[发明专利]无线分布式隧道超前预报探测装置、系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道超前预报探测技术领域，具体涉及一种无线分布式隧道超前预报探测装置、系统及方法。

背景技术

目前，应用地震波(弹性波)反射法进行隧道地质超前预报，是最常用最有效的方法之一。具体的，地震波反射法为：人工激发地震波，当地震波向前传播遇到波阻抗界面时，一部分信号会被反射回来，被反射回来的信号有时称为回波信号；被安置在后方的检波器和信号采集系统采集并记录回波信号，通过对回波信号进行分析可以了解隧道工作面前方的工程地质、水文地质及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等，从而为提前采取支护措施提供可靠的地质依据，避免工程事故的发生。

地震波反射法预报结果的精度和准确性主要取决于两个方面：1)如何对测试方法所使用的观测系统进行优化和改进，有效获得三维空间波动面数据，进而提高成像精度和质量；2)设计高精度仪器系统，提高采集信号的信噪比，研究信号去噪与分析处理技术，进一步有效抑制干扰信号，保证成像质量。

现有技术中，为克服上述技术问题，提高预报结果的准确性，通常采用以下措施：1)加大震源的能量；2)降低探测信号的频率；3)提高A/D的位数(如采用32位的A/D)。

但是，上述方法主要存在以下问题：1)当前国际上高位的A/D芯片的制造能力有限，而且当A/D位数提高到一定程度时，很难进一步提高信噪比；2)当降低探测信号(震源)频率时，可增加探测距离，但是会直接降低探测的分辨率；3)震源的能量受其炸药量的限制，当使用过量炸药时，会存在炸坏隧道的危险；而且使用炸炮作为震源会加大安全隐患，对长期从事炸炮的人员健康会带来严重危害等等。因此，研究如何有效的提高隧道超前预报探测方法的准确性，具有重要现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无线分布式隧道超前预报探测装置、系统及方法，采用无线分布式仪器(24位A/D)和锤击震源工作方式，可以方便快速采集到高精度信号，并且能够保证工作安全开展；采用三点接收两侧锤击观测系统测试方式，可以有效获取三维空间弹性波场数据，进行高精度三维成像，同时可应用F-K二维滤波方法，提高被探目标回波信号信噪比，有效消除来自其它方向的噪声信号。无线分布式隧道超前预报探测装置具有结构简化、能耗较少、生产成本低等优点，隧道超前预报探测系统及方法具有布置简单、探测精度高、测量效率高等优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种无线分布式隧道超前预报探测装置，包括控制操作终端、无线数据采集装置、地震反射波接收装置和地震波激发装置；所述地震波激发装置的输出端和所述地震反射波接收装置的输出端分别与所述无线数据采集装置的输入端连接；所述无线数据采集装置的输出端与所述控制操作终端的输入端连接。

优选的，所述无线数据采集装置包括采集子装置、通信装置和供电电池；所述采集子装置和所述供电电池分别与所述通信装置的输入端连接；所述通信装置的输出端连接到所述控制操作终端。

优选的，所述通信装置为802.11wi-fi通信装置；和/或

所述采集子装置包括信号接收通道、信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路；所述信号接收通道的输入端分别与所述地震反射波接收装置的输出端和所述地震波激发装置的输出端连接，所述信号接收通道的输出端顺次通过所述信号调理电路、所述信号放大电路后与所述A/D转换电路的输入端连接；所述A/D转换电路的输出端与所述通信装置的输入端连接。

优选的，所述地震反射波接收装置为三分量检波器；

所述采集子装置包括4个所述信号接收通道：第一信号接收通道、第二信号接收通道、第三信号接收通道和第四信号接收通道；所述第一信号接收通道的输入端与所述地震波激发装置连接；所述第二信号接收通道、所述第三信号接收通道和所述第四信号接收通道分别与所述三分量检波器的X分量输出端、Y分量输出端和Z分量输出端连接。

优选的，所述地震波激发装置为锤子。

本发明还提供一种应用上述的无线分布式隧道超前预报探测装置的无线分布式隧道超前预报探测系统，包括所述控制操作终端、所述地震波激发装置、一台以上所述无线数据采集装置和一台以上所述地震反射波接收装置；所述无线数据采集装置和所述地震反射波接收装置成对设置；所述地震反射波接收装置的输出端与对应的所述无线数据采集装置的输入端连接；所述地震波激发装置的输出端与各台所述无线数据采集装置的输入端连接；各台所述无线数据采集装置的输出端分别连接到所述控制操作终端的输入端。