單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置及方法，它的探頭置于鉆孔內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)控制探頭的發(fā)射、接收、信號(hào)采集和傳輸工作，通過發(fā)射接收不同頻率的一組電磁波來探測(cè)探頭處的鉆孔周圍不同半徑的巖層地質(zhì)的地層情況，現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)計(jì)算探頭處的鉆孔周圍不同半徑的地層的視電阻率；利用推桿推進(jìn)探頭，在每一測(cè)點(diǎn)重復(fù)上述步驟，則可探測(cè)鉆孔不同深度各測(cè)點(diǎn)的鉆孔周圍不同半徑的地層視電阻率，生成整個(gè)鉆孔深度周圍不同半徑的視電阻率圖譜，根據(jù)視電阻率圖譜可以判定以鉆孔軸線為中心圓柱體空間內(nèi)的地質(zhì)特征，分析判定地層是否存在含水體或含水地質(zhì)構(gòu)造等。
【專利說明】單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用地球物理學(xué)電磁探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置及方法。
技術(shù)背景
[0002]超前探測(cè)主要是在掘進(jìn)巷道迎頭利用直接或間接的方法向隧道、巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)前方是否存在有害地質(zhì)構(gòu)造或富水體及導(dǎo)水通道，為隧道的安全掘進(jìn)提供詳細(xì)的探測(cè)資料。
[0003]目前用于煤礦超前探測(cè)的直接方法為鉆探法，間接方法為物探法，其中鉆探法雖然鉆探的結(jié)果比較可靠，但施工周期較長，費(fèi)用較高，對(duì)隧道、巷道的正常生產(chǎn)影響較大。
[0004]目前可用于超前探測(cè)的物探法主要有四種，分別是三極法超前探測(cè)方法、礦井瞬變電磁法、地震波法和礦井地質(zhì)雷達(dá)法。其中地震波法主要解決地質(zhì)構(gòu)造界面的問題，對(duì)構(gòu)造的富水性無法進(jìn)行解釋；礦用地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)在主要處于研究試用階段，其探測(cè)深度較小。
[0005]以上這些地球物理方法都是一種隧道、巷道或工作面的超前探測(cè)方法，由于巷道或工作面干擾較大，隧道、巷道內(nèi)的掘進(jìn)機(jī)、底板的鐵軌、工字鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、運(yùn)輸皮帶支架等各種金屬設(shè)施對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響較大，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)觀測(cè)及成果分析較復(fù)雜，并且探測(cè)參數(shù)單一，只利用了電阻率一個(gè)參數(shù)，排除多解性能力差，結(jié)果存在多解性。如果采用上述多種方法組合使用，又大大增加了超前預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)成本。
[0006]參考文獻(xiàn):《電磁測(cè)深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時(shí)間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是要提供一種單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置及方法，通過該裝置和方法，可對(duì)掘進(jìn)隧道及巷道迎頭的鉆孔周圍30?50米范圍內(nèi)的富水體和導(dǎo)水通道等有害地質(zhì)體進(jìn)行精細(xì)有效的探測(cè)預(yù)報(bào)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，其特征在于:它包括現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)，探頭，設(shè)置在探頭內(nèi)的發(fā)射線圈、接收線圈、發(fā)射電路、接收電路、單片機(jī)、電池、探頭網(wǎng)口，其中，所述發(fā)射電路的信號(hào)輸出端與發(fā)射線圈的信號(hào)輸入端連接，接收電路的信號(hào)輸入端與接收線圈的信號(hào)輸出端連接，所述發(fā)射電路和接收電路的通信端均與單片機(jī)的通信端連接，所述單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信端通過探頭網(wǎng)口與現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)的數(shù)據(jù)通信端連接，所述電池分別向發(fā)射電路、接收電路和單片機(jī)供電；
[0009]所述發(fā)射電路和發(fā)射線圈能在單片機(jī)的控制下向待測(cè)鉆孔周圍發(fā)射不同頻率的探測(cè)電磁波，所述接收電路和接收線圈用于接收待測(cè)鉆孔周圍對(duì)探測(cè)電磁波的響應(yīng)電磁波信號(hào)，該響應(yīng)電磁波信號(hào)具有與探測(cè)電磁波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)不同頻率；
[0010]所述單片機(jī)能將響應(yīng)電磁波信號(hào)數(shù)字化處理，并將數(shù)字化處理后的響應(yīng)電磁波信號(hào)通過探頭網(wǎng)口輸送到現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)，所述現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)用于根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑，并將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔周圍不同半徑圍巖的視電阻率圖譜。
[0011]一種利用上述單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置進(jìn)行待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0012]步驟1:將探頭置于待測(cè)鉆孔孔口 ；
[0013]步驟2:現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)通過單片機(jī)控制發(fā)射電路使發(fā)射線圈發(fā)射不同頻率的探測(cè)電磁波；
[0014]步驟3:不同頻率的探測(cè)電磁波在待測(cè)鉆孔內(nèi)形成不同頻率的響應(yīng)電磁波，接收線圈接收上述不同頻率的響應(yīng)電磁波，并將該不同頻率的響應(yīng)電磁波傳輸給接收電路；
[0015]步驟4:接收電路對(duì)接收到的不同頻率的響應(yīng)電磁波進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，并將不同頻率的響應(yīng)電磁波轉(zhuǎn)換為不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)，接收電路將所述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)通過單片機(jī)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)；
[0016]步驟5:現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)根據(jù)上述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑，現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔周圍不同半徑圍巖的視電阻率圖譜；
[0017]步驟6:根據(jù)步驟5中得到的視電阻率圖譜，推斷探頭周圍空間內(nèi)是否存在低阻體異常，如果存在低阻體異常，則根據(jù)低阻體異常結(jié)果來分析探頭周圍空間內(nèi)是否有含水體或含水地質(zhì)構(gòu)造，這樣就實(shí)現(xiàn)了待測(cè)鉆孔的超前探測(cè)。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]應(yīng)用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道、巷道掘進(jìn)的鉆孔進(jìn)行超前探測(cè)預(yù)報(bào)。相比于現(xiàn)有的超前預(yù)報(bào)設(shè)備和方法，本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:
[0020](I)采用本發(fā)明，將電磁波發(fā)射接收探頭布置在鉆孔中，通過發(fā)射高低不同頻率的一組電磁波來探測(cè)鉆孔周圍不同半徑距離的巖層地質(zhì)特征，判斷鉆孔周圍一定范圍內(nèi)有無含水體等有害地質(zhì)體。將探頭在鉆孔內(nèi)推進(jìn)并以一定的探測(cè)點(diǎn)距進(jìn)行探測(cè)，可以充分利用整個(gè)鉆孔的深度，探測(cè)整個(gè)鉆孔周圍柱狀體內(nèi)的地層特征，探測(cè)范圍大，信息多，且相鄰測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果可以相互驗(yàn)證，準(zhǔn)確可靠，消除了探測(cè)結(jié)果存在的多解性。另外，本發(fā)明可大大減少探測(cè)鉆孔的數(shù)量，節(jié)省時(shí)間和成本，提高工作效益，同時(shí)也提高了煤礦井下巷道掘進(jìn)隱伏水患的排除能力。
[0021](2)采用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)不同頻率的一組電磁波發(fā)射，探測(cè)數(shù)據(jù)量多，同時(shí)又在鉆孔內(nèi)避開井下人為的強(qiáng)干擾背景(由于鉆孔周圍圍巖單一，沒有掘進(jìn)機(jī)、底板的鐵軌、工字鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、運(yùn)輸皮帶支架等各種金屬設(shè)施)，提高微弱信號(hào)的識(shí)別和處理能力，這樣可確保探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，消除了探測(cè)結(jié)果存在的多解性，為指導(dǎo)巷道掘進(jìn)提供更科學(xué)的依據(jù)。
[0022](3)采用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)探測(cè)時(shí)實(shí)時(shí)顯示探測(cè)結(jié)果，自動(dòng)分析成圖并進(jìn)行預(yù)報(bào)，無需復(fù)雜的人工數(shù)據(jù)分析和處理階段；能為地質(zhì)探測(cè)人員快速給出可靠的分析預(yù)報(bào)資料。因此，本發(fā)明的裝置具備可操作性、有效性和實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)巷道鉆孔超前探測(cè)，利用巷道超前(在巷道掘進(jìn)面的前方進(jìn)行鉆孔，相對(duì)掘進(jìn)面，鉆孔向前方鉆進(jìn))的鉆孔進(jìn)行物探，對(duì)鉆孔周圍半徑30?50米范圍內(nèi)進(jìn)行精細(xì)掃描近距離探測(cè)，是鉆探和物探有機(jī)的結(jié)合，這樣既可提高物探的探測(cè)精度又可減少鉆探的鉆孔數(shù)量，做到掘進(jìn)巷道超前精準(zhǔn)探測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)部分的使用狀態(tài)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖3為本發(fā)明中探頭部分的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖4為本發(fā)明中發(fā)射線圈三角柱形安裝座部分的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖5為本發(fā)明中接收線圈三角柱形安裝座部分的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029]圖中，I一現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)、1.1一中央處理器、1.2—存儲(chǔ)器、1.3—人機(jī)交互設(shè)備、1.4一主機(jī)網(wǎng)口、1.5一系統(tǒng)總線、2—探頭、2.1一發(fā)射線圈、2.2一接收線圈、2.3一發(fā)射電路、
2.4一接收電路、2.5—單片機(jī)、2.6 —電池、2.7—探頭網(wǎng)口、3—網(wǎng)線電纜、4一推桿、5—待測(cè)鉆孔、6—發(fā)射線圈二角柱形安裝座、7—接收線圈二角柱形安裝座、8—巷道、9一圍巖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0031]如圖1和圖3所述的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，它包括現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)1，探頭2，設(shè)置在探頭2內(nèi)的發(fā)射線圈2.1、接收線圈2.2、發(fā)射電路2.3、接收電路2.4、單片機(jī)2.5、電池2.6、探頭網(wǎng)口 2.7，其中，所述發(fā)射電路2.3的信號(hào)輸出端與發(fā)射線圈2.1的信號(hào)輸入端連接，接收電路2.4的信號(hào)輸入端與接收線圈2.2的信號(hào)輸出端連接，所述發(fā)射電路2.3和接收電路2.4的通信端均與單片機(jī)2.5的通信端連接，所述單片機(jī)2.5的數(shù)據(jù)通信端通過探頭網(wǎng)口 2.7與現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I的數(shù)據(jù)通信端連接，所述電池2.6分別向發(fā)射電路2.3、接收電路2.4和單片機(jī)2.5供電；
[0032]所述發(fā)射電路2.3和發(fā)射線圈2.1能在單片機(jī)2.5的控制下向待測(cè)鉆孔5周圍發(fā)射不同頻率的探測(cè)電磁波，所述接收電路2.4和接收線圈2.2用于接收待測(cè)鉆孔5周圍對(duì)探測(cè)電磁波的響應(yīng)電磁波信號(hào)，該響應(yīng)電磁波信號(hào)具有與探測(cè)電磁波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)不同頻率；
[0033]所述單片機(jī)2.5能將響應(yīng)電磁波信號(hào)數(shù)字化處理，并將數(shù)字化處理后的響應(yīng)電磁波信號(hào)通過探頭網(wǎng)口 2.7輸送到現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)1，所述現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I用于根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑(上述根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑的計(jì)算過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測(cè)深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時(shí)間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。)，并將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔5周圍不同半徑圍巖9的視電阻率圖譜。(上述將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔5周圍不同半徑圍巖9的視電阻率圖譜的過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測(cè)深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時(shí)間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。)
[0034]上述技術(shù)方案中，如圖4和圖5所示，它還包括發(fā)射線圈三角柱形安裝座6和接收線圈三角柱形安裝座7，發(fā)射線圈2.1和接收線圈2.2均有三組，所述三組發(fā)射線圈2.1分別設(shè)置在發(fā)射線圈三角柱形安裝座6的三個(gè)側(cè)面上，所述三組接收線圈2.2分別設(shè)置在接收線圈三角柱形安裝座7的三個(gè)側(cè)面上。上述三組接收線圈2.2并聯(lián)在一起連接接收電路
2.4，上述三組發(fā)射線圈2.1并聯(lián)在一起連接發(fā)射電路2.3。
[0035]上述發(fā)射線圈三角柱形安裝座6和接收線圈三角柱形安裝座7均為環(huán)氧棒材安裝座。該設(shè)計(jì)能使發(fā)射線圈2.1和接收線圈2.2全方位發(fā)射、接收電磁波信號(hào)，上述發(fā)射線圈2.1和接收線圈2.2各由三組線圈組成發(fā)射接收三面體，同時(shí)對(duì)三組發(fā)射線圈發(fā)射不同頻率的一組電磁波，三組接收線圈同時(shí)接收不同頻率的電磁波響應(yīng)信號(hào)。三組發(fā)射線圈
2.1同時(shí)發(fā)射，發(fā)射不同頻率的一組電磁波，三組接收線圈2.2同時(shí)接收不同頻率的電磁波響應(yīng)信號(hào)，上述三組發(fā)射線圈2.1和三組接收線圈2.2同時(shí)發(fā)射和接收電磁波具有一致性好，速度快的優(yōu)點(diǎn)，三組發(fā)射線圈2.1和三組接收線圈2.2均采用長500?1000mm，寬20?30mm的長方形重疊回線布置形式。上述長方形重疊回線布置形式具有響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0036]上述技術(shù)方案中，發(fā)射電路2.3與發(fā)射線圈2.1、接收電路2.4與接收線圈2.2內(nèi)置于探頭2內(nèi)，二者采用重疊回線(發(fā)射線圈2.1和接收線圈2.2 一樣大，放置在一起)，可以提高接收微弱信號(hào)的抗干擾能力。
[0037]上述技術(shù)方案中，如圖2所示，所述現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I包括中央處理器1.1、存儲(chǔ)器1.2、人機(jī)交互設(shè)備1.3、主機(jī)網(wǎng)口 1.4和系統(tǒng)總線1.5，其中，所述存儲(chǔ)器1.2、人機(jī)交互設(shè)備1.3和中央處理器1.1均與系統(tǒng)總線1.5連接，所述系統(tǒng)總線1.5通過主機(jī)網(wǎng)口 1.4連接探頭網(wǎng)口 2.7。上述人機(jī)交互設(shè)備1.3包括觸摸屏、顯示屏、USB接口和光電旋鈕(相當(dāng)于電腦鼠標(biāo))。上述主機(jī)網(wǎng)口 1.4和探頭網(wǎng)口 2.7通過網(wǎng)線電纜3連接。
[0038]上述技術(shù)方案中，它還包括設(shè)置在探頭2尾端的推桿4。
[0039]一種利用上述單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置進(jìn)行待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，它包括如下步驟:
[0040]步驟1:將探頭2置于待測(cè)鉆孔5孔口；
[0041]步驟2:現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I通過單片機(jī)2.5控制發(fā)射電路2.3使發(fā)射線圈2.1發(fā)射不同頻率的探測(cè)電磁波；
[0042]步驟3:不同頻率的探測(cè)電磁波在待測(cè)鉆孔5內(nèi)形成不同頻率的響應(yīng)電磁波，接收線圈2.2接收上述不同頻率的響應(yīng)電磁波，并將該不同頻率的響應(yīng)電磁波傳輸給接收電路
2.4 ；
[0043]步驟4:接收電路2.4對(duì)接收到的不同頻率的響應(yīng)電磁波進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，并將不同頻率的響應(yīng)電磁波轉(zhuǎn)換為不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)，接收電路2.4將所述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)通過單片機(jī)2.5傳輸給現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I ;
[0044]步驟5:現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I根據(jù)上述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑(上述根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑的計(jì)算過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測(cè)深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時(shí)間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。)，現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)I將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔5周圍不同半徑圍巖9的視電阻率圖譜(上述并將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔5周圍不同半徑圍巖9的視電阻率圖譜的過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測(cè)深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時(shí)間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。)(根據(jù)電磁波在地層的“趨膚效應(yīng)”理論，高頻的電磁波探測(cè)距離近，低頻的電磁波探測(cè)距離遠(yuǎn)；因此，通過發(fā)射不同頻率的一組電磁波，可以探測(cè)并生成鉆孔周圍不同半徑的地層視電阻率圖譜。)；
[0045]步驟6:根據(jù)步驟5中得到的視電阻率圖譜，推斷探頭2周圍空間內(nèi)是否存在低阻體異常，如果存在低阻體異常，則根據(jù)低阻體異常結(jié)果來分析探頭2周圍空間內(nèi)是否有含水體或含水地質(zhì)構(gòu)造(如果鉆孔周圍生成的視電阻率圖譜有低電阻率區(qū)域，再根據(jù)鉆孔周圍的地質(zhì)資料一起分析造成低電阻率區(qū)域的原因來推斷是否有含水體);(上述根據(jù)低阻體異常結(jié)果來分析探頭2周圍空間內(nèi)是否有含水體或含水地質(zhì)構(gòu)造的過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測(cè)深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時(shí)間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。)。
[0046]步驟7:利用推桿4將探頭2由待測(cè)鉆孔5孔口向孔底逐步推進(jìn)，并利用步驟2?步驟6所述的待測(cè)鉆孔超前探測(cè)方法對(duì)待測(cè)鉆孔5進(jìn)行逐點(diǎn)掃描探測(cè)，生成由待測(cè)鉆孔5孔口至孔底所有探測(cè)點(diǎn)的視電阻率圖譜。
[0047]上述技術(shù)方案的步驟7中，將探頭2由待測(cè)鉆孔5孔口向孔底逐步推進(jìn)的步距為I?2米。
[0048]上述技術(shù)方案中，所述探頭2與待測(cè)鉆孔5同軸布置，所述步驟6中，根據(jù)步驟4中得到的視電阻率圖譜，推斷探頭2所在位置處以待測(cè)鉆孔5為中心軸線，半徑為30?50米的圓柱體空間范圍內(nèi)是否存在低阻體異常。
[0049]所述探測(cè)電磁波的頻率范圍為50kHz?1kHz，所述響應(yīng)電磁波的頻率范圍為50kHz?IkHz,所述探測(cè)半徑為0.5?50米。
[0050]具體實(shí)施過程中:發(fā)射50kHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為500歐姆/米，探測(cè)半徑為0.5米；發(fā)射40kHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為550歐姆/米，探測(cè)半徑為2.0米；發(fā)射30kHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為530歐姆/米，探測(cè)半徑為6.5米；發(fā)射20kHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為510歐姆/米，探測(cè)半徑為10.5米；發(fā)射IOkHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為500歐姆/米，探測(cè)半徑為20.1米；發(fā)射5kHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為200歐姆/米，探測(cè)半徑為30.0米；發(fā)射2.5kHz電磁波時(shí)，計(jì)算視電阻率為150歐姆/米，探測(cè)半徑為35.5米；發(fā)射IkHz電磁波時(shí)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)計(jì)算視電阻率為600歐姆/米，探測(cè)半徑為48.5米；通過發(fā)射8個(gè)不同頻率的電磁波進(jìn)行探測(cè)，接收的響應(yīng)電磁信號(hào)生成鉆孔探測(cè)不同半徑的視電阻率圖譜，在鉆孔半徑30?40米范圍左右有一個(gè)低阻區(qū)域，再根據(jù)地質(zhì)資料一起推斷是否有含水體存在。
[0051]本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，其特征在于:它包括現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(1)，探頭(2)，設(shè)置在探頭(2)內(nèi)的發(fā)射線圈(2.1)、接收線圈(2.2)、發(fā)射電路(2.3)、接收電路(2.4)、單片機(jī)(2.5)、電池(2.6)、探頭網(wǎng)口(2.7)，其中，所述發(fā)射電路(2.3)的信號(hào)輸出端與發(fā)射線圈(2.1)的信號(hào)輸入端連接，接收電路(2.4)的信號(hào)輸入端與接收線圈(2.2)的信號(hào)輸出端連接，所述發(fā)射電路(2.3)和接收電路(2.4)的通信端均與單片機(jī)(2.5)的通信端連接，所述單片機(jī)(2.5)的數(shù)據(jù)通信端通過探頭網(wǎng)口( 2.7 )與現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)的數(shù)據(jù)通信端連接，所述電池(2.6)分別向發(fā)射電路(2.3)、接收電路(2.4)和單片機(jī)(2.5)供電； 所述發(fā)射電路(2.3)和發(fā)射線圈(2.1)能在單片機(jī)(2.5)的控制下向待測(cè)鉆孔(5)周圍發(fā)射不同頻率的探測(cè)電磁波，所述接收電路(2.4)和接收線圈(2.2)用于接收待測(cè)鉆孔(5)周圍對(duì)探測(cè)電磁波的響應(yīng)電磁波信號(hào)，該響應(yīng)電磁波信號(hào)具有與探測(cè)電磁波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)不同頻率； 所述單片機(jī)(2.5)能將響應(yīng)電磁波信號(hào)數(shù)字化處理，并將數(shù)字化處理后的響應(yīng)電磁波信號(hào)通過探頭網(wǎng)口(2.7)輸送到現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(1)，所述現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)用于根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑，并將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔(5)周圍不同半徑圍巖(9)的視電阻率圖譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，其特征在于:它還包括發(fā)射線圈三角柱形安裝座(6)和接收線圈三角柱形安裝座(7)，發(fā)射線圈(2.1)和接收線圈(2.2)均有三組，所述三組發(fā)射線圈(2.1)分別設(shè)置在發(fā)射線圈三角柱形安裝座(6 )的三個(gè)側(cè)面上，所述三組接收線圈(2.2)分別設(shè)置在接收線圈三角柱形安裝座(7)的三個(gè)側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，其特征在于:所述發(fā)射線圈三角柱形安裝座(6)和接收線圈三角柱形安裝座(7)均為環(huán)氧棒材安裝座。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，其特征在于:它還包括設(shè)置在探頭(2 )尾端的推桿(4 )。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置，其特征在于:所述現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)包括中央處理器(1.1)、存儲(chǔ)器(1.2)、人機(jī)交互設(shè)備(1.3)、主機(jī)網(wǎng)口(1.4)和系統(tǒng)總線(1.5)，其中，所述存儲(chǔ)器(1.2)、人機(jī)交互設(shè)備(1.3)和中央處理器(1.1)均與系統(tǒng)總線(1.5)連接，所述系統(tǒng)總線(1.5)通過主機(jī)網(wǎng)口(1.4)連接探頭網(wǎng)口(2.7)。
6.一種利用權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述單孔電磁波層析成像超前探測(cè)裝置進(jìn)行待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟1:將探頭(2)置于待測(cè)鉆孔(5)孔口 ； 步驟2:現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)通過單片機(jī)(2.5)控制發(fā)射電路(2.3)使發(fā)射線圈(2.1)發(fā)射不同頻率的探測(cè)電磁波； 步驟3:不同頻率的探測(cè)電磁波在待測(cè)鉆孔(5)內(nèi)形成不同頻率的響應(yīng)電磁波，接收線圈(2.2)接收上述不同頻率的響應(yīng)電磁波，并將該不同頻率的響應(yīng)電磁波傳輸給接收電路(2.4)； 步驟4:接收電路(2.4)對(duì)接收到的不同頻率的響應(yīng)電磁波進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，并將不同頻率的響應(yīng)電磁波轉(zhuǎn)換為不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)，接收電路(2.4)將所述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)通過單片機(jī)(2.5)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)；步驟5:現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)根據(jù)上述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號(hào)和對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算得到各個(gè)頻率的探測(cè)電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑，現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)(I)將所有不同頻率的探測(cè)電磁波以及與各個(gè)探測(cè)電磁波頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測(cè)半徑生成待測(cè)鉆孔(5)周圍不同半徑圍巖(9)的視電阻率圖譜； 步驟6:根據(jù)步驟5中得到的視電阻率圖譜，推斷探頭(2)周圍空間內(nèi)是否存在低阻體異常，如果存在低阻體異常，則根據(jù)低阻體異常結(jié)果來分析探頭(2)周圍空間內(nèi)是否有含水體或含水地質(zhì)構(gòu)造，這樣就實(shí)現(xiàn)了待測(cè)鉆孔的超前探測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，其特征在于:所述步驟6后還包括步驟7:將探頭(2)由待測(cè)鉆孔(5)孔口向孔底逐步推進(jìn)，并利用步驟2~步驟6所述的待測(cè)鉆孔超前探測(cè)方法對(duì)待測(cè)鉆孔(5)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描探測(cè)，生成由待測(cè)鉆孔(5)孔口至孔底所有探測(cè)點(diǎn)的視電阻率圖譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，其特征在于:所述步驟7中，將探頭(2)由待測(cè)鉆孔(5)孔口向孔底逐步推進(jìn)的步距為I~2米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，其特征在于:所述探頭(2)與待測(cè)鉆孔(5)同軸布置，所述步驟6中，根據(jù)步驟4中得到的視電阻率圖譜，推斷探頭(2)所在位置處以待測(cè)鉆孔(5)為中心軸線，半徑為30~50米的圓柱體空間范圍內(nèi)是否存在低阻體異常。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的待測(cè)鉆孔超前探測(cè)的方法，其特征在于:所述探測(cè)電磁波的頻率范圍為50kHz~IkHz，所述響應(yīng) 電磁波的頻率范圍為50kHz~IkHz，探測(cè)半徑為0.5~50米。
【文檔編號(hào)】G01V3/30GK103630946SQ201310637406
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】武強(qiáng), 劉春生, 胡加斌, 劉鎏 申請(qǐng)人:武漢長盛煤安科技有限公司