一种隧道不良地质体微震超前探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道不良地质体微震超前探测系统及方法，解决了超前地质预报和微震监测独立监测和定位不准的问题；该装置包括处理器、采集终端、设置于隧道一侧的微震监测检波器序列、设置于隧道另一侧的超前探测检波器序列以及设置在掌子面沿隧道轴线上的震源；所述微震监测检波器序列和超前探测检波器序列分别通过传输光缆与采集终端连接，将采集的微震信息传输给采集终端，所述采集终端对接收到的微震信息进行筛分处理后，传输给处理器；处理器对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，实现了对掌子面前方的不良地质体定位以及对可能发生的地质灾害演化态势预测。

A microseismic advanced detection system and method for bad geological body in tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种隧道不良地质体微震超前探测系统及方法
本专利技术涉及隧道开挖
，具体涉及一种可以用于隧道开挖等方面掌子面前方的不良地质体微震超前探测系统及方法。
技术介绍
隧道开挖过程中，常遇各种不良地质体，倘若不能及时掌握掌子面前方不良地质体的信息，将会对隧道施工带来很大的盲目性和危险性。因此，及时对掌子面前方的地质信息进行探测及对不良地质体进行动态实时监测显得尤为重要。目前，微震监测与超前预报方法种类繁多，现有的超前预报方法有HSP、TSP、TGP、TRT、TST、负视速度等各种超前预报方法；现有的微震监测方法有三分量检波器监测、单分量检波器监测及混合分量检波器监测等。专利技术人在研发过程中发现，现有的微震监测与超前预报方法未能将微震的动态实时监测，与超前地质预报的静态探测进行有机结合，往往需要分开进行，工作繁琐，时间成本高，耽误施工。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种隧道不良地质体微震超前探测系统及方法，解决了超前地质预报和微震监测独立监测和定位不准的问题。本专利技术一方面提供的一种隧道不良地质体微震超前探测装置的技术方案是：一种隧道不良地质体微震超前探测装置，该装置包括处理器、采集终端、设置于隧道一侧的微震监测检波器序列、设置于隧道另一侧的超前探测检波器序列以及设置在掌子面沿隧道轴线上的震源；所述微震监测检波器序列和超前探测检波器序列分别通过传输光缆与采集终端连接，将采集的微震信息传输给采集终端，所述采集终端对接收到的微震信息进行筛分处理后，传输给处理器；处理器对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，实现了对掌子面前方的不良地质体定位以及对可能发生的地质灾害演化态势预测。进一步的，所述超前探测检波器序列和微震监测检波器序列中检波器均为三分量光纤检波器。进一步的，所述震源为便携可移动式电火花震源。进一步的，所述采集终端包括光纤解调模块和信号处理模块，所述布里渊分布式光纤解调模块包括干涉仪、密集波分复用器、光电探测阵列、ADC转换器和FPGA，所述干涉仪接收微震监测检波器序列和超前探测检波器序列采集的微震信息，依次经过密集波分复用器、光电探测阵列、ADC转换器和FPGA的预处理后，输出给信号处理模块，所述信号处理模块对信息进行反卷积运算、定位及深度域偏移成像筛分处理后，输出给处理器。进一步的，所述处理器包括：微震监测数据处理模块，用于对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，预测可能发生的不良地质灾害演化态势；超前预报数据处理模块，用于对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，对前方的不良地质体进行超前预报。进一步的，所述数据处理包括微震信息的相干性分析、波速场的分析、反卷积、极化特征分析的一项或多项。本专利技术另一方面提供的一种隧道不良地质体微震超前探测装置的技术方案是：一种隧道不良地质体微震超前探测方法，该方法是基于如上所述的隧道不良地质体微震超前探测装置，该方法包括以下步骤：位于掌子面的震源发生至少2次振动产生连续的地震波信号，该信号沿隧道两侧传播；微震监测检波器序列实时采集掌子面前方岩体的声发射信息，同时，超前探测检波器序列实时采集电火花震源激发的地震波场信息，并分别传送给采集终端；采集终端对接收到的声发射信息和地震波场信息进行筛分处理，并将筛分后的微震信息传输给处理器；处理器对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，实现对掌子面前方的不良地质体定位以及对可能发生的地质灾害演化态势预测。进一步的，所述数据处理包括微震信息的相干性分析、波速场的分析、反卷积、极化特征分析的一项或多项。进一步的，所述处理器对微震信息进行反演成像的步骤包括：利用透射波，估算出所测岩体的背景速度；利用估算出的背景速度以及微震信息进行并行运算，确定反射系数；利用反射系数、背景速度以及背景速度扰动量不断迭代更新背景速度，最终实现反演成像。通过上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术实现微震动态实时监测及基于主动电火花震源的静态超前探测的有机统一；通过微震动态实时监测，获取不良地质体灾变演化信息；通过主动震源激发的振动产生的波长信息，对前方的不良地质体进行超前预报；(2)本专利技术台网布设简单，工序简单，耗时少，安全性高，系统工作稳定，抗干扰能力强；(3)本专利技术采用便携可移动式电火花震源代替了传动的炮点，安全性高，准备时间大幅降低；(4)本专利技术的检波器均为光纤产品，组网简单，防水性耐久性好，抗电磁干扰能力强，信息传输速度快，可以适应高温、高压等复杂地质环境。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是实施例一隧道不良地质体微震超前探测装置的结构图；图2是实施例一中采集终端的结构图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一本实施例提供一种隧道不良地质体微震超前探测装置，请参阅附图1，该装置包括处理器7、采集终端3、设置于隧道一侧的微震监测检波器序列2、设置于隧道另一侧的超前探测检波器序列4以及设置在接收点前方的掌子面沿隧道轴线上的电火花震源1；所述微震监测检波器序列2和超前探测检波器序列4分别通过传输光缆与采集终端3连接，所述采集终端3与处理器7连接。在本实施例中，所述超前探测检波器序列是按照现有的TSP超前地质预报方法台网布置在隧道一侧，所述微震监测检波器序列是按照微震监测台网布置在另一侧；所述微震监测检波器序列和超前探测检波器序列一并组网成新的联合台网布设序列，分别通过光纤与采集终端连接。所述超前探测检波器序列和微震监测检波器序列中检波器均为三分量光纤检波器。在本实施例中，根据电火花震源探头大小，在掌子面沿隧道轴线方向打一个20-40cm深的钻孔，将电火花震源插入其中，待调试好仪器，激发电火花震源，产生振动。本实施例激发振动所使用的震源非传统的炮点，而采用电火花震源作为主动震源。该电火花震源为便携可移动式电火花震源，采用便携可移动式电火花震源代替了传动的炮点，安全性高，准备时间大幅降低。通过至少2次位于掌子面的电火花激发的振动作为震源，所述微震监测检波器序列中每个检波器采集掌子面前方岩体实时的声发射信息，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道不良地质体微震超前探测装置，其特征是，包括处理器、采集终端、设置于隧道一侧的微震监测检波器序列、设置于隧道另一侧的超前探测检波器序列以及设置在掌子面沿隧道轴线上的震源；所述微震监测检波器序列和超前探测检波器序列分别通过传输光缆与采集终端连接，将采集的微震信息传输给采集终端，所述采集终端对接收到的微震信息进行筛分处理后，传输给处理器；处理器对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，实现了对掌子面前方的不良地质体定位以及对可能发生的地质灾害演化态势预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道不良地质体微震超前探测装置，其特征是，包括处理器、采集终端、设置于隧道一侧的微震监测检波器序列、设置于隧道另一侧的超前探测检波器序列以及设置在掌子面沿隧道轴线上的震源；所述微震监测检波器序列和超前探测检波器序列分别通过传输光缆与采集终端连接，将采集的微震信息传输给采集终端，所述采集终端对接收到的微震信息进行筛分处理后，传输给处理器；处理器对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，实现了对掌子面前方的不良地质体定位以及对可能发生的地质灾害演化态势预测。


2.根据权利要求1所述的隧道不良地质体微震超前探测装置，其特征是，所述超前探测检波器序列和微震监测检波器序列中检波器均为三分量光纤检波器。


3.根据权利要求1所述的隧道不良地质体微震超前探测装置，其特征是，所述震源为便携可移动式电火花震源。


4.根据权利要求1所述的隧道不良地质体微震超前探测装置，其特征是，所述采集终端包括光纤解调模块和信号处理模块，所述光纤解调模块包括干涉仪、密集波分复用器、光电探测阵列、ADC转换器和FPGA，所述干涉仪接收微震监测检波器序列和超前探测检波器序列采集的微震信息，依次经过密集波分复用器、光电探测阵列、ADC转换器和FPGA的预处理后，输出给信号处理模块，所述信号处理模块对信息进行反卷积运算、定位及深度域偏移成像筛分处理后，输出给处理器。


5.根据权利要求1所述的隧道不良地质体微震超前探测装置，其特征是，所述处理器包括：
微震监测数据处理模块，用于对筛分后的微震信息进行数据处理和反演成像，预测可能发生的不良地质灾害演...

【专利技术属性】
技术研发人员：李利平，靳昊，成帅，石少帅，周宗青，王升，胡慧江，高上，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37