br>[0081] 如图2所示，所述工作面震源安置在掘进机刀盘5上，共有4个，在刀盘上对称分 布，具体位置可以根据刀盘上滚刀的分布情况而定，另外在刀盘相应位置上还需要预留4 个工作面震源进出口。震源进出口舱门可以在控制系统的控制下按照预设的卡槽运动，实 现震源进出口的开闭，供可控震源进出。
[0082] 如图3所示，所述边墙震源3位于震源导轨10上，震源导轨10利用现有的掘进机 内部空间，设计由一个圆形滑环导轨和一个沿着掘进机主轴的轨道组成，可控震源7可以 在其上沿主轴6前后方向自由滑动，同时可以绕主轴6呈360°自由旋转可实现边墙震源的 三维任意布置。
[0083] 所述可控震源7和震源压力传感器8安装在震源液压伸缩杆9顶端，可控震源7、 震源压力传感器8和震源液压伸缩杆9分别与控制系统相连，其中，震源液压伸缩杆9采用 中空设计方式，上述连接线可以从当中引出。
[0084] 如图4所示，所述接收传感器及其支撑装置4以掘进机主轴6为中心呈环状分布 有三组，分别对应隧道拱顶和左右拱腰，具体由三分量检波器13、检波器压力传感器14、前 液压支撑杆11、后液压支撑杆15、径向液压支撑杆16、支撑板12、支撑装置导轨17及铰链 18等部分组成。所述前液压支撑杆11 一端与掘进机主轴6相连，另一端与支撑板12 -端 相连，支撑板12另一端与后液压支撑杆15 -端相连，后液压支撑杆15另一端连接在掘进 机主轴6上，以上连接都是通过铰链18完成的。所述支撑装置导轨17呈环形嵌套在掘进 机主轴6上，上面安装有径向液压支撑杆16,径向液压支撑杆16另一端与支撑板12底面相 连接。所述三分量检波器13和检波器压力传感器14安装在支撑板上。
[0085] 破岩震源传感器阵列安装在掘进机刀盘5后方，根据刀盘上滚刀的具体分布情况 将滚刀分组，分别为滚刀分组19-1、滚刀分组19-2、滚刀分组19-3、滚刀分组19-4、滚刀分 组19-5、滚刀分组19-6,在每个滚刀组后方的合适位置安装破岩震源传感器，分别为破岩 震源传感器20-1、破岩震源传感器20-2、破岩震源传感器20-3、破岩震源传感器20-4、破岩 震源传感器20-5、破岩震源传感器20-6,多个破岩震源传感器组成破岩震源传感器阵列， 破岩震源传感器记录的信号称为震源信号，所述震源信号中包括有效信号（即相应滚刀组 的破岩震动信号）和噪声信号（如：其他滚刀组的破岩震动信号、掘进机噪声源产生的干扰 信号），同时破岩震源传感器还设有定位单元，可以将所处的空间位置实时传输给多通道地 震波数据采集仪。
[0086] 所述掘进机工作噪声传感器安装在掘进机噪声源（如电机工作噪声、传送皮带工 作震动噪声、掘进机后方施工噪声等）附近位置，用于记录各个噪声源所产生的噪声信号。
[0087] 所述多通道地震波数据采集仪分别与破岩震源传感器阵列20、三分量检波器13 和掘进机工作噪声传感器相连接，负责存储并处理检波器记录的地震波信息；所述控制系 统能够控制震源液压伸缩杆9、前液压支撑杆11、后液压支撑杆15和径向液压支撑杆16的 伸缩，并在震源压力传感器8和检波器压力传感器14的信号的作用下对上述液压装置进 行反馈调节，另外，控制系统还负责调节可控震源7的震动情况，同时还能够控制震源导轨 10、支撑装置导轨17和震源进出口舱门的移动。
[0088] 如图5所示，应用上述装置的隧道掘进机破岩震源和主动源三维地震联合超前探 测方法，主要包括以下步骤：
[0089] (1)首先，当掘进机停工时，为初始状态，接收传感器及其支撑装置4整体处于回 缩状态，支撑装置导轨17和支撑板12位于可移动路径的最前端，径向液压支撑杆16和前 液压支撑杆11同时处于收缩状态、后液压支撑杆15处于拉伸状态。
[0090] (2)在将要开始主动源地震法超前探测时，利用接收传感器支撑装置4在隧道中 实现三分量检波器13的三维全空间灵活、快速布置，径向液压支撑杆16缓缓伸长，带动前 液压支撑杆11和后液压支撑杆15同时伸长，再结合各个位置上铰链18的角度调节功能， 支撑板12被向外推出直至三分量检波器13与隧道壁相接触，当三分量检波器13与隧道壁 之间的接触压力达到一定值时，检波器压力传感器14对控制系统进行反馈调节，停止各个 液压支撑杆的运动，此时三分量检波器13与隧道壁紧密接触。
[0091] (3)控制系统控制震源液压伸缩杆9将可控震源7向外缓缓送出，当震源7与掘进 机工作面或隧道壁之间的接触压力达到一定值时，震源压力传感器8对控制系统进行反馈 调节，停止震源液压伸缩杆9的运动，控制系统控制激震系统1中所包含的可控震源7开始 震动，激发产生宽频地震波，激震系统1中包含的可控震源7共激发12次，其中，工作面震 源2中包含的4个可控震源7在掘进机工作面上依次激震，边墙震源3中的可控震源7在 掘进机主体护盾后方左右两侧的隧道边墙上各激发4次，激震点分布在两个横截面上，相 应的，每个三分量检波器13都能采集到12个地震信号，这些信号全部分类存储在多通道地 震波数据采集仪中。
[0092] (4)按照常规地震记录处理方法对采集到的地震波信息进行自动处理，得到较远 范围内的纵横波速度模型和三维地震剖面，实现地质异常体的远距离超前预报和地质异常 体定位识别，上述常规地震记录自动处理方法主要包括：
[0093] (4-1)道集编辑：实现对坏道切除和有效数据长度（依据预报长度）截取，使此后 的处理重点突出，提高处理效率。数据长度=预报长度X2X2.5 + VP。公式中\表示预报 段落纵波的平均速度，2. 5表示考虑速度变化和横波较慢的安全因数，2则表示双程传播时 间。
[0094] (4-2)球面波扩散真振幅补偿：补偿地震波波前球面几何扩散造成的振幅损失， 使其保持相对真振幅。采用经验补偿函数g(T) =42. IXT148实现波前球面扩散真振幅补 偿。其中T为波前的旅行时间。
[0095] (4-3)频谱分析以及带通滤波，采用傅里叶变换将地震信号从时间域变换到频率 域，根据有效波与干扰波在频谱上的差异来达到滤波的效果、提高地震记录的信噪比。
[0096] (4-4)初至波拾取，确定纵横波初至到达时间，为后续数据处理工作提供必要而可 靠的参数。采用变时窗统计能量比法自动拾取反射事件，不需要手动拾取，大大提高了计算 结果的准确性和稳定性。
[0097] (4-5)炮检点静校正，将各检波器及震源校正到同一参考面上，并消除由于不同震 源引起的各记录道地震波的超前或滞后效应。由于隧道内不存在常规地震的低速带，因此 采用最小二乘算法直接进行线性拟合。
[0098] (4-6)道集均衡，具体包括道内均衡和道间均衡。道内均衡是压缩各道中浅层能 量较强的波、增大深部能量较弱的波，使浅层和深层地震波的振幅控制在一定的动态范围 内；道间均衡主要是为了消除不同震源点激发能量差异，使得反射波振幅不受激发条件的 影响，而只是反映地质构造情况。
[0099] (4-7)有效反射波提取，采用f-k和T-P联合滤波压制声波、面波、直达波等干扰 波以及掘进机工作面后方的无效反射波，自动提取来自掘进机工作面前方和侧面来的有效 反射波。
[0100] (4-8)反Q滤波，补偿由于地层非弹性体导致的能量和频率衰减，校正子波相位的 拉伸效应，达到提高弱反射能量、改善同相轴连续性和提高地震资料分辨率的目的。
[0101] (4-9)纵横波分离，采用拉东变换和极化分析等方法将三分量检波器三个分量中 接收到的P波、SH波和SV波分离开来，便于进行下一步的偏移成像和地质解释。
[0102] (4-10)速度分析，在初至波波速的基础上通过对时距曲线的反复迭代，分别建立 掘进机工作面前方岩体的纵横波速度模型。采用共成像点道集拉平准则进行速度扫描，首 先由拾取的初至数据换算成地震波速度，然后定义探测区域空间范围，