行连续监测，并将记录到的震动信号传递给数据采集模块；
（2）数据采集模块将震动传感器记录的电信号转换为数字信号后储存并传递给数据分析模块；
（3）在数据分析模块中，对识别到的微震事件进行定位和能量计算，利用事件的定位、能量信息和衍生信息结合判定标准的阈值对其进行岩爆风险评估，对于噪声信息，利用地震干涉法将其处理为虚拟震源地震记录，再通过对该地震记录的分析获得掌子面前方地质状况，判断其是否存在不良地质体；即在进行岩爆预测的同时对于掌子面前方不良地质体也进行预报。
3.根据权利要求2所述的同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法，其特征在于，步骤（1）中所述震动传感器安装时的埋深至少1m，至少有两个监测断面和一条监测测线。
4.根据权利要求3所述的同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法，其特征在于，相邻所述监测断面之间间距为50m，紧邻掌子面的监测断面距离掌子面30-80m。
5.根据权利要求4所述的同时用于岩爆和不良地质实时预报的方法，其特征在于，在所述监测断面上设有至少2个震动传感器。
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- 2022-05-31 CN CN202210603715.0A patent/CN114856709A/zh active Pending
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