[发明专利]地下工程施工超前地质预报系统及其预报方法

权利要求书

1.一种地下工程施工超前地质预报系统，包括分布于地下工程隧道（1）内的地震波接收器（2）、地震波采集器（3）和地震波数据处理分析系统（4），其特征在于：

上述地震波采集器（3）由系统母板和16个采集子板插卡连接而成，采集子板通过连接插座与系统母板连通通电；

系统母板上有单片机总控电路、电源、电源指示灯、串口、USB接口和无线接口，单片机总控电路通过控制/数据总线与16个采集子板的卡座连接，单片机总控电路与一个USB控制器信号连接，USB控制器与连接计算机的串口和USB接口连接；

每块采集子板有一个与系统母板连接的插座，还有一个现场可编程门阵列电路FPGA，现场可编程门阵列电路FPGA通过并行总线与一个同步动态随机存取存储器SDRAM信号连接，现场可编程门阵列电路FPGA有一个信号输入口，通过该信号输入口经SPI总线与16个独立的A/D转换器信号连接，16个采集子板上形成256个模拟信号输入通道，每个A/D转换器均有一个与传感器连接的接口；

上述地震波接收器（2）是多分量空间接收器，它包括检波器（2.5）和检波器的支撑载体，检波器的支撑载体是一个空心半球壳体（2.1），空心半球壳体（2.1）的球面上沿复数个纬度圈和复数个经度线分布有检波器孔（2.7），检波器（2.5）固定于检波器孔(2.7)内，每个检波器（2.5）的自身轴线指向球心，所有检波器的传感线与引线相连，空心半球壳体（2.1）和检波器（2.5）罩在外壳（2.9）内，空心半球壳体（2.1）的开口一侧连有后盖板（2.8），外壳（2.9）上分别固定有把手（2.3）、引线接口（2.4）和水平定位用的气泡（2.2）；

上述地震波数据处理分析系统（4）是内存地震波数据处理分析软件的计算机，该计算机通过有线或无线接口和无线基站接收地震波采集器（3）的地震波数据。

2.根据权利要求1所述的地下工程施工超前地质预报系统，其特征在于：上述检波器（2.5）紧贴空心半球壳体（2.1）的内腔边缘布设，最终和外壳上的引线接口（2.4）相连。

3.根据权利要求1所述的地下工程施工超前地质预报系统，其特征在于：上述检波器（2.5）由丝堵（2.6）密封固定于检波器孔（2.7）内。

4.根据权利要求1所述的地下工程施工超前地质预报系统，其特征在于：上述外壳（2.9）为棱柱形或曲面形。

5.根据权利要求 1所述的地下工程施工超前地质预报系统，其特征是：上述地震波采集器（3）的系统母板和采集子板采用具有单独的电源层和地线层的四层印刷电路板。

6.根据权利要求 1所述的地下工程施工超前地质预报系统，其特征是：上述地震波采集器（3）的单片机总控电路是一个实现信号驱动的复杂可编程逻辑器件CPLD。

7.根据权利要求 1所述的地下工程施工超前地质预报系统，其特征是：上述地震波采集器（3）的系统母板上有可与计算机信号连接的无线接口。

8.一种应用上述地下工程施工超前地质预报系统的预报方法，其特征在于有以下步骤：

步骤1、根据地下工程现场情况及任务要求，在现场选择1～4个地震波接收器联合排布方式，选择震源点空间位置、点数；

步骤2、现场资料输入计算机：包括工程简况描述、接收器空间位置描述、震源点空间位置描述、隧道半径及开挖高度；

步骤3、按照选择方式埋置地震波接收器，布置震源点，锤击法安置好触发板、连接同步电缆；进行爆破法的炮点钻孔、装炸药与瞬发电子雷管、孔内灌水，将地震波接收器通过电缆与地震波采集器连接，将瞬发电子雷管与起爆器连接，起爆器与地震波采集器连接；最后将地震波采集器与计算机连接；

步骤4、操作计算机，进行参数配置与数据采集：包括触发方式、时窗选择、实时采集和单次采集选择；

步骤5、通过计算机测试系统连接情况，正常后，系统进入准备就绪状态；

步骤6、暂停各种机械振动，人员撤离后，启动起爆器或锤击，系统触发，开始地震数据采集、传输工作，多点时重复步骤5～6，完成地震数据采集后，系统会形成文件格式为*.segy的地震标准数据文件；

步骤7、操作计算机，对地震标准数据文件进行数据处理分析：包括各种校正、频谱分析、带通滤波、速度分析、波场分离、绕射叠加、深度偏移、岩土力学参数分析；

步骤8、操作计算机，对地震标准数据文件进行图形显示：包括一维图形、二维图形、三维图形；

步骤9、根据步骤6～7的处理分析及显示，进行地震资料的解释、判读、分析，对地质情况进行预报。