一种掌子面前方围岩探测系统及方法

本公开涉及超前地质预报相关，具体的说，是涉及一种掌子面前方围岩探测系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

2、高原地区的环境制约，限制着高原地区的建设及发展，近年来，基建工程在高原地区广泛开展，如新建川藏铁路，机械化与自动化成为高原极端环境下钻爆法隧道施工的变革方向，建设过程中，地质预测十分重要。然而，现有的利用地震波进行超前预报手段在施作过程中往往占用较大的隧道空间，需要的时间较长，施作及准备时长往往超过两小时，这就造成了施工的停滞，围岩探测效率的降低，同时给高原长时间体力工作人员的健康安全带来威胁。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了一种掌子面前方围岩探测系统及方法，利用凿岩台车施工过程敲击洞身产生的震源，形成定向性好，信噪比高的可控主动震源，并利用长期布设的采集阵列连续采集，进一步简化施作步骤，能够减少人员操作，保障隧道施工及人员的安全，提升施作效率，克服现有超前预报在高原极端环境下无法匹配机械化施工效率的问题。

2、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

3、一个或多个实施例提供了一种掌子面前方围岩探测系统，包括依次连接的检波器、地震数据采集仪器与探测终端，多个检波器在垂直于隧道走向的同一平面内采用环形布设形成一组，多组检波器布设形成环状采集阵列。

4、一个或多个实施例提供了一种掌子面前方围岩探测方法，包括如下步骤：

5、获取在多位置敲击激发震源，通过环状采集阵列的检波器获得的地震波束信号；

6、对采集的地震波束信号进行预处理；

7、对预处理后的信号进行速度分析，获得探测范围内纵波速度和横波速度分布；

8、根据速度分布结果，进行三维反演成像，获得掌子面前方围岩探测结果。

9、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

10、(1)本公开通过将检波器设置成环状采集阵列，形成立体式的观测系统，能够提高检测数据的全面性，能够及时发现不良地质界面，提高探测预测的准确性。

11、(2)本公开利用凿岩台车施工过程敲击洞身产生的震源，形成定向性好，信噪比高的可控主动震源，并利用长期布设的采集阵列连续采集，进一步简化施作步骤，能够减少人员操作，保障隧道施工及人员的安全，提升施作效率，克服现有超前预报在高原极端环境下无法匹配机械化施工效率的问题。

12、本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

技术特征：

1.一种掌子面前方围岩探测系统，其特征在于：包括依次连接的检波器、地震数据采集仪器与探测终端，多个检波器在垂直于隧道走向的同一平面内采用环形布设形成一组，多组检波器布设形成环状采集阵列。

2.如权利要求1所述的一种掌子面前方围岩探测系统，其特征在于：检波器为三分量检波器。

3.如权利要求1所述的一种掌子面前方围岩探测系统，其特征在于：检波器的设置方式，具体为：当隧道洞身范围存在锚杆情况，于锚杆底端安装检波器；当隧道洞身范围不存在锚杆的情况，垂直于洞壁钻设定深度的钻孔，将检波器安装于孔底端，并将检波器采用耦合剂耦合紧密。

4.如权利要求3所述的一种掌子面前方围岩探测系统，其特征在于：每组检波器之间间隔设定的距离。

5.如权利要求1所述的一种掌子面前方围岩探测系统，其特征在于：地震数据采集仪器为无线式自组网地震数据采集仪器多个自组网地震数据采集仪器相互通信形成自组网络，与探测终端进行通信连接。

6.一种掌子面前方围岩探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的一种掌子面前方围岩探测方法，其特征在于：多位置敲击激发震源的方法，具体如下：

8.如权利要求6所述的一种掌子面前方围岩探测方法，其特征在于：预处理包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的一种掌子面前方围岩探测方法，其特征在于：对定向地震波束信号进行降噪处理，包括：道间/道内能量均衡、带通滤波、自动增益控制、反射波提取及纵横波分离。

10.如权利要求9所述的一种掌子面前方围岩探测方法，其特征在于：

技术总结
本公开提出了一种掌子面前方围岩探测系统及方法，系统包括依次连接的检波器、地震数据采集仪器与探测终端，多个检波器在垂直于隧道走向的同一平面内环形布设形成一组，多组检波器布设形成环状采集阵列。本公开利用凿岩台车施工过程敲击洞身产生的震源，形成定向性好，信噪比高的可控主动震源，并利用长期布设的采集阵列连续采集，进一步简化施作步骤，能够减少人员操作，保障隧道施工及人员的安全，提升施作效率，克服现有超前预报在高原极端环境下无法匹配机械化施工效率的问题。

技术研发人员：石少帅,李祎翔,郭伟东,王鑫,赵瑞杰,薛阳,李咸森
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13