一种隧道掘进机超前地质预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及隧道地质预报技术领域，更具体的说，本实用新型涉及一种隧道 掘进机超前地质预警系统。
【背景技术】
[0002] 在隧道施工过程中，由于掌子面前方地质体的复杂多变，常遇断层、溶洞、破碎带、 暗河以及高地应力等不良地质情况，若不能及时掌握前方地质情况，很可能导致塌方、涌 水、岩爆冒顶甚至泥石流等地质灾害，因而隧道施工前和施工过程中的地质超前预报工作 关系到工程的进展、质量和安全问题，具有十分重要的意义。 【实用新型内容】
[0003] 鉴于上述问题，本实用新型提出了一种隧道掘进机超前地质预警系统，以减少监 控及检测的人工劳动力，减小作业风险，并提高预报工作效率。
[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0005] -种隧道掘进机超前地质预警系统，其包括：
[0006]被设置为激发震源的隧道掘进机刀具、地震波传感器、电磁波传感器、第一无线数 据采集装置、第二无线数据采集装置以及主机；
[0007] 其中所述地震波传感器和电磁波传感器安装在所述隧道掘进机刀具上，所述第一 无线数据采集装置与所述地震波传感器相连，所述第二无线数据采集装置与所述电磁波传 感器相连；所述主机分别与所述第一无线数据采集装置和第二无线数据采集装置无线相 连。
[0008] 其中，所述第一无线数据采集装置可包括：第一信号调理电路，与所述第一信号调 理电路相连的第一模数转换电路以及与所述第一模数转换电路相连的第一无线通信电路。
[0009]另外，所述第一无线数据采集装置还可包括：第一供电电池，与所述第一无线通信 电路相连并对其供电。
[0010] 优选的，所述第一模数转换电路为24位模数转换电路。
[0011] 其中，所述第二无线数据采集装置可包括：第二信号调理电路，与所述第二信号调 理电路相连的第二模数转换电路以及与所述第二模数转换电路相连的第二无线通信电路。
[0012] 另外，所述第二无线数据采集装置还可包括：第二供电电池，与所述第二无线通信 电路相连并对其供电。
[0013]优选的，所述第二模数转换电路为24位模数转换电路。
[0014]优选的，所述地震波传感器为采样率在0. 05~0. 1ms的地震波传感器。
[0015]优选的，所述电磁波传感器为频带范围在1~500Hz的电磁波传感器。
[0016]优选的，所述地震波传感器和所述电磁波传感器为一个或多个。
[0017]本实用新型具有如下有益技术效果：
[0018]本实用新型采用的隧道掘进机超前地质预警系统中由于地震波传感器和电磁波 传感器安装在TBM设备（即隧道掘进机刀具）上，能在TBM设备正常施工的情况下进行实时 监控和预报，可以大大提高工作效率，工作人员可以在距离施工较远的地方进行实时监控 探测，不仅可以方便快速采集到高精度信号，并且能保证人员安全，使工作安全顺利开展， 另外，本实用新型可以对现场隧道掘进机施工的掌子面周围空间一定范围内的地质情况进 行实时监测和预报，尤其是对含水地质体等危险地质体进行实时监测和预报，若设置远程 控制中心，还可将检测到数据通过无线网络实时上传到远程控制中心，实现远程实时监测 和预报以便于作出合理决策，最终可实现减少人工劳动力，减小作业风险，而且提高预报工 作效率，特别是对于长隧道而言，大大减少施工费用，节省成本，综合社会经济效益高。
[0019] 上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技 术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征 和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0020] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用 新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0021] 图1为根据本实用新型隧道掘进机超前地质预警系统的一个具体实施例组成框 图；
[0022] 图2为根据图1中第一无线数据采集装置的一个具体实施例组成框图；
[0023] 图3为根据图1中第二无线数据采集装置的一个具体实施例组成框图；
[0024] 图4为根据图1中主机的一个具体实施例组成框图；
[0025] 图5为本实用新型中主机采用盲信号分离算法对地震波信号分离的一个具体实 施例示意图；
[0026] 图6为本实用新型中进行震电效应处理的原理示意图；
[0027]图7为本实用新型隧道掘进机超前地质预警系统中进行地质预报的具体实施例 处理流程图。
【具体实施方式】
[0028] 参考图1，在隧道掘进机施工条件下，本实用新型一种隧道掘进机超前地质预警系 统的一个具体实施例，其主要包括：
[0029] 隧道掘进机刀具1，本实施例中所述隧道掘进机刀具1被设置为激发震源，具体实 现时，隧道掘进机刀具1切割岩石所激发的振动信号作为地震波和震电效应的同一个激发 震源；
[0030] 设置在所述隧道掘进机刀具1上的地震波传感器2和电磁波传感器3,具体实现 时，例如地震波传感器2和电磁波传感器3可设置在隧道掘进机刀具的核心转轴上，本实施 例中由于地震波传感器2和电磁波传感器3安装在TBM设备（即隧道掘进机刀具1)上，能 在TBM设备正常施工的情况下进行实时监控和预报，可以大大提高工作效率，工作人员可 以在距离施工较远的地方进行实时监控探测，不仅可以方便快速采集到高精度信号，并且 能保证人员安全，使工作安全顺利开展；
[0031] 需要说明的，一般软岩的地震波频率为200~600Hz，硬岩为400Hz~1500Hz。根 据抽样定量，抽样间隔A与谐振最大频率€_必须满足&<^-。以最高频率1500抱计 .气/max 算，只要小于〇. 333ms即可，考虑读数精度一般采用高采样率采集，即选用0. 05~0.lms，即 本实施例中地震波传感器2选用0. 05~0.lms的采样率。
[0032]另外，本实用新型中所涉及的电磁波信号是由地震波在隧道岩石中传播时遇到含 水构造所激发的，其频带一般为10~200Hz，本实施例中的电磁波传感器3频带范围可选取 1~500Hz可覆盖上述的频带范围。
[0033] 本实施例中还具有与所述地震波传感器2相连的第一无线数据采集装置4以及与 所述电磁波传感器3相连的第二无线数据采集装置5，所述第一无线数据采集装置4从所述 地震波传感器2采集地震波信号，所述第二无线数据采集装置5从所述电磁波传感器3采 集电磁波信号；
[0034] 需要说明的，所述第一无线数据采集装置4和第二无线数据采集装置5也设置在 隧道掘进机刀具上，另外，在同一个隧道掘进机刀具施工隧道中，可以在隧道掘进机刀具的 核心转轴上安装多个地震波传感器和电磁波传感器，实际中对应一个或多个地震传感器和 电磁波传感器也可以相应设置一个或多个的第一和第二无线数据采集装置，这样可以采集 得到大量数据，提高数据采集的准确性、有效性。
[0035] 主机6，与所述第一无线数据采集装置4和所述第二无线数据采集装置4无线相连 进行通信，分别从所述第一无线数据采集装置4接收地震波信号、从所述第二无线数据采 集装置5接收电磁波