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【摘 要】在目前的隧道超前地质预报技术中，TSP技术可说是首屈一指的。如今它已经被广泛运用于矿山井巷掘进及采矿生产，对探明隧道中的不良地质问题及防治施工中的地质灾害起到较为准确地预报作用，避免工程成本的增加及杜绝一些事故的发生。本文详述TSP技术的基本概念和工作原理，讨论它在矿山井巷掘进及采矿生产中的具体应用，并分析一些存在的问题及解决措施，希望对矿山井巷掘进施工安全起到指导作用。
【关键词】TSP技术；井巷掘进；采矿生产
众所周知，矿山井巷掘进及采矿生产等工程由于工作的特殊性和环境的恶劣性，常常容易将人置于危险境地，为了确保井巷掘进及采矿生产的安全与高效，因此有必要运用超前地质预报探测技术。一直以来，国内外对相关技术进行过无数次的研究和使用，如今机械钻探、电法、电磁法、红外线法等已经慢慢地退出了历史的舞台，而地震法则逐渐演变為当前隧道中长期超前预报的主流方法，它主要包括HSP、TGP、TRT、TST、负视速度及TSP等各种方法。在英国、法国、意大利等先进国家，运用TSP技术的历史极为悠久，并且还在不断地进行研究和改进。只有不断地提高TSP技术对超前地质预报的精准度，才能更好地发挥其在矿山井巷掘进及采矿生产中的大力应用。
一、TSP技术基本概念及工作原理
1）基本概念。TSP技术，是TSP超前预报技术的简称，英语全称是Tunnel Seismic Prediction，主要组成包括记录单元、接收器以及一些连接线。在上世纪九十年代早期，瑞士安柏格测量技术公司研发了这款新技术，并被迅速地推广运用，得以发挥超前地质预报的功能，目前在国内外的同功能产品中处于最先进的地位。将TSP超前预报系统埋进隧道1-1.5米的侧壁岩体中，由三分量检波器进行观测，再等间距地设置炮点，与接收点同样位于隧道的平行直线上，然后利用地震波的回波原理对前方地质情况进行检测和分析。但是，它在定位的精准度及岩体类别的划分等方面还存在不足，对断层的产状、位置及岩体波速等参量的判断有待加强。
2）基本原理。地震波的回波原理是TSP技术的制作依据。当人工激发地震波时，会产生一系列的轻微震源，并在隧道岩体中以球面波形式迅速传播。当遇到地层断面、断层分界面及溶洞、暗河等不良地质体时，地震波一部分会反射回来，并被三维地震波接收器采集，另一部分则透射进入前方介质。通过计算机对回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等进行分析，然后就可以判断出不良地质体的性质和分布状况。
二、TSP技术在井巷掘进及采矿生产中的应用
在国内，对该技术的研究一直处于落后地位。在进行井巷掘进及采矿生产时，由于对施工前方的岩体情况不明确，对钻爆掘进的传统方式存在很大的安全隐患。通过运用TSP技术，可以较早的提供岩体的力学参数和基本依据，然后准确地对前方地质体情况进行预报，防止一些冒顶、涌水和塌方事故的发生。
1）进行设备布置。根据TSP超前探测技术的要求，对岩层产状及井巷轴线进行考察，在待掘进的井巷边墙布置2个传感感安装孔（孔深2.0米，离掌子面大约55米位置）和24个炮点装药孔（孔深1.5米，间距1.5米，并用锚固剂药包堵塞），每个炮孔炸药用量是50克至100克，然后仔细检查传感器和炮孔的参数，通过毫秒级瞬时电雷管对炮点逐个引爆，并迅速连接起传感器和记录单元。
2）进行数据采集。在各个炮点被引爆后，启动记录单元，设置采集参数，然后将炮点起爆系统和信号触发系统连接起来，这时，记录单元就能够采集相关数据了。在进行信号时，要禁止大型机械的运行及相邻隧道同期爆破，避免这些噪音带来的影响，确保信号采集的正确性。同时，要固定信号采集人员，这样避免出现一些人工错误。
3）进行数据处理。利用TSP win软件处理采集到的地震数据，这个处理流程包括数据调整、带通滤波、初级拾取以及处理、炮点能量平衡、损耗系数Q值估算、反射波的提取、P波与S波分离、速度分析、深度偏移及反射界面撮等，藉此获得P波和SH波、SV波的深度偏移剖面、时间剖面、反射层提取以及岩体物性参数等。
4）进行数据解译。TSP矿山地质超前预报技术的核心步骤是进行数据解译。通过分析前期采集和处理的数据，然后解译人员对各种不良地质体相对可能具有的物理参数的理解，对成果图反映的不良地质体的性质、类型、位置和规模进行解译。结合P波和S波的动力学特征，从而能够基本确定前方岩体的性质特征。
三、TSP技术应用中存在的问题及解决措施
1）需要提高TSP技术探测和解译水平。正确探测和解译TSP技术，需要长时间的经验积累、解译员地质知识以及野外洞内地质工作基本功的提高。进行探测时，要严格按孔距布置震源及传感器；尽量坚持双壁探测，使用两个传感器，这样可以弥补地质知识不足的弱点；减少噪音及漏炮现象；并且掌握掌子面前方不良地质的炮眼布置方法。进行解译时，要正确选择、设定解译的搜索角和调谐角；熟悉不良地质成因特征和成因标志，从而正确判别不良岩体的性质。
2）需要提高TSP技术预报的准确性和精度。要想在实践运用提高TSP技术的准确性和精度，需要结合地质学超前地质预报的手段；结合地质雷达探测、声波探测、红外线探测等短期超前地质预报的物探手段；限定有限超前预报的范围；拥有超前钻探的有力配合等。做到这些，对提高TSP技术的准确性和精度是很有帮助的。
3）提高TSP技术在实践运用中的实用性。TSP技术可以实施综合超前地质预报；判定断层破碎带的复合特征、破碎程度及对岩体稳定性的影响程度；分析不良地质体在成果图上的表现，并掌握成因特征、成因标志以及前兆标志，为解译做整备。运用超前钻探等技术手段以及短期预报、临近警报，并在关键区段进行全面的地质跟踪工作。
四、结语
在国内外诸多矿山井巷掘进及采矿生产工程中，TSP技术均能体现出它的优越性和准确性，作为目前较为可靠的一种地质超前预报技术，希望在矿企中能够不断地推广和运用，为矿山安全管理和快速生产发挥更为重要的作用。
参考文献
[1]罗卫华，肖书安，李德久等.TSP系统在隧道工程施工地质预报中的应用和发展[J].中南公路工程.2006，31（1）：135-137；
[2]刘志刚，刘秀峰.TSP（隧道地震勘探）在隧道隧洞超前预报中的应用与发展[J[.岩石力学与工程学报.2003，22（8）：1399-1402；
[3]张平松，吴健生.中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析[J].地球科学进展.2006，21（10）：1033-1038；
[4]李国，崔秀琴，李珠等.掘进巷道初次与长期防水理论与技术研究[J].金属矿山.2009（3）：77-79；
【关键词】TSP技术；井巷掘进；采矿生产
众所周知，矿山井巷掘进及采矿生产等工程由于工作的特殊性和环境的恶劣性，常常容易将人置于危险境地，为了确保井巷掘进及采矿生产的安全与高效，因此有必要运用超前地质预报探测技术。一直以来，国内外对相关技术进行过无数次的研究和使用，如今机械钻探、电法、电磁法、红外线法等已经慢慢地退出了历史的舞台，而地震法则逐渐演变為当前隧道中长期超前预报的主流方法，它主要包括HSP、TGP、TRT、TST、负视速度及TSP等各种方法。在英国、法国、意大利等先进国家，运用TSP技术的历史极为悠久，并且还在不断地进行研究和改进。只有不断地提高TSP技术对超前地质预报的精准度，才能更好地发挥其在矿山井巷掘进及采矿生产中的大力应用。
一、TSP技术基本概念及工作原理
1）基本概念。TSP技术，是TSP超前预报技术的简称，英语全称是Tunnel Seismic Prediction，主要组成包括记录单元、接收器以及一些连接线。在上世纪九十年代早期，瑞士安柏格测量技术公司研发了这款新技术，并被迅速地推广运用，得以发挥超前地质预报的功能，目前在国内外的同功能产品中处于最先进的地位。将TSP超前预报系统埋进隧道1-1.5米的侧壁岩体中，由三分量检波器进行观测，再等间距地设置炮点，与接收点同样位于隧道的平行直线上，然后利用地震波的回波原理对前方地质情况进行检测和分析。但是，它在定位的精准度及岩体类别的划分等方面还存在不足，对断层的产状、位置及岩体波速等参量的判断有待加强。
2）基本原理。地震波的回波原理是TSP技术的制作依据。当人工激发地震波时，会产生一系列的轻微震源，并在隧道岩体中以球面波形式迅速传播。当遇到地层断面、断层分界面及溶洞、暗河等不良地质体时，地震波一部分会反射回来，并被三维地震波接收器采集，另一部分则透射进入前方介质。通过计算机对回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等进行分析，然后就可以判断出不良地质体的性质和分布状况。
二、TSP技术在井巷掘进及采矿生产中的应用
在国内，对该技术的研究一直处于落后地位。在进行井巷掘进及采矿生产时，由于对施工前方的岩体情况不明确，对钻爆掘进的传统方式存在很大的安全隐患。通过运用TSP技术，可以较早的提供岩体的力学参数和基本依据，然后准确地对前方地质体情况进行预报，防止一些冒顶、涌水和塌方事故的发生。
1）进行设备布置。根据TSP超前探测技术的要求，对岩层产状及井巷轴线进行考察，在待掘进的井巷边墙布置2个传感感安装孔（孔深2.0米，离掌子面大约55米位置）和24个炮点装药孔（孔深1.5米，间距1.5米，并用锚固剂药包堵塞），每个炮孔炸药用量是50克至100克，然后仔细检查传感器和炮孔的参数，通过毫秒级瞬时电雷管对炮点逐个引爆，并迅速连接起传感器和记录单元。
2）进行数据采集。在各个炮点被引爆后，启动记录单元，设置采集参数，然后将炮点起爆系统和信号触发系统连接起来，这时，记录单元就能够采集相关数据了。在进行信号时，要禁止大型机械的运行及相邻隧道同期爆破，避免这些噪音带来的影响，确保信号采集的正确性。同时，要固定信号采集人员，这样避免出现一些人工错误。
3）进行数据处理。利用TSP win软件处理采集到的地震数据，这个处理流程包括数据调整、带通滤波、初级拾取以及处理、炮点能量平衡、损耗系数Q值估算、反射波的提取、P波与S波分离、速度分析、深度偏移及反射界面撮等，藉此获得P波和SH波、SV波的深度偏移剖面、时间剖面、反射层提取以及岩体物性参数等。
4）进行数据解译。TSP矿山地质超前预报技术的核心步骤是进行数据解译。通过分析前期采集和处理的数据，然后解译人员对各种不良地质体相对可能具有的物理参数的理解，对成果图反映的不良地质体的性质、类型、位置和规模进行解译。结合P波和S波的动力学特征，从而能够基本确定前方岩体的性质特征。
三、TSP技术应用中存在的问题及解决措施
1）需要提高TSP技术探测和解译水平。正确探测和解译TSP技术，需要长时间的经验积累、解译员地质知识以及野外洞内地质工作基本功的提高。进行探测时，要严格按孔距布置震源及传感器；尽量坚持双壁探测，使用两个传感器，这样可以弥补地质知识不足的弱点；减少噪音及漏炮现象；并且掌握掌子面前方不良地质的炮眼布置方法。进行解译时，要正确选择、设定解译的搜索角和调谐角；熟悉不良地质成因特征和成因标志，从而正确判别不良岩体的性质。
2）需要提高TSP技术预报的准确性和精度。要想在实践运用提高TSP技术的准确性和精度，需要结合地质学超前地质预报的手段；结合地质雷达探测、声波探测、红外线探测等短期超前地质预报的物探手段；限定有限超前预报的范围；拥有超前钻探的有力配合等。做到这些，对提高TSP技术的准确性和精度是很有帮助的。
3）提高TSP技术在实践运用中的实用性。TSP技术可以实施综合超前地质预报；判定断层破碎带的复合特征、破碎程度及对岩体稳定性的影响程度；分析不良地质体在成果图上的表现，并掌握成因特征、成因标志以及前兆标志，为解译做整备。运用超前钻探等技术手段以及短期预报、临近警报，并在关键区段进行全面的地质跟踪工作。
四、结语
在国内外诸多矿山井巷掘进及采矿生产工程中，TSP技术均能体现出它的优越性和准确性，作为目前较为可靠的一种地质超前预报技术，希望在矿企中能够不断地推广和运用，为矿山安全管理和快速生产发挥更为重要的作用。
参考文献
[1]罗卫华，肖书安，李德久等.TSP系统在隧道工程施工地质预报中的应用和发展[J].中南公路工程.2006，31（1）：135-137；
[2]刘志刚，刘秀峰.TSP（隧道地震勘探）在隧道隧洞超前预报中的应用与发展[J[.岩石力学与工程学报.2003，22（8）：1399-1402；
[3]张平松，吴健生.中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析[J].地球科学进展.2006，21（10）：1033-1038；
[4]李国，崔秀琴，李珠等.掘进巷道初次与长期防水理论与技术研究[J].金属矿山.2009（3）：77-79；