张 盛1,2， 陈 召1,*， 卢 松3， 杨战标4， 冀畔俊5， 贺 飞6， 鲁义强6， 刘佳伟1
作者单位
(1. 河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454003；2. 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心，河南 焦作 454003；3. 中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 611731；4. 平顶山天安煤业股份有限公司煤炭开采利用研究院，河南 平顶山 467099；5. 河南平宝煤业有限公司，河南许昌 461714；6. 中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016)
创新点
1. 针对煤矿深部岩巷 TBM 掘进过程中存在噪声复杂多变、信号干扰源多、高温、偶有瓦斯气体等特点，采用防爆硬件一体化设计的 HSP 探测仪器进行了煤矿TBM掘进巷道不良地质超前探测，完善了TBM 破岩震源超前探测数据分析方法，建立了一套适合 TBM 掘进煤矿岩巷的 HSP 超前地质探测技术体系，大幅提高了超前地质探测的精准性。
2. 综合考虑煤矿巷道断面较小、空间狭窄、双护盾TBM 主梁结构等因素对探测系统布置的不利影响，优化了双护盾 TBM 巷道狭小空间检波器阵列式布置方法及参数，开发了布置在锚杆尾部的夹持式检波器检测方式，确定了震源与首检波器间最优距离，建立的空间型观测方式实现了与巷道小角度斜交煤线的识别，保证了掘进过程误揭煤层现象的发生。
3. 基于傅里叶变换的频谱特征进行差异滤波，在最大程度上提取有效信号，运用互相关干涉处理并获得了虚拟震源道和反射特征曲线，基于该特征曲线进行反射与散射联合反演成像，获得了地层的三维空间反射能量图谱，能够有效地识别出 TBM 掘进岩巷工作面前方 100 m范围内不良地质体，探测结果与现场实际开挖揭露情况高度契合。
文章主要内容
1 TBM破岩震源超前探测方法
1.1 探测原理
1.2 探测系统布置
2 基于破岩震源的HSP法煤矿TBM掘进巷道超前地质探测技术
2.1 探测设备改进
2.2 探测系统布置
2.3 探测数据处理及分析
3 HSP法在首山一矿底抽巷的应用
3.1 工程概况
3.2 双护盾TBM探测系统优化布置
3.3 探测结果分析
3.4 开挖揭露岩体与超前探测对比
主要图表
图 1 TBM 破岩震源超前探测原理
图 2 TSWD 超前探测系统布置
图 5 不同观测方式反射波路径
图 6 HSP 法地质超前预报数据分析流程
图 7 TBM 掘进巷道布置平面图
图 8 12150 机抽巷道超前地质探测系统布置
图 10 K1+473−K1+578 里程探测反演分析成果(XOY 面切片 Z 方向 0 m)
图 14 探测结果反演分析与开挖岩体揭露情况对比
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作者简介
张盛，男，汉族，山西朔州人，博士，教授，博士生导师。长期从事矿山岩石力学及其应用的教学和研究工作。现任九三学社焦作市副主委，焦作市政协委员，河南省煤矿岩层控制国际实验室主任，中国岩石力学与工程学会岩石破碎工程专业委员会委员，煤炭工业技术委员会矿山建设与支护委员会委员，河南省交通运输专业学位研究生教育指导委员会副主任委员，煤矿支护专业委员会专家。曾获河南省教育厅学术带头人，河南省优秀硕士生指导教师等荣誉称号。近年来在本领域出版学术专著2部、承担国家和省部级以及企业委托项目54项、发表学术论文103篇，授权专利45项，获得省部级以上奖励15项。
研究方向：矿山岩石力学、巷道围岩控制、巷道TBM快速掘进、无煤柱留巷。
引用格式
张盛，陈召，卢松，等. HSP 超前探测技术在煤矿 TBM 掘进巷道中的应用研究[J]. 煤田地质与勘探，2024，52(3)：107−117.
doi: 10.12363/issn.1001-1986.23.07.0451
