[发明专利]一种隧道超前地质预报自动监测系统

说明书

本发明提供了一种隧道超前地质预报的自动监测系统，包括数据采集系统、数据传输系统和控制及数据分析系统；数据采集系统由三个高度集成的智能三分量检波器组成，数据传输系统由同步通讯器和信号线组成，控制与数据分析系统由主机与控制分析程序组成。系统的操作过程包括开启主机、设置采集参数、启动系统等待采集、掌子面放炮掘进、触发采集、数据采集存储、数据传输和数据查看八个步骤，从而实现超前地质预报。本发明的优点在于：极大的改善了工作条件，减小了人员风险；对洞室进行自动、连续的超前地质预报；降低了劳动强度，加快了施工进度，减小作业风险。本发明可广泛应用于交通、水利、矿山行业地下洞室开挖的不良地质体超前地质预报。

技术领域

本发明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方法，同时还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自动监测装置，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

二十一世纪是隧道和地下空间大发展的时代，随着隧道工程长度及规模的扩张，其遇到的地质条件复杂性和多变性也在加剧。前期探测手段力度不足会给隧道施工安全带来较大的威胁，往往会出现预料不到的涌水、塌方、突泥、涌沙等事故。因此，在施工期超前地质预报技术，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的产状、位置及其围岩结构的完整性与含水突泥的可能性，为合理工程选址、正确的施工方法、支护设计参数和优化施工方案提供依据。目前国内外对人工地震法地质预报已有较系统的研究，但在以下几方面还存在不足：

(1)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，国内外最常用的方法是瑞士Amberg Technologies提出的TSP(Tunnel Seismic Prediction)系列和国内北京市水电物探研究所研制的TGP(Tunnel Geological Prediction)系列设备，这两种设备的传感器一般是两个，分别布置在隧道壁的左右两侧钻孔中。两个传感器单独记录地震波，给出预报结果并相互验证。但在实际的应用两个传感器经常给出相反的结论，对使用者造成较大干扰。

(2)同步信号触发方式

TGP设备激发同步信号的拾取是采用记时回线炸断的方法，即将乳化炸药用回线缠绕，利用炸药炸断电线激发采集，TSP设备采用启爆器脉冲触发仪器采集的方式即启动起爆器是系统开始计时采集。然而在激发雷管和炸药炸断导线时往往会有1～2ms的时间延迟，不能做到精确触发，导致预报的距离会存在较大误差。

经检索有一种以掌子面放炮为震源的隧道超前地质预报方法及装置被公开，专利申请号为：CN201310124601.9，其技术方案是将传感器布置在隧道壁的两侧钻孔中，触发回路铜导线缠绕在炸药卷上放入掌子面炮孔中，掌子面放炮炸断铜导线触发信号采集记录爆炸时间点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述目前的人工地震法地质预报的准确性不佳的技术缺陷，提供了一种隧道超前地质预报的自动监测系统来解决上述问题。

本发明为解决其技术问题，提供了一种隧道超前地质预报的自动监测系统，其特征在于，包括三个部分：数据采集系统、数据传输系统、控制及数据分析系统；数据采集系统由第一三分量检波器3a、第二三分量检波器3b和第三三分量检波器3c组成；数据传输系统由同步通讯器10和具有屏蔽特性的信号线9组成；控制与数据分析系统由主机11与控制分析程序组成；

所述第一三分量检波器3a、第二三分量检波器3b和第三三分量检波器3c分别埋设在洞室1内同一侧壁4上开设的第一钻孔2a、第二钻孔2b和第三钻孔2c中，第一钻孔2a、第二钻孔2b和第三钻孔2c与洞室1的底板平行且与洞室1的走向垂直；