[发明专利]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

权利要求书

1.一种以掌子面放炮为震源的隧道超前地质预报的方法，其步骤是：

1）在隧道内进口处两侧壁上各打一个钻孔，钻孔与洞室底板平行与洞室走向垂直，钻孔深2m，钻孔直径大小以能方便放入传感器为宜；两个钻孔深度都为2m，第一三分量检波器（3a）的埋设入钻孔（2a）方法是：先在钻孔（2a）内部填充黄油作为第一三分量检波器（3a）和钻孔（2a）的耦合剂，用力按压使第一三分量检波器（3a）与钻孔（2a）相连，黄油填充量以第一三分量检波器（3a）与钻孔（2a）紧贴无空隙，充满钻孔（2a），第二三分量检波器（3b）的埋设入钻孔（2b）方法与第一三分量检波器（3a）的埋设方法相同；

2）使用普通工业黄油为耦合剂填充到钻孔内部，将两个三分量检波器分别埋设在二个钻孔底部，使检波器和钻孔壁贴合，耦合在一起；

3）将触发回路铜导线缠绕在炸药卷上，放入掌子面炮孔内，铜导线另外两头连接信号采集系统，在掌子面放炮掘进时将产生人工地震波，炸断铜导线，触发信号采集系统记录爆炸时间点；

4）产生的人工地震波在掌子面前方传播，岩性改变，人工地震波在地质界面产生反射；

5）埋设在隧道洞口的两个三分量检波器接收到反射地震波信号，两个三分量检波器将信号送入多路开关；

6）信号经过多路开关选择后，送到放大器；

7）放大器将信号放大后传输给A/D转换器；

8）A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，通过接口与无线通讯模块相连接，向洞室外的控制室发送无线信号；

9）控制室的无线通讯模块接收到无线信后并传输给主机，主机接收并记录信号，主机通过接口与无线通讯模块连接，将控制命令发送到信号采集单元；

10）通过主机内已经安装处理程序，对已经记录的数字信号分析，来预测掌子面前方围岩情况，实现工地震法地质预报。

2.根据权利要求1所述的一种以掌子面放炮为震源的隧道超前地质预报的方法，其特征在于：所述的步骤5）~步骤10）的信号采集过程是：

a．首先对打开主机，对各个串口进行初始化；

b．通过主机，设置数据采集的参数，发送采集指令，等待爆破触发采集；

c．爆破触发采集系统后，采集系统自动采集数据；

d．采集的数据按照格式在主机上显示并保存。

3.根据权利要求1所述的一种以掌子面放炮为震源的隧道超前地质预报的方法，其特征在于：所述的步骤10）的数据处理程序，其步骤是：

1）首先读取已经采集的记录，通过道集编辑实现对采集信号中的坏道切除和有效数据段截取；

2）地震波以球面向外传播、扩散，这一过程中地震波振幅随传播距离减小，要补偿球面几何扩散造成的振幅损失，保持相对真振幅，球面扩散真振幅恢复模块实现波前球面扩散真振幅补偿；

3）经振幅补偿的地震波，通过频谱分析得出有效波和干扰波的频率范围，再使用带通滤波，提取信号的主频带、滤除高频和低频干扰信号，提高信噪比，减小干扰信号；

4）初始拾取用于确定地震波的初至时刻，为数据处理提供靠参数；

5）每次激发产生的地震波能量不在同一量级，为了在偏移成像时，使叠加各道能量贡献一致，对各道间能量进行均衡，同样，同一道数据接收时间的推移，反射能量减小，远处和近处的能量不均衡，要道内均衡，使弱能量信号清晰呈现；

6）能量均衡后的信号，通过滤波剔除和压制声波、面波、直达波的干扰，提取负视速度特征的有效反射波；

7）提取的反射有效波，是一个三分量的数据，转换波分离先分离出在水平平面内震动的剪切波SH波，然后分离出压缩波P波和在垂直平面内震动的剪切波SV波；

8）分离出的三分量信号要进行反Q滤波，补偿大地滤波造成的振幅和频率衰减，反Q滤波通过校正子波相位的拉伸效应来实现；

9）速度分析通过计算直达波波速和对时距曲线方程进行迭代计算，得到掌子面前方岩土体的地震波波速剖面，获取地震波波速得到岩土体力学参数指标；

10）深度偏移是在速度分析的基础上，对振幅进行叠加，得到最终的从时间域到空间域的深度偏移图，深度偏移图分析掌子面前方地质界面的形态、大小性状；

11）综合速度分析和偏移图得到洞室掌子面前方的岩土体的力学参数，地质界面形态、大小信息，预报掌子面前方的不良地质体、软弱界面地质情况。