基于TRT技術的礦山井下地質超前預報

趙向陽

（山西省宏廈第一建設有限責任公司，山西 陽泉 045008）

礦山施工前對地質情況進行全面了解是一個非常重要的過程。只有通過對地質條件的全面勘查和超前預報，我們才能夠及時更好地發現相關異常的地質條件，從而更好地掌握工作過程中不良的地質條件和位置、含水量以及其他隱患條件，這樣才能夠為正確地選擇開挖的位置、支護參數的設計和施工的方案等全方位地提供依據，在最大限度上避免火災、坍塌和涌水等事故的發生，從根本上保證整體施工的安全。本文主要基于TRT技術對礦山井下地質超前預報做全面的分析和介紹，以期提供更好的參考。

目前使用的地質超前預報的方法主要包括機械鉆探、直流電法、電磁法、地震法、聲波法和紅外線法等。但是每一種方法在使用的過程中都有其局限性。基于此，TRT技術在礦山井下地質超前預報中正被越來越多地提倡。本文主要就TRT技術在礦山井下地質超前預報的運用做一全面的分析和介紹。

1 地質預報的概念

超前地質預報原來是通過鉆探和物探等手段，探測包括隧道、隧洞和地下廠房等主要的地質條件。后來將上述技術引入礦井，通過地質預報探測更好地掌握地下水和瓦斯及斷層構造等情況。進行地質預報最大的意義就是有效避免整體施工和運行的過程中突然發現涌水、瓦斯突出、巖爆和其他地質災害情況。

2 TRT技術的預報原理

TRT技術是煤氣余壓透平發電裝置的簡稱，這種技術的基礎是一種以煤氣冶煉為基礎的副產品。TRT本身是一種地震波超前預報法，當激發的地震波遇到聲學阻抗差異界面的時候，一部分信號會被反射回來，另外一部分信號會透入前方的介質中。已經被反射的地震信號將會被高靈敏的地震信號傳感器接收過去，然后通過對信號的分析和處理，更好地了解巷道工作面的地質條件，（如破碎帶、斷層和含水帶等）、地質構造性質以及其位置和規模。而有聲學阻抗差異（巖石密度和波速的乘積）的界面，正常入射的反射系數計算公式如下：

式中：ρ1和ρ2為兩種不同巖層的密度，V1和V2為地震波在不同巖層中的傳播速度，m/s。

在整個TRT技術的使用過程中，主要采用的是掃描成像技術，這些掃描成像技術最終都會形成立體和直觀的三維圖像。所有立體圖像中的反射邊界上的每一個離散的圖像都是由空間疊加而來的，然后再讓地震波更好地得以實現。圖1為地震反射獲得地層三維地質構造的原理圖像。

圖1 地震波反射獲得地層三維地質構造原理

3 TRT地質超前探測系統的結構及操作

TRT地質超前探測的結構主要由傳感器、無線傳輸模塊、觸發裝置和中心控制系統等相關的部分組成，整個系統結構見圖2。

圖2 地質超前預報系統硬件組成

其操作程序是：先將多個傳感器固定在巷道拱頂和邊墻上，整個傳感器呈現三維空間的分布，作用是用來接收震源人工發射的彈性波信號。所有無線傳輸的模塊與傳感器相連接，主要作用是將存儲和采集道的數據和地震波數據傳輸給主計算機。TRT系統的結構上面存在一個觸發器，通過與主要的數據電纜相連，從而使得所有信號都能夠實現過程的收發。

4 TRT技術運用的優勢

在礦山井下地質超前預報中選擇TRT技術，其理由是TRT技術有著很大的優勢：

第一，TRT技術的軟件自動化程度很高，而且軟件使用起來非常簡單。

第二，TRT的預報系統本身是采用高精度的加速器作為傳感器的，比傳統的傳感器的靈敏度更高，而且在實際操作的過程中能最大程度地使高頻信號得以保留，從而進一步提高探測的精度，并增加探測的距離。

第三，TRT技術對于地震波吸收區域的反映更加敏感，如果地震波里面出現衰減現象，就會在TRT的預測中出現明顯的異常；TRT能夠更加精確地判斷掌握前方的地質情況，并在第一時間對相關地質破碎帶、節理發育情況和涌水等不良地質情況精確獲知，并對地質現象擁有更高的分辨率。

5 實際應用的例子

5.1 對某一礦區的測試

將TRT技術更好地運用于某一礦區當中去進行測量，主要測量步驟如下：

因為選擇檢測的礦區已經被很好地穩定于水位之下了，而且根據相關資料顯示，整個掌子面上可能存在采空的區域。而在運用TRT技術進行采集之后就可以明顯的發現，其應用的震源主要為5 kg的大錘，震源和檢測波之間的距離大約為10 m，炮檢的距離大約為2 m，整體檢測的過程見圖3。

圖3 某礦區TRT技術檢驗成果

從圖3檢測結果可以看出，在運用TRT技術對礦山底部進行實際探測之后，經對比，其探測成果和鉆探結果基本是吻合的。這也進一步證實了運用TRT技術所使用的數據是相對比較準確的。

5.2 斷層破碎帶

如果利用TRT探測技術對斷層破碎帶進行探測，其圖像正負反射層較多而且非常雜亂。由于斷層和破碎帶的兩側掩體存在非常明顯的速度差異，所以一般要布置兩個鉆探孔，而且一般要使得鉆探孔的方位都始終垂直于斷層破碎帶的走向。第一個鉆孔要穿過有異常情況的中心位置，第二個鉆孔要能夠控制斷層破碎帶的走向，兩個鉆孔的距離一般不少于20 m。

5.3 采空區

無論是有填充型的采空區還是無填充型的采空區，TRT技術都可以反映出共同的特征。主要以負反射為主，反射帶內部的正負反射相間而且有著一定的連續性。在布置鉆孔的過程中，一般布置2～3個鉆孔，保持垂直于采空區的位置。保證第一個鉆孔要穿過異常區域的中心位置，第二個和第三個鉆孔要更好地控制整個采空區的形態。在設計鉆孔的過程中，其孔底的距離一般不能夠少于20 m。

6 TRT技術的劣勢

雖然TRT技術在使用的過程中有諸多優勢，但是主要還是存在兩點劣勢。其一，TRT技術在使用中容易受到外界環境的干擾，如果在運用的過程中沒有對數據進行全方位的分析，非常容易造成數據的失真。其二，TRT技術在使用的過程中對震源點和傳感器點的位置選擇有所限制，要求最高和最低位置的傳感器的差值必須大于2.5 m，不然就沒有辦法有效地接收三維地震波數據。

7 結語

TRT地質探測技術已成為了礦山井下開采中的一種新技術手段，其快捷性和精確性優于其他物探方法，但尚需通過不斷的探索和改進，找出適合礦井最優的參數，使TRT技術預測技術能夠完成更精準地探測。目前單一使用TRT技術的探測效果尚存在一些問題，仍需結合相關的鉆探技術，才能夠有更好的效果。

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