[發明專利]一種基于隧道開挖爆破信號的超前地質預報裝置及方法

在審

• 申請號: 201810317455.4
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108732612A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 李萬寶;代柳娟;蘇建坤;張寒韜;郭俊峰
• 申請（專利權）人: 云南航天工程物探檢測股份有限公司
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種基于隧道開挖爆破信號的超前地質預報裝置，其特征在于，在隧道施工掌子面上設置爆破炮點(1)；在隧道施工掌子面前方的隧道拱壁上可拆卸安裝數據采集設備(2)；在數據采集設備(2)和隧道施工掌子面之間的位置，且位于隧道拱壁上可拆卸安裝數據采集前置端(6)；在隧道內布置無線傳輸模塊(8)；在隧道外部且靠近隧道入口位置安裝網關(10)；

所述數據采集前置端(6)與所述數據采集設備(2)無線通信連接；所述數據采集前置端(6)通過所述無線傳輸模塊(8)與所述網關(10)無線通信連接；所述網關(10)與遠程的后臺處理平臺(11)有線連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于隧道開挖爆破信號的超前地質預報裝置，其特征在于，所述數據采集設備(2)的數量為3個，分別布置于兩側拱腰及拱頂位置。

3.根據權利要求1所述的一種基于隧道開挖爆破信號的超前地質預報裝置，其特征在于，所述數據采集設備(2)包括固定板(4)和三分量無線數據采集終端(5)；所述三分量無線數據采集終端(5)設置于所述固定板(4)的正面，所述固定板(4)的背面緊靠隧道拱壁(3)；所述三分量無線數據采集終端(5)和所述固定板(4)通過緊固螺栓固定到隧道拱壁(3)上面。

4.根據權利要求1所述的一種基于隧道開挖爆破信號的超前地質預報裝置，其特征在于，所述數據采集前置端(6)距離隧道施工掌子面的距離為10米。

5.一種根據權利要求1所述的基于隧道開挖爆破信號的超前地質預報裝置的超前地質預報方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，在隧道施工掌子面上設置爆破炮點(1)；在隧道施工掌子面前方的隧道拱壁上可拆卸安裝數據采集設備(2)；在數據采集設備(2)和隧道施工掌子面之間的位置，且位于隧道拱壁上可拆卸安裝數據采集前置端(6)；

步驟2，在隧道施工掌子面位置進行爆破施工，同時在隧道施工掌子面位置產生地震信號；

步驟3，地震信號同時沿隧道軸向方向及隧道入口方向進行傳播；

步驟4，地震信號向隧道入口方向傳輸過程中，地震信號首先到達數據采集前置端(6)，因此，當數據采集前置端(6)采集到地震信號時，數據采集前置端(6)立即通過無線傳輸方式向數據采集設備(2)發送啟動采集的通知消息；此時地震信號繼續向前傳輸；

步驟5，當數據采集設備(2)接收到啟動采集的通知消息時，立即啟動數據采集線程，啟動數據采集線程的時間記為t0＝0時刻；從t0＝0時刻開始，經過t1時間后，數據采集設備(2)的數據采集線程采集到直達波形式的地震信號，并實時記錄；

步驟6，另一方向上，激發點產生的地震信號沿隧道軸向繼續向前傳播，當地震信號遇到不良地質體時，發生信號反射；

步驟7，反射信號經掌子面向隧道入口方向傳輸，從t0＝0時刻開始，經過t2時間后，反射信號到達數據采集設備(2)，數據采集設備(2)采集到反射信號，并實時記錄；

步驟8，跟隨隧道掌子面的開挖，數據采集前置端(6)跟隨隧道掌子面的開挖進度，始終保持數據采集前置端(6)和施工掌子面距離為S0；

步驟9，隨著隧道掌子面的開挖，數據采集設備(2)不斷采集到直達波形式的地震信號和反射信號；

步驟10，對步驟9采集到的直達波形式的地震信號和反射信號進行預處理，并對預處理后的直達波形式的地震信號和反射信號進行分析，進行超前地質預報；其中，在進行超前地質預報時，實際初至波達到時間T1＝t1+t_a，實際反射波到達時間T2＝t2+t_a；

其中，t_a＝S0/v；v為掌子面到數據采集前置端(6)之間的波速。

6.根據權利要求5所述的超前地質預報方法，其特征在于，步驟10中，預處理具體為：

步驟10.1，對地震信號進行道間均衡處理；

步驟10.2，對步驟10.1處理后的地震信號進行波場分離，提取縱波信號；

步驟10.3，對步驟10.2提取到的縱波信號進行頻譜分析、一維濾波分析以及去噪處理；然后，再采用二維頻譜分析方法提取有效的反射波；

步驟10.4，對步驟10.3得到的反射波進行速度掃描分析，獲取掌子面前方巖土體波速及波速變化情況；

步驟10.5，根據巖土體波速變化情況計算掌子面前方界面變化位置距掌子面距離為S1；

步驟10.6，實際掌子面前方界面變化位置距掌子面距離S_總＝S1+S0。