基于TRT技术的矿山井下地质超前预报

赵向阳

（山西省宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045008）

矿山施工前对地质情况进行全面了解是一个非常重要的过程。只有通过对地质条件的全面勘查和超前预报，我们才能够及时更好地发现相关异常的地质条件，从而更好地掌握工作过程中不良的地质条件和位置、含水量以及其他隐患条件，这样才能够为正确地选择开挖的位置、支护参数的设计和施工的方案等全方位地提供依据，在最大限度上避免火灾、坍塌和涌水等事故的发生，从根本上保证整体施工的安全。本文主要基于TRT技术对矿山井下地质超前预报做全面的分析和介绍，以期提供更好的参考。

目前使用的地质超前预报的方法主要包括机械钻探、直流电法、电磁法、地震法、声波法和红外线法等。但是每一种方法在使用的过程中都有其局限性。基于此，TRT技术在矿山井下地质超前预报中正被越来越多地提倡。本文主要就TRT技术在矿山井下地质超前预报的运用做一全面的分析和介绍。

1 地质预报的概念

超前地质预报原来是通过钻探和物探等手段，探测包括隧道、隧洞和地下厂房等主要的地质条件。后来将上述技术引入矿井，通过地质预报探测更好地掌握地下水和瓦斯及断层构造等情况。进行地质预报最大的意义就是有效避免整体施工和运行的过程中突然发现涌水、瓦斯突出、岩爆和其他地质灾害情况。

2 TRT技术的预报原理

TRT技术是煤气余压透平发电装置的简称，这种技术的基础是一种以煤气冶炼为基础的副产品。TRT本身是一种地震波超前预报法，当激发的地震波遇到声学阻抗差异界面的时候，一部分信号会被反射回来，另外一部分信号会透入前方的介质中。已经被反射的地震信号将会被高灵敏的地震信号传感器接收过去，然后通过对信号的分析和处理，更好地了解巷道工作面的地质条件，（如破碎带、断层和含水带等）、地质构造性质以及其位置和规模。而有声学阻抗差异（岩石密度和波速的乘积）的界面，正常入射的反射系数计算公式如下：

式中：ρ1和ρ2为两种不同岩层的密度，V1和V2为地震波在不同岩层中的传播速度，m/s。

在整个TRT技术的使用过程中，主要采用的是扫描成像技术，这些扫描成像技术最终都会形成立体和直观的三维图像。所有立体图像中的反射边界上的每一个离散的图像都是由空间叠加而来的，然后再让地震波更好地得以实现。图1为地震反射获得地层三维地质构造的原理图像。

图1 地震波反射获得地层三维地质构造原理

3 TRT地质超前探测系统的结构及操作

TRT地质超前探测的结构主要由传感器、无线传输模块、触发装置和中心控制系统等相关的部分组成，整个系统结构见图2。

图2 地质超前预报系统硬件组成

其操作程序是：先将多个传感器固定在巷道拱顶和边墙上，整个传感器呈现三维空间的分布，作用是用来接收震源人工发射的弹性波信号。所有无线传输的模块与传感器相连接，主要作用是将存储和采集道的数据和地震波数据传输给主计算机。TRT系统的结构上面存在一个触发器，通过与主要的数据电缆相连，从而使得所有信号都能够实现过程的收发。

4 TRT技术运用的优势

在矿山井下地质超前预报中选择TRT技术，其理由是TRT技术有着很大的优势：

第一，TRT技术的软件自动化程度很高，而且软件使用起来非常简单。

第二，TRT的预报系统本身是采用高精度的加速器作为传感器的，比传统的传感器的灵敏度更高，而且在实际操作的过程中能最大程度地使高频信号得以保留，从而进一步提高探测的精度，并增加探测的距离。

第三，TRT技术对于地震波吸收区域的反映更加敏感，如果地震波里面出现衰减现象，就会在TRT的预测中出现明显的异常；TRT能够更加精确地判断掌握前方的地质情况，并在第一时间对相关地质破碎带、节理发育情况和涌水等不良地质情况精确获知，并对地质现象拥有更高的分辨率。

5 实际应用的例子

5.1 对某一矿区的测试

将TRT技术更好地运用于某一矿区当中去进行测量，主要测量步骤如下：

因为选择检测的矿区已经被很好地稳定于水位之下了，而且根据相关资料显示，整个掌子面上可能存在采空的区域。而在运用TRT技术进行采集之后就可以明显的发现，其应用的震源主要为5 kg的大锤，震源和检测波之间的距离大约为10 m，炮检的距离大约为2 m，整体检测的过程见图3。

图3 某矿区TRT技术检验成果

从图3检测结果可以看出，在运用TRT技术对矿山底部进行实际探测之后，经对比，其探测成果和钻探结果基本是吻合的。这也进一步证实了运用TRT技术所使用的数据是相对比较准确的。

5.2 断层破碎带

如果利用TRT探测技术对断层破碎带进行探测，其图像正负反射层较多而且非常杂乱。由于断层和破碎带的两侧掩体存在非常明显的速度差异，所以一般要布置两个钻探孔，而且一般要使得钻探孔的方位都始终垂直于断层破碎带的走向。第一个钻孔要穿过有异常情况的中心位置，第二个钻孔要能够控制断层破碎带的走向，两个钻孔的距离一般不少于20 m。

5.3 采空区

无论是有填充型的采空区还是无填充型的采空区，TRT技术都可以反映出共同的特征。主要以负反射为主，反射带内部的正负反射相间而且有着一定的连续性。在布置钻孔的过程中，一般布置2～3个钻孔，保持垂直于采空区的位置。保证第一个钻孔要穿过异常区域的中心位置，第二个和第三个钻孔要更好地控制整个采空区的形态。在设计钻孔的过程中，其孔底的距离一般不能够少于20 m。

6 TRT技术的劣势

虽然TRT技术在使用的过程中有诸多优势，但是主要还是存在两点劣势。其一，TRT技术在使用中容易受到外界环境的干扰，如果在运用的过程中没有对数据进行全方位的分析，非常容易造成数据的失真。其二，TRT技术在使用的过程中对震源点和传感器点的位置选择有所限制，要求最高和最低位置的传感器的差值必须大于2.5 m，不然就没有办法有效地接收三维地震波数据。

7 结语

TRT地质探测技术已成为了矿山井下开采中的一种新技术手段，其快捷性和精确性优于其他物探方法，但尚需通过不断的探索和改进，找出适合矿井最优的参数，使TRT技术预测技术能够完成更精准地探测。目前单一使用TRT技术的探测效果尚存在一些问题，仍需结合相关的钻探技术，才能够有更好的效果。

〔1〕秦宏楠，张法胜，窦梅林，等.TRT技术在采矿工程中的应用[J].中国安全生产科学技术，2013（2）178-182.

〔2〕孙天学，郝进喜，牛军新，等.TRT及钻探综合地质超前预报技术在某矿山的应用[J].工程地球物理学报，2013（2）：128-132.

〔3〕赵永贵，蒋 辉.隧道地震超前预报技术现状分析与新进展[J].公路隧道，2013（5）：23-30.