翟會(huì)超，閆滿志，劉萬富，靳 寶

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦，河北 唐山 063000）

TRT6000系統(tǒng)在田興鐵礦井巷掘砌施工中的應(yīng)用研究

翟會(huì)超，閆滿志，劉萬富，靳 寶

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦，河北 唐山 063000）

本文闡述了TRT6000型超前探測(cè)系統(tǒng)的工作原理和該系統(tǒng)對(duì)預(yù)報(bào)地質(zhì)情況分析的功能。通過對(duì)田興鐵礦西北回風(fēng)井平巷超前探測(cè)預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確分析了掌子面前方不同區(qū)段范圍內(nèi)的巖體地質(zhì)狀況。從而合理加強(qiáng)平巷施工過程中注漿治水、圍巖支護(hù)等環(huán)節(jié)的組織管理，以防止危害發(fā)生，保證井下巷道施工安全。

TRT；超前探測(cè)；應(yīng)力波；井巷掘砌

1 概述

田興鐵礦礦區(qū)資源保有儲(chǔ)量14.5億t，設(shè)計(jì)年產(chǎn)礦石1500萬t，是目前國內(nèi)最大在建地下鐵礦山。礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，且經(jīng)過1976年唐山大地震，礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生明顯變化，井巷掘進(jìn)過程中多遇斷層、破碎帶等不利地質(zhì)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(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)井巷工作面前方設(shè)定范圍內(nèi)進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)，根據(jù)系統(tǒng)探測(cè)結(jié)果分析地質(zhì)情況，為后續(xù)的掘砌施工組織提供依據(jù)，有效避免突發(fā)涌水帶來的危害，保障了井下作業(yè)人員、設(shè)備的安全。

2 TRT6000系統(tǒng)簡介

TRT（Tunnel Reflection Tomography）6000型超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要包括主機(jī)、基站、無線模塊、傳感器、觸發(fā)器五個(gè)主要部分。

TRT6000是“隧道地震波反射層析成像技術(shù)”的簡稱，該技術(shù)的基本原理在于當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W(xué)阻抗差異界面時(shí)，一部分信號(hào)被反射回來，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。聲學(xué)阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面。反射的地震信號(hào)被高靈敏地震信號(hào)傳感器接收，通過分析，被用來了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置及規(guī)模。正常入射到邊界的反射系數(shù)計(jì)算公式見式（1）。

式中：R為反射系數(shù)；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(zhì)傳播到一個(gè)高阻抗物質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)是正的；反之，反射系數(shù)是負(fù)的。因此，當(dāng)?shù)卣鸩◤能泿r傳播到硬的圍巖時(shí)，回波的偏轉(zhuǎn)極性和波源是一致的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時(shí)，回波的極性會(huì)反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學(xué)阻抗差別越大，回波就越明顯，越容易探測(cè)到。通過分析，被用來了解探測(cè)工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置、形狀、大小。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

田興鐵礦礦區(qū)位于青龍河斷裂東側(cè)，為司馬復(fù)向斜次級(jí)構(gòu)造－司賈復(fù)向斜的南半部分，礦區(qū)褶皺、斷裂較為復(fù)雜。地下水系發(fā)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(fēng)井凈直徑5.6m，井深397m，冷凍段190m，現(xiàn)已轉(zhuǎn)入平巷施工。為保證安全施工，以“有掘必探、探測(cè)先行”為施工方針，利用TRT6000對(duì)工作面前方進(jìn)行超前探測(cè)，預(yù)測(cè)分析巖體地質(zhì)實(shí)際情況。

此次，TRT6000超前探測(cè)系統(tǒng)震源與檢波器布置如圖1所示。

圖1 TRT6000系統(tǒng)震源和檢波器布置圖

根據(jù)已經(jīng)揭露的巷道圍巖實(shí)際情況，為充分、準(zhǔn)確探測(cè)前方巖體節(jié)理裂隙發(fā)育特征，確定本次超前探測(cè)對(duì)象為掌子面前方110m，以巷道為中心左右各20m的所有范圍內(nèi)巖體。利用后處理軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出研究范圍內(nèi)巖體的縱波平均速度為4500m／s，依據(jù)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(qū)段分析如下。

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

其次，50～80m范圍內(nèi)巖體地質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化，前方有少數(shù)零星的軟弱反射體，且右側(cè)出現(xiàn)局部軟弱夾層或小溶洞，巷道掘進(jìn)至此段時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)右側(cè)探水工作，做好注漿治水的相應(yīng)準(zhǔn)備工作，以防涌水突來的危害。

最后，80～110m范圍內(nèi)存在較多不規(guī)則反射波，且反射系數(shù)以負(fù)數(shù)為主，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，推測(cè)該段為破碎狀巖層，完整性較差，建議加強(qiáng)該段巷道施工的防治水和圍巖支護(hù)。

TRT6000探測(cè)結(jié)果見圖2。

圖2 TRT6000系統(tǒng)探測(cè)結(jié)果

經(jīng)合理組織施工，探測(cè)工作面前方已掘進(jìn)近20m，巷道圍巖完整，未發(fā)現(xiàn)破碎帶和斷層等不良地質(zhì)情況，同時(shí)該施工段內(nèi)涌水很小，涌水量＜10m3／h，屬于正常掘砌，與TRT6000型超前探測(cè)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)結(jié)果十分吻合。

4 結(jié)論

本文利用TRT6000型超前探測(cè)系統(tǒng)對(duì)田興鐵礦西北回風(fēng)井平巷掘砌施工進(jìn)行超前探測(cè)預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確識(shí)別巷道掌子面前方不同區(qū)段范圍內(nèi)的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育狀況，巖體結(jié)構(gòu)分布情況，地下涌水突發(fā)的可能性，以及圍巖穩(wěn)定性。據(jù)此在施工過程中對(duì)如注漿治水、圍巖支護(hù)等不同區(qū)段的相應(yīng)主要隱患問題加強(qiáng)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(tǒng)探測(cè)結(jié)果精確度高。

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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(huì)超（1981－），男，漢族，博士，工程師，畢業(yè)于東北大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)就職于河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦，研究方向?yàn)椴傻V方法、巖體冒落規(guī)律、空區(qū)治理。E-mail：zhaihuichao hu＠163.com。