中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析

自20世纪90年代以来，反射地震波法作为一种主要的超前探测技术在我国国内隧道及井巷工程中取得了诸多成功应用的探测实例，同时在应用中不同探测方法也存在不少问题。文章结合国内外超前探测中应用较为广泛的TSP法、负视速度法、HSP法、TRT法、ISIS系统等反射波探测技术加以阐明，分析了国内超前探测技术应用与研究的现状，指出隧道及井巷超前探测数据采集与处理过程中存在的不足，并进一步提出超前探测研究在正反演理论、数据采集、偏移成像技术等方面应该注意的问题，超前探测的目标是要建立和完善一套实时的巷道前方地质体的动态监测与预报系统。     

三维全空间坑道直流聚焦超前探测数值模拟

应用同性点源之间的相斥和聚焦原理,设计出适合坑道空间的垂直聚焦超前探测方案。利用有限元法结合高效行压缩存储格式及迭代求解算法,对三维坑道空间中聚焦超前探测效果进行模拟研究。数值计算结果与土槽物理模拟实验结果对比,说明设计方案达到l了聚焦超前探测的目地。通过坑道复杂模型计算,表明垂直聚焦观测方案能够有效探测前方和旁侧存在的不良地质体。     

高密度电法在岩溶探测中的应用

灰岩分布区岩溶发育易引发地面塌陷.从而形成地质灾害。高密度电法近年来被应用于灾害地质调查及工程勘察中。以某一段穿越岩溶发育区的高速公路为例,应用高密度电法对区内第四系土洞、岩溶、断裂发育等灾害地质体进行了探测。结果显示,电阻率断面图上显示的异常区与实际灾害地质体吻合,展示了其工程应用前景。      

煤矿井下综合物探超前探测技术与应用

对我国煤矿井下推广使用的地球物理探测技术进行了回顾,着重介绍了瑞利波和直流电法两种超前探测技术的新进展;结合七台河、平顶山等煤矿的应用实例,分析了煤矿井下超前地质预测的潜力,提出了煤矿井下超前探测技术的发展方向。      

基于高分辨直流电法的隧道超前地质预报异常探测研究

采用高分辨直流电法,对隧道不同空间位置的不良地质体探测异常特征进行了数值试验,并结合物理模型试验进行了分析研究。介绍了高分辨直流电法隧道超前探测机制和有限元求解原理;通过建立有限单元模型,对含隧道空腔全空间点源场的电位分布进行了数值试验,分析了不同地电条件下隧道不良地质体的视电阻率曲线形态特征;结合物理模型试验结果,对隧道不同空间位置的不良地质体探测进行了模拟试验。结果表明:在隧道空间内采用高分辨直流电法对围岩进行不良地质体的探测具有空间选择性,仅从GU或视电阻率曲线难以判断隧道掌子面前方的不良地质体,但对位于隧道底板或侧帮的不良地质体探测效果较好。研究成果对利用高分辨直流电法应用于隧道不良地质异常体的超前地质预报选择以及适用性具有一定的参考意义。     

深部高压水害隐患探测的井下电磁法技术

在煤矿深部高压水害隐患探测中,井下电磁法发挥着独到的作用。介绍了井下直流电法、井下高密度电阻率法、电透视法、井下瞬变电磁法的工作原理和施工方法,以及顶底板探测、侧帮水害隐患探测、回采工作面水害隐患探测及独头巷道超前探测的效果。结果表明,矿井电磁法对含水低阻体敏感,与探测目的层或地质体近距离接触,对导含水体具有较高的分辨能力,是探测采煤工作面突水隐患的有效方法。      

电磁法在煤矿水害隐患探测方面的综述

煤矿水害是安全生产的重大隐患,如何精准探测隐蔽致灾体是解决这些隐患的前提。电磁法对低阻体反映灵敏,方法类型多样,适应性强,是探测富水致灾体的有效方法之一。传统的地面电磁方法包括可控源音频大地电磁法和回线源瞬变电磁法,在煤矿隐蔽致灾体探测方面发挥了重要作用。随着新技术的不断发展,近源电磁勘探方法得到了快速发展,包括广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法,提高了勘探效率和信噪比,拓宽了观测区域。地空电磁法是新发展起来一种大功率快速勘探方式,具备航空电磁法快速采集和地面电磁法大功率发射两个优势,特别适合于复杂地形条件的煤矿灾害隐患探测。分析了煤矿典型致灾体的形成机理、时空分布及物性特征,其中,隐蔽型导水构造是造成煤矿安全隐患的重要因素,需要重点关注;回顾了各种电磁方法的主要特征、适用性以及在煤矿水害探测中的应用现状,总结了不同方法的技术参数和观测模式等,为相关技术人员从事煤矿灾害隐患探测提供了参考;最后对煤矿电磁法发展进行了展望：广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法等近源电磁勘探方法将会在煤矿勘探中进一步扩大应用;三维反演技术和基于深度学习的神经网络反演算法等将是未来电磁法的主要发展方向;地空电磁勘探会快...     

坑道掘进瞬变电磁超前探水技术应用分析

坑道掘进前方含水体一直是影响安全生产的主要因素之一,瞬变电磁法在超前探水预报中发挥了重要作用。由于坑道全空间探测条件的特殊性,其测试布置方式对探测结果判断产生一定影响,主要表现在干扰因素剔除、电阻率深度计算、异常体空间判断等内容。为了获得较为可靠的探测结果,通过改进测试布置方式,增加中心线方向竖直测试剖面,与坑道迎头顶板、顺层、底板剖面一起形成四断面法超前测试,增强了对前方含水异常体的空间判断能力。通过与瞬变电磁超前常规探测方式相对比,认为四断面法利用横断面与纵剖面相结合,对地质体判断的优越性较强。现场应用结果表明,该方法在预报测区前方地质异常体时,以低于10 ?•m为低阻异常区判断标准,具有一定的可靠性,能为坑道掘进安全生产提供有效指导。     

巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用

通过建立超前探测实际地电模型,进行单极—偶极法理论视电阻率曲线的计算,探讨了巷道前方存在低阻地质异常体的电阻率响应特征,提出了工作方法和解释方法,结合具体实例介绍了应用效果。      

煤矿井下定点源梯度法超前探测试验研究

超前探测预测地质构造是煤矿井下突出的地质问题之一。根据理论分析提出定点源梯度法;模拟试验证明该方法用于煤矿井下超前探测具有较好的地球物理基础,视电阻率参数可以用来区分含水与非含水构造;实际应用结果表明:该法具有布极简便、结果直观等特点,其分辨力及抗干扰能力均优于其它装置形式,探测效果明显。      

隐伏岩溶区地下空间探测技术方法研究——以武汉市为例

岩溶地面塌陷是城市隐伏岩溶区地下空间开发过程中常见的地质环境问题,具有隐蔽性和突发性,开展隐伏岩溶区地下空间结构探测技术方法研究可以有效指导地下空间开发利用。以武汉市为例,分析武汉市岩溶地面塌陷的成因机理,提出岩溶发育程度、覆盖层厚度和结构、地下水是岩溶地面塌陷的原生地质条件,也是隐伏岩溶区地下空间探测的特征因子。通过对比分析地质雷达、高密度电阻率法、浅层地震、微动、混合源面波、瞬变电磁法、孔间层析成像和地面核磁共振法等技术方法在武汉市隐伏岩溶区地下空间探测的适用性。结果表明:地质雷达适用于浅部土层扰动探测,小极距的高密度电阻率法和混合源面波适宜于覆盖层的厚度和结构探测,浅层地震、微动和孔间层析成像适宜岩溶发育特征探测,地面核磁共振法可通过岩溶地下水的富水性辅助岩溶发育程度探测。     

双护盾TBM施工隧洞综合超前地质预报方法研究

由于受护盾、管片及电磁干扰的影响,地质素描、炸药激振地震法、电磁法等超前地质预报方法在双护盾TBM施工中无法使用。根据双护盾TBM技术特点,以CCS水电站引水隧洞为工程背景,提出了以地质分析法、物探法、和超前钻探等为主的综合超前地质预报方法。综合超前地质预报采用"由粗到细、点面结合"的原则。地质分析法包括隧洞沿线地质分析、施工地质观察、岩渣及掘进参数分析等,不占用TBM掘进时间,成本低,可全洞段采用。物探法包括ISIS地震法和BEAM电法。物探法和超前钻探占用TBM掘进时间,且预报成本较高。因此,应根据预报精度、预报成本及是否占用掘进时间综合权衡后,确定采用何种预报方法。基于综合超前地质预报结果,针对不良地质条件,提出了相应的处理措施。研究结果表明,综合超前地质方法符合双护盾TBM施工特点,能有效识别掌子面前方的不良地质条件,同时可为工程应对措施提供基础支撑,从而有效避免或降低不良地质条件的影响。     

探地雷达在地下管线普查中的应用

在分析城市地下管线的工作环境的基础上，应用美国SIR-20型探地雷达，针对地下管线探测工作设定了一套完整的应用参数和参数的选择方法，简要论述了管线的反射电磁波异常特征，为探地雷达在城市地下管线普查中的应用提供借鉴。     

综合直流电法勘查尾矿库区漏水通道效果

通过一个实际工程应用的例子,介绍了综合直流电法勘查地下漏水通道,并取得了良好的地质效果。特别是在勘查场地条件困难情况下,采用充电法、自然电场法等直流电法手段查明地下漏水通道位置、宽度以及下延深度等问题。基于充电法的工作原理,采用了一种新的观测方式,命名为电流强度法。     

西南岩溶地区不同含水介质地球物理勘查技术

针对西南岩溶地区表层带岩溶水、管道型岩溶水(溶洞、暗河、管道等)、构造裂隙岩溶水等不同类型地下水赋存介质特点,通过适宜的地球物理方法使用条件以及找水特点的分析,提出不同含水介质中寻找地下水地球物理勘查要解决的地质问题、拟采用的综合物探方法,分别总结出了它们的电性参数(或曲线)的响应特征,形成了不同含水介质的地球物理勘查技术组合方案。最后通过实例验证其实用性,并对在西南岩溶地区地下水地球物理勘查工作中积累的技术经验进行了总结。      

综合物探方法在广州市金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害调查中的应用

综合运用跨孔地震CT、探地雷达、高密度电阻率法、浅层地震反射波、土壤氡浓度和波速测试6种物探方法,对广州市白云区金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害进行探测,查明了该区的溶洞、土洞及构造破碎带的分布。介绍了各种方法技术,对综合物探成果进行总结,结合实例说明综合物探方法在该区的应用取得了显著效果,为地质灾害防治提供了基础地质资料。在广花盆地岩溶发育区,首次应用跨孔地震CT探测建筑物地下岩溶分布,为评价受岩溶地质灾害影响的建筑物安全提供依据。     

高密度电法在新疆某矿区滑坡勘察中的应用

高密度电法集电测深和电剖面装置于一体,具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高,以及探测深度较大等特点,在工程地质和水文地质勘查中被广泛应用。这里将高密度电法应用于新疆某矿区的滑坡体调查中,通过该矿区的地质地球物理特征,验证了实施高密度电法调查滑坡体的可行性。采用温纳装置,对矿区内的地层结构、滑床位置及深部地层情况的分析解释,证实了高密度电法应用效果良好,为进一步认识滑坡及其勘察治理提供了地球物理依据。     

松山地下热水勘探及成因模式探讨

本文论述了松山地区的地质构造特征及地下热水富集的地质条件;结合详实、可靠的地球物理勘探资料,给出未知区与地电结构相吻合的地质结构,为井位设计提供了科学依据,并提出了该区地下热水的成因模式。     

航空物探技术在1:25万区域地质调查中的应用

介绍了国内外物探技术在区域地质调查中的应用现状,航空物探技术在1:25万北京市幅区域地质调查中的应用,认为航空物探方法在火山岩、侵入岩和变质岩的岩性填图,以及划分断裂构造和圈定火山机构等方面具有重要作用,特别是在挖掘地下隐伏信息方面的作用尤为明显,能提高区域地质调查的高科技含量与效率.     

浅析四川成都龙泉山城市森林公园主要环境地质问题

本文在梳理前人研究成果的基础上,结合野外实地调查和样品分析数据,分析了四川成都龙泉山城市森林公园的主要环境问题。研究表明,龙泉山城市森林公园总体地质环境条件较好,其总体规划和地质环境相适宜,在建设过程中需要关注局部地区的地质灾害发育、浅层地下空间瓦斯赋存和地下水污染等环境地质问题。区内主要地质灾害发育类型为小型滑坡,其次为崩塌和不稳定斜坡,多发生于龙泉山复背斜核部及断裂带区域,建设旅游道路和游憩设施时,要加强防范。区内局部浅层地下空间瓦斯赋存,建议在园区内进行地下工程建设时,进行超前地质预报,在施工过程中要加强瓦斯浓度监测与通风,注意火源管控。区内浅层地下水类型主要为HCO_3-Ca·Mg和HCO_3-Ca型,局部地区浅层地下水因人类活动而受到污染,其中总硬度、氨氮、氯化物等超标,建议加强公园内重点规划建设区域的地下水用途管控和生态环境保护。