TRT6000系統在田興鐵礦井巷掘砌施工中的應用研究

翟會超，閆滿志，劉萬富，靳 寶

（河北鋼鐵集團礦業有限公司田興鐵礦，河北 唐山 063000）

TRT6000系統在田興鐵礦井巷掘砌施工中的應用研究

翟會超，閆滿志，劉萬富，靳 寶

（河北鋼鐵集團礦業有限公司田興鐵礦，河北 唐山 063000）

本文闡述了TRT6000型超前探測系統的工作原理和該系統對預報地質情況分析的功能。通過對田興鐵礦西北回風井平巷超前探測預報，準確分析了掌子面前方不同區段范圍內的巖體地質狀況。從而合理加強平巷施工過程中注漿治水、圍巖支護等環節的組織管理，以防止危害發生，保證井下巷道施工安全。

TRT；超前探測；應力波；井巷掘砌

1 概述

田興鐵礦礦區資源保有儲量14.5億t，設計年產礦石1500萬t，是目前國內最大在建地下鐵礦山。礦區水文地質條件復雜，且經過1976年唐山大地震，礦區內地質構造發生明顯變化，井巷掘進過程中多遇斷層、破碎帶等不利地質條件，給井下施工帶來困難。為保證井巷掘砌工程的安全開展，研究利用TRT6000型超前預報系統對井巷工作面前方設定范圍內進行超前地質探測，根據系統探測結果分析地質情況，為后續的掘砌施工組織提供依據，有效避免突發涌水帶來的危害，保障了井下作業人員、設備的安全。

2 TRT6000系統簡介

TRT（Tunnel Reflection Tomography）6000型超前預報系統主要包括主機、基站、無線模塊、傳感器、觸發器五個主要部分。

TRT6000是“隧道地震波反射層析成像技術”的簡稱，該技術的基本原理在于當地震波遇到聲學阻抗差異界面時，一部分信號被反射回來，一部分信號透射進入前方介質。聲學阻抗的變化通常發生在地質巖層界面或巖體內不連續界面。反射的地震信號被高靈敏地震信號傳感器接收，通過分析，被用來了解隧道工作面前方地質體的性質（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置及規模。正常入射到邊界的反射系數計算公式見式（1）。

式中：R為反射系數；ρ1、ρ2為巖層的密度；V等于地震波在巖層中的傳播速度。

地震波從一種低阻抗物質傳播到一個高阻抗物質時，反射系數是正的；反之，反射系數是負的。因此，當地震波從軟巖傳播到硬的圍巖時，回波的偏轉極性和波源是一致的。當巖體內部有破裂帶時，回波的極性會反轉。反射體的尺寸越大，聲學阻抗差別越大，回波就越明顯，越容易探測到。通過分析，被用來了解探測工作面前方地質體的性質（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置、形狀、大小。

3 工程應用實例

田興鐵礦礦區位于青龍河斷裂東側，為司馬復向斜次級構造－司賈復向斜的南半部分，礦區褶皺、斷裂較為復雜。地下水系發育，在井巷掘砌過程中常有大量涌水，給施工來極大影響。西北回風井凈直徑5.6m，井深397m，冷凍段190m，現已轉入平巷施工。為保證安全施工，以“有掘必探、探測先行”為施工方針，利用TRT6000對工作面前方進行超前探測，預測分析巖體地質實際情況。

此次，TRT6000超前探測系統震源與檢波器布置如圖1所示。

圖1 TRT6000系統震源和檢波器布置圖

根據已經揭露的巷道圍巖實際情況，為充分、準確探測前方巖體節理裂隙發育特征，確定本次超前探測對象為掌子面前方110m，以巷道為中心左右各20m的所有范圍內巖體。利用后處理軟件對現場采集的數據進行分析，得出研究范圍內巖體的縱波平均速度為4500m／s，依據冶金部圍巖分類方法，該段巖體屬于II類，巖石較為完整。各區段分析如下。

首先，掌子面前方0～50m范圍內，巖石致密，節理裂隙未發育，完整性好，可基本判斷該段內巷道施工遇到大量涌水的可能性很低。

其次，50～80m范圍內巖體地質性質發生變化，前方有少數零星的軟弱反射體，且右側出現局部軟弱夾層或小溶洞，巷道掘進至此段時，要加強對右側探水工作，做好注漿治水的相應準備工作，以防涌水突來的危害。

最后，80～110m范圍內存在較多不規則反射波，且反射系數以負數為主，巖體節理裂隙發育，推測該段為破碎狀巖層，完整性較差，建議加強該段巷道施工的防治水和圍巖支護。

TRT6000探測結果見圖2。

圖2 TRT6000系統探測結果

經合理組織施工，探測工作面前方已掘進近20m，巷道圍巖完整，未發現破碎帶和斷層等不良地質情況，同時該施工段內涌水很小，涌水量＜10m3／h，屬于正常掘砌，與TRT6000型超前探測系統的預報結果十分吻合。

4 結論

本文利用TRT6000型超前探測系統對田興鐵礦西北回風井平巷掘砌施工進行超前探測預報，準確識別巷道掌子面前方不同區段范圍內的巖體節理裂隙發育狀況，巖體結構分布情況，地下涌水突發的可能性，以及圍巖穩定性。據此在施工過程中對如注漿治水、圍巖支護等不同區段的相應主要隱患問題加強管理，保證井下巷道掘砌施工安全。另外，施工所揭露的圍巖信息表明TRT系統探測結果精確度高。

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［6］ 莊寶璠.彈性波速與隧道圍巖［J］.都市快軌交通，1996（1）：20-22.

Study on the application of TRT about roadway excavation and lining in tianxing iron mine

ZHAI Hui-chao，YAN Man-zhi，LIU Wan-fu，JIN bao
（Tianxing Iron Mine of Hebei Iron Steel Group Mining Inc.，Tangshan 063000，China）

In this paper，author expounds the operational principle and function of tunnel reflection tomography.Through forward probe to tunnel of northwest return air shaft of Tianxing iron mine，author analyses truely the geological condition in front of the working face.Then，the reasonable statement of arrange such as grouting treatment and Surrounding rock supporting could be ensured，and construction safety of tunnel could be guaranteed.

tunnel reflection tomography；forward probe；stress wave；roadway excavation and lining

TD265

B

1004-4051（2013）04-0070-02

2012-10-26

翟會超（1981－），男，漢族，博士，工程師，畢業于東北大學采礦工程專業，現就職于河北鋼鐵集團礦業有限公司田興鐵礦，研究方向為采礦方法、巖體冒落規律、空區治理。E-mail：zhaihuichao hu＠163.com。