[实用新型]一种以掌子面放炮为震源的监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人工地震波的采集和处理技术领域，更具体涉及一种以掌子面放炮为震源的隧道施工超前地质预报的装置，适用于交通、水利、矿山行业地下洞室开挖的不良地质体超前地质预报。 

背景技术

随着我国水电、交通、矿山等行业工程建设的迅猛发展，越来越多的隧道（公路、铁路、地铁等）、巷道等地下洞室修建在地质环境复杂的岩层中。地下洞室因其隐蔽性和地质环境的复杂性，在前期勘察阶段无法完全弄清地质情况，包括误判和未发现的不良地质体，导致施工中实际开挖与勘察报告出入较大的情况屡见不鲜。在复杂地质条件下隧道、巷道等洞室开挖中，由于前方地质条件不清，不能提前做出预防，坍塌、冒顶、涌水、突泥等地质灾害时有发生，造成的财产损失和人员伤亡巨大，因此，施工期开展超前地质预报工作尤为重要。目前国内外对人工地震法地质预报已有较系统的研究，但在震源产生方式、检波器器布置方面尚需进一步提高，国内外已有技术主要存在以下不足： 

1．震源产生方式 

震源的目的在于产生一个能量足够大的人工地震波，确保反射波的能量足够大且实施方便。目前，隧道超前地质预报实践中，震源的产生都需要先在洞室侧壁钻孔24个，然后在钻孔内布设炸药卷，炸药量一般在50g-200g，通过依次引爆炸药来产生人工地震波震源。钻孔和装药耗时2个小时以上，而且需要暂停洞内施工。由于炸药量较小，产生的人工地震波能量较小，反射波的能量有限，将影响地质预报的预报距离（一般150m，不超过200m）。因此，非常有必要对震源产生方式进行改进，提高预报距离。 

2．传感器布置方式 

超前地质预报中的传感器用于接收激发的人工地震波及其反射波。当前，国内外最常用的做法是美国Amberg Technologies在TSP（Tunnel Seismic Prediction）系列超前预报系统中提出的，这种方法将传感器放置于洞室两边测壁的钻孔底部。为了减少外界干扰，必须使传感器和钻孔紧密贴合，Amberg Technologies要求先将特制的无缝钢套管牢固、紧密的固定在钻孔内，然后将检波器放入套管内。目前人工地震法地质预报距离有限（不超过200m），这样随着洞室的开挖，每隔一段距离就需要做一次预报，这要求再次钻孔、装置炸药并布置 检波器，且检波器套管为一次性耗材，价格昂贵。因此，有必要优化传感器布置方式，使预报工作变得高效、简单且费用低廉。 

经检索有一种钻爆法施工中利用爆破信号超前地质预报装置及使用方法被公开，专利申请号为：201210139178.5，其技术方案是：12个检波器分别埋设于隧道侧壁钻孔中，当接受到反射信号时，检波器将接受的信号传输到信号分离器，信号分离器将模拟信号传输到A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，然后送入单片机，单片机通过已经输入的功能程序将数字信号呈现在上位机上。 

该技术方案有一下不足： 

1．采用检波器数量较多，每次实施的钻孔工作会影响隧道内施工，占用施工时间。 

2．大量研究表明，检波器与钻孔的耦合良好与否，严重影响采集的信号质量，该方案检波器的埋设方式可以进一步改善。 

3．地下洞室的空气污浊、潮湿，环境恶劣，在洞室内采集数据不利于操作人员健康，而且当掌子面爆破时，会威胁操作人员安全，有必要改善操作人员工作环境。 

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供了一种以掌子面放炮为震源的隧道超前地质预报的装置，结构简单，固定了传感器位置，充分利用了洞室开挖爆破产生的高能地震波，无需多次钻孔和装药，取消了套管，采用无线传输，将现场操作放在洞室外部的工作室内，改善了工作环境，减小了作业风险，提高了预报工作效率，降低了费用，可以满足各类洞室的长距离超前地质预报需求。 

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案： 

一种以掌子面放炮为震源的隧道超前地质预报的装置，它包括三个部分：信号采集系统、无线通讯系统和控制及数据分析系统。信号采集系统由三分量检波器（a、b两个，XR96HX-PZT-SFL/5库号：M317259，满足表1中具体指标的其他型号也可）、多路开关(ADG509)、放大器(PGA207)、A/D转换器(AD9760)、信号线(具有屏蔽特性)和触发回路铜导线（线号38号，直径0.15mm）组成，无线通讯系统由无线电通讯模块（a、b两个，RF4432F27）组成，控制及数据分析系统由主机（电脑配置不低于惠普HP Pavilion p6-1291cn，WINDOWSXP及以上版本）和控制分析程序组成。