本發(fā)明屬于隱性斷層探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法。

背景技術(shù)：

在工程尺度下，隱性斷層活化對(duì)突水、隧道(井巷)支護(hù)等都有很大的影響。因此，開展隧道(巷道)掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法工作對(duì)于工程斷層活化引起的相關(guān)工程災(zāi)害的預(yù)警具有十分重要的意義。由于隱性斷層往往規(guī)模較小，地質(zhì)上不易被揭露，因此隧道(巷道)掘進(jìn)過程中往往需要對(duì)隱性斷層超前物探。現(xiàn)價(jià)段，對(duì)隱性斷層超前物探方法主要有三維地震、超前鉆孔和聲波法。

大量實(shí)踐表明，三維地震勘探技術(shù)在大型斷層超前物探中的準(zhǔn)確性較好，在小規(guī)模斷層超前物探中的準(zhǔn)確性較差。超前鉆孔施工比較復(fù)雜，同時(shí)容易誘發(fā)瓦斯突出、突水等災(zāi)害，超前鉆孔的長度一般在20m到50m之間，其超前預(yù)報(bào)的距離較短。聲波法最大的缺點(diǎn)在于，近場準(zhǔn)確性較高，超過一定距離(50m)其準(zhǔn)確性大大降低。

近年來，微震監(jiān)測技術(shù)作為一種巖體微破裂三維空間監(jiān)測技術(shù)得到了迅速發(fā)展。微震主要監(jiān)測巖體脆性材料在外力作用下，發(fā)生微破裂的時(shí)間、空間、強(qiáng)度以及相關(guān)震源參數(shù)，相對(duì)傳統(tǒng)的位移或應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)而言，微震監(jiān)測技術(shù)具有如下幾個(gè)重要特點(diǎn)：(1)監(jiān)控范圍廣；(2)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測的自動(dòng)化、信息化和智能化；(3)監(jiān)測儀器設(shè)備高集成性、小體積、多通道、高靈敏度；(4)支持自動(dòng)監(jiān)測和信息遠(yuǎn)程傳輸；(5)更有利于保證監(jiān)測系統(tǒng)的長期運(yùn)行。大量實(shí)踐表明，微震監(jiān)測技術(shù)是監(jiān)測巖體微破壞及與微巖體破壞相關(guān)災(zāi)害問題的一種強(qiáng)有力手段。而斷層在擾動(dòng)應(yīng)力場作用下，在活化過程中必然產(chǎn)生大量微震事件，因此如何將微震監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用到隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探中，是目前需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種施工簡單、準(zhǔn)確性高的隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法，包括以下步驟：

步驟一：在被監(jiān)測隧道建立微震監(jiān)測系統(tǒng)；

步驟二：根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定；

步驟三：分析微震事件的空間分布與隧道掘進(jìn)工作面之間的關(guān)系，判斷哪些是隧道掘進(jìn)引起的微震事件，哪些是斷層活化引起的微震事件；

步驟四：選取斷層活化引起的微震事件進(jìn)行分析，采用微震事件定位信息和震源參數(shù)畫出斷層活化引起的微震事件的能量密度云圖，并判斷隱性斷層的傾角和走向。

優(yōu)選地，所述步驟一中微震監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于已掘進(jìn)的隧道一側(cè)，距離工作面300m范圍內(nèi)的檢波器，檢波器布置在已掘進(jìn)的隧道的兩幫，在隧道走向方向和深度方向呈交錯(cuò)布置，檢波器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；工作面每推進(jìn)100m，隧道內(nèi)布置的檢波器整體向前移動(dòng)100m。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依次與信號(hào)接收器、數(shù)字轉(zhuǎn)化器以及數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)相連。

優(yōu)選地，所述步驟三中，隧道掘進(jìn)引起的微震事件分布于工作面前方50m以內(nèi)；而當(dāng)前方有斷層，當(dāng)工作面距離斷層200m時(shí)，斷層區(qū)域附近區(qū)域便開始產(chǎn)生微震事件，隨著掘進(jìn)工作面與斷層距離的靠近，微震事件越來越多，直至掘進(jìn)工作面通過斷層200m距離，以此作為根據(jù)，判斷哪些是隧道掘進(jìn)引起的微震事件，哪些是斷層活化引起的微震事件。

優(yōu)選地，所述步驟四中，通過二維插值手段畫出斷層活化引起的微震事件的能量密度云圖。

優(yōu)選地，所述步驟四中，隱性斷層引起的微震事件的能量密度云圖呈帶狀分布，并以此判斷隱性斷層的傾角和走向。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的一種隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法，基于微震監(jiān)測系統(tǒng)，通過分析微震事件的空間分布與隧道掘進(jìn)工作面之間的關(guān)系，判斷出斷層活化引起的微震事件；選取斷層活化引起的微震事件進(jìn)行分析，畫出斷層活化引起的微震事件的能量密度云圖，從而判斷隱性斷層的傾角和走向。該方法施工簡單、準(zhǔn)確率高、預(yù)報(bào)距離較長，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明檢波器安裝位置示意圖；

圖3是本發(fā)明微震監(jiān)測系統(tǒng)的拓?fù)鋱D；

圖4是實(shí)施例一中掘進(jìn)與斷層活化引起微震事件數(shù)的關(guān)系圖；

圖5是實(shí)施例一中2015年2月1日斷層活化引起微震事件的能量密度云圖；

圖6是實(shí)施例一中2015年3月1日斷層活化引起微震事件的能量密度云圖；

圖7是實(shí)施例一中2015年4月1日斷層活化引起微震事件的能量密度云圖；

圖8是實(shí)施例一中2015年5月1日斷層活化引起微震事件的能量密度云圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法，包括以下步驟：

步驟一：在被監(jiān)測隧道建立微震監(jiān)測系統(tǒng)；微震監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于已掘進(jìn)的隧道一側(cè)，距離工作面300m范圍內(nèi)的檢波器，檢波器布置在已掘進(jìn)的隧道的兩幫，在隧道走向方向和深度方向呈交錯(cuò)布置，檢波器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依次與信號(hào)接收器、數(shù)字轉(zhuǎn)化器以及數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)相連。工作面每推進(jìn)100m，隧道內(nèi)布置的檢波器整體向前移動(dòng)100m。

步驟二：微震監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)將監(jiān)測到的波形數(shù)據(jù)傳到地面的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定；

濾波主要是指將一些有規(guī)律性的干擾波形信號(hào)過濾掉，提高微震事件判定的效率和準(zhǔn)確度。微震監(jiān)測系統(tǒng)可能監(jiān)測到的波形信號(hào)包括敲擊實(shí)驗(yàn)信號(hào)、干擾信號(hào)和微震信號(hào)，這三種波形型號(hào)存在典型區(qū)別，微震信號(hào)可以看到明顯的P波起震，然后衰減，緊接著S波起震，然后衰減的完整過程，微震事件持續(xù)的事件一般不超過300ms，微震主頻率一般不超過200，并且至少被四個(gè)傳感器接收到信號(hào)，以此作為微震事件判定的依據(jù)。

所述微震事件定位，首先確定每個(gè)傳感器的微震事件波形的P波起震位置和S波起震位置，然后采用相對(duì)定位法、單純形法及其混合定位法、震源位置和臺(tái)站聯(lián)合校正法、Geiger及各種改進(jìn)法、最小二乘法、臺(tái)偶時(shí)差法、EHB法以及雙重殘差法中的一種或幾種方法的組合對(duì)微震事件進(jìn)行定位，從而確定微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時(shí)間；所述震源參數(shù)的確定，在微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時(shí)間確定的條件下，通過分析波形，采用地震學(xué)的基本模型，從而確定微震事件的能量和矩震級(jí)。

步驟三：分析微震事件的空間分布與隧道掘進(jìn)工作面之間的關(guān)系，隧道掘進(jìn)引起的微震事件分布于工作面前方50m以內(nèi)；而當(dāng)前方有斷層，當(dāng)工作面距離斷層200m時(shí)，斷層區(qū)域附近區(qū)域便開始產(chǎn)生微震事件，隨著掘進(jìn)工作面與斷層距離的靠近，微震事件越來越多，直至掘進(jìn)工作面通過斷層200m距離，以此作為根據(jù)，判斷哪些是隧道掘進(jìn)引起的微震事件，哪些是斷層活化引起的微震事件。

步驟四：選取斷層活化引起的微震事件進(jìn)行分析，采用微震事件定位信息和震源參數(shù)，通過二維插值手段畫出斷層活化引起的微震事件的能量密度云圖(包括俯視圖和側(cè)視圖)，隱性斷層引起的微震事件的能量密度云圖(包括俯視圖和側(cè)視圖)呈帶狀分布，并以此判斷隱性斷層的傾角和走向。

以下通過隧道掘進(jìn)過程中的具體的實(shí)施例對(duì)上述隱性斷層超前物探方法作進(jìn)一步說明：

實(shí)施例一

一種基于該微震監(jiān)測系統(tǒng)的隧道掘進(jìn)過程中隱性斷層超前物探方法，包括以下步驟：

步驟一：如圖3所示，在被監(jiān)測隧道建立微震監(jiān)測系統(tǒng)；圖中S1、S2、S3、S4、S5和S6為交錯(cuò)布置的檢波器。

步驟二：微震監(jiān)測系統(tǒng)24小時(shí)不間斷采集工作面的微震監(jiān)測數(shù)據(jù)，采集過程中，應(yīng)對(duì)工作面進(jìn)度以及工作面地質(zhì)情況做好詳細(xì)記錄。根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，監(jiān)測到的微震事件數(shù)隨著時(shí)間的變化如圖4所示，隧道掘進(jìn)進(jìn)度如表1所示：

表1掘進(jìn)隧道掘進(jìn)進(jìn)度表

從圖4可以看出，微震事件從1月中旬開始產(chǎn)生，表1中工作面從1月中旬開始掘進(jìn)，兩者之間具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖4中從4月上旬至8月下旬，構(gòu)造影響微震區(qū)的微震事件數(shù)呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，8月下旬以后微震事件數(shù)繼續(xù)增加(由其他工作面開采引起)。

步驟三：分析微震事件的空間分布與隧道掘進(jìn)工作面之間的關(guān)系，隧道掘進(jìn)引起的微震事件分布于工作面前方50m以內(nèi)；而當(dāng)前方有斷層，當(dāng)工作面距離斷層200m時(shí)，斷層區(qū)域附近區(qū)域便開始產(chǎn)生微震事件，隨著掘進(jìn)工作面與斷層距離的靠近，微震事件越來越多，直至掘進(jìn)工作面通過斷層200m距離，以此作為根據(jù)，判斷哪些是隧道掘進(jìn)引起的微震事件，哪些是斷層活化引起的微震事件。

步驟四：選取斷層活化引起的微震事件進(jìn)行分析，采用微震事件定位信息和震源參數(shù)畫出斷層活化引起的微震事件的能量密度云圖，如圖5至圖8所示，依次為2015年2月1日、2015年3月1日、2015年4月1日和2015年5月1日的斷層活化引起微震事件的能量密度云圖，并判斷隱性斷層的傾角和走向。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。