專利名稱：核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測裝置及探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用核磁共振原理對坑道周圍含水體進(jìn)行精確定位的地球物理勘探設(shè)備，尤其是利用“一發(fā)二收”兩個平行線圈對坑道上下或左右方水體進(jìn)行精確定位的核磁共振探測裝置及探測方法。
背景技術(shù)：
在隧道、礦井等地下掘進(jìn)工程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，由地下水引起的突水等地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生，給施工帶來了巨大的災(zāi)難和經(jīng)濟(jì)損失。對地下工程中周圍的含水體進(jìn)行準(zhǔn)確的探測，可為減少未知水體引發(fā)的坑道突水事故提供重要信息。目前具有的隧道突水超前預(yù)報技術(shù)主要有地質(zhì)觀測法根據(jù)隧道內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，分析確定隧道施工掌子面前方地質(zhì)體導(dǎo)、儲水的可能性。該方法在相當(dāng)程度上依賴于實(shí)施預(yù)報人員的經(jīng)驗(yàn)及其對隧道址區(qū)工程地質(zhì)條件的掌握程度；探孔法是一種直接探水的方法，對于基巖裂隙水效果明顯。但對巖溶水、與地表水有直接聯(lián)系的導(dǎo)水性能極好的斷層破碎帶涌水有較大的鉆孔涌水危險；紅外探水法利用地下水體產(chǎn)生的紅外輻射場異常進(jìn)行水體探測，對圍巖巖體是否含水有效，但不能確定含水量的大小，且受隧道內(nèi)施工干擾影響大；視電阻率法利用水體和巖體電阻率差異，判斷是否可能有水和水體輪廓。但對于視電阻率參數(shù)與水差別不大的淤泥等地質(zhì)體卻難以區(qū)分；瞬變電磁法向工作面前方發(fā)射一束脈沖電磁場(稱為一次場)，并在一次場間隙期間，利用接收探頭測量前方目標(biāo)體感應(yīng)的渦流場變化。這種變化主要取決于目標(biāo)體的電阻率和極化率。這種方法同樣不能區(qū)分電阻率和極化率參數(shù)與水差別不大的淤泥等地質(zhì)體；地震法利用地震探測設(shè)備激發(fā)一個人工地震波，波信號在隧道周圍巖體內(nèi)傳播， 當(dāng)遇到巖石波阻抗差異界面(巖石強(qiáng)度發(fā)生變化、地層層面、節(jié)理面)時，特別是斷層破碎帶界面和溶洞、暗河、巖溶、淤泥帶等不良地質(zhì)界面時，一部分地震信號被反射回來，一部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)，反射的地震信號將被探測設(shè)備的檢波器接收。根據(jù)返回信號數(shù)據(jù)的延遲時間、強(qiáng)度和方向，通過軟件處理，便可了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)(軟性巖帶、破碎帶、斷層、含水巖層等)和位置及規(guī)模。由此推斷出有可能的含水構(gòu)造?？梢姡@種方法是根據(jù)推算出的地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測含水構(gòu)造的，不能作出是否肯定含水的結(jié)論；聲波探測法利用掘進(jìn)機(jī)械切割巖石所激發(fā)的聲波信號的同步信號檢測器，檢測工作面前方經(jīng)巖體反射回來的反射聲波信號，經(jīng)過分析計算，推斷前方的地質(zhì)構(gòu)造，判斷可能的含水構(gòu)造。該方法也是一種間接判斷法，不能直接定位地下水體；溫差法一般情況下，隨著埋深的加大，地面以下巖體的溫度越來越高。但地下水體及其在巖體中的循環(huán)流動，會降低(常規(guī)水體)或提高(地下熱水流)水體周邊一定范圍的巖體的溫度。利用這一現(xiàn)象，通過測量隧道內(nèi)溫度的變化，預(yù)測前方可能的含水體。但不能準(zhǔn)確得到潛在水體的含水量大小等重要的參數(shù)。這些方法多數(shù)都是通過勘查含水構(gòu)造及層位來對含水體是否存在進(jìn)行判斷的，是間接的測量方法，不能準(zhǔn)確得到潛在水體的含水量大小等重要的參數(shù)。而利用核磁共振方法探測地下水是一種直接的探測方法。潘玉玲、張昌達(dá)編著《地面核磁共振找水理論和方法》O000. 8，武漢，中國地質(zhì)大學(xué)出版社ISBN 7-5625-1551-4)介紹了一種法國產(chǎn)的核磁共振找水儀，由發(fā)射系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)、微機(jī)控制與記錄系統(tǒng)等部分組成。其有益效果為可以直接探測150米深度以內(nèi)的地下水。2006年吉林大學(xué)姜艷秋碩士學(xué)位論文《地面核磁共振找水儀發(fā)射機(jī)的研制》介紹了地面核磁共振找水儀發(fā)射機(jī)中各部分電路設(shè)計。2008年吉林大學(xué)高東旭碩士學(xué)位論文 《核磁共振找水儀弱信號放大器設(shè)計》介紹了地面核磁共振找水儀信號調(diào)理電路設(shè)計。2009 年吉林大學(xué)蔣川東碩士學(xué)位論文《核磁共振地下水探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計與應(yīng)用介紹了通過核磁共振地下水探測信號的激發(fā)發(fā)射電流、發(fā)射持續(xù)時間、接收核磁共振信號初始幅度、弛豫時間等參數(shù)得到地下含水層與發(fā)射并接收線圈距離、厚度和含水率，并估計出滲透率和導(dǎo)水系數(shù)，涌水量的大小的方法。2010SR017733計算機(jī)軟件著作權(quán)登記《核磁共振地下水探測儀(JLMRQ數(shù)據(jù)處理軟件[簡稱JLMRS數(shù)據(jù)處理軟件VI. 0》計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了核磁共振探測中水文地質(zhì)參數(shù)的計算方法，包括含水層與發(fā)射并接收線圈距離、水層厚度、 含水率的計算，和滲透率、導(dǎo)水系數(shù)、涌水量等參數(shù)的估算。理論上，只要有水的存在，就會產(chǎn)生核磁共振信號。但是這種核磁共振信號能否被測到，取決于探測儀器的探測靈敏度高低。水體規(guī)模越大，距離越近，信號就越強(qiáng)，也就容易被探測到，而這樣的潛在水體也就容易對掘進(jìn)工程構(gòu)成損害。就目前可以達(dá)到的探測靈敏度而言，可以對工程造成上述影響規(guī)模和距離的水體是可以被測到的。地質(zhì)體中的水體不僅存在于掘進(jìn)前方，在坑道的兩側(cè)、頂?shù)装宥伎赡艽嬖?，這是重要的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測裝置；本發(fā)明的另一目的是提供一種核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的是由計算機(jī)1通過串口總線14經(jīng)高壓電源4與發(fā)射橋路5連接，計算機(jī)1通過串口總線15與主控制單元2連接，計算機(jī)1通過串口總線16與信號調(diào)理電路6連接，計算機(jī) 1通過串口總線17與多通道采集電路7連接，計算機(jī)1通過串口總線18與信號調(diào)理電路 10連接，主控制單元2通過控制線19與發(fā)射驅(qū)動電路3相連接，主控制單元2通過控制線 20分別與第一保護(hù)開關(guān)8和第二保護(hù)開關(guān)11連接，發(fā)射與接收一體線圈12兩端經(jīng)第一保護(hù)開關(guān)8和第一信號調(diào)理電路6與多通道采集電路7連接，接收多匝線圈13兩端經(jīng)第二保護(hù)開關(guān)11和第二信號調(diào)理電路10與多通道采集電路7連接，發(fā)射與接收一體線圈12 —端與發(fā)射橋路5連接，另一端經(jīng)配諧電容9與發(fā)射橋路5連接，主控制單元2經(jīng)發(fā)射驅(qū)動電路 3與發(fā)射橋路5連接構(gòu)成。
核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測方法，包括以下順序和步驟a、鋪設(shè)線圈，如探測坑道兩側(cè)，發(fā)射與接收一體線圈12豎直布設(shè)在前進(jìn)方向左側(cè)坑道壁上，接收多匝線圈13豎直布設(shè)在發(fā)射與接收一體線圈12的對面右側(cè)坑道壁上；b、打開核磁共振差分探測坑道突水超前探測裝置，計算機(jī)1發(fā)出預(yù)測命令，主控制單元2通過控制線20控制保護(hù)開關(guān)8和保護(hù)開關(guān)11處于斷開狀態(tài)，對信號調(diào)理電路6 和信號調(diào)理電路10進(jìn)行保護(hù)；C、主控制單元2產(chǎn)生20-30毫秒的拉莫爾頻率的控制信號，通過發(fā)射驅(qū)動電路3 對發(fā)射橋路5進(jìn)行控制；d、計算機(jī)1通過串口總線14控制高壓電源4，設(shè)置高壓電源4的輸出電壓，改變高壓電源4輸出電壓的大小，通過發(fā)射橋路5改變發(fā)射與接收一體線圈12和配諧電容9上的發(fā)射電流的大小，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的激發(fā)磁場，激發(fā)不同距離的水體；e、發(fā)射結(jié)束后經(jīng)過20-30毫秒的間隙時間，主控制單元2控制保護(hù)開關(guān)8和保護(hù)開關(guān)11閉合，將發(fā)射與接收一體線圈12接收到的信號通過保護(hù)開關(guān)8送入信號調(diào)理電路 6，將接收多匝線圈13接收到的信號通過保護(hù)開關(guān)11送入信號調(diào)理電路10 ；f、信號調(diào)理電路6對左側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，信號調(diào)理電路10對右側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，計算機(jī)1通過控制線16控制信號調(diào)理電路6對左側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路7，計算機(jī)1通過控制線18控制信號調(diào)理電路10對右側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路7，計算機(jī)1 通過串口總線17控制多通道采集電路7的采集開始與結(jié)束時間，多通道信號采集電路7利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號調(diào)理電路6和信號調(diào)理電路10輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用串口總線17，將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)送至計算機(jī)1，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與處理；g、計算機(jī)1將發(fā)射與接收一體線圈12和接收多匝線圈13兩個線圈接收到的核磁共振信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得弛豫時間、初始振幅和相移參數(shù)；h、計算機(jī)1通過差分反演判斷水體的相對位置，當(dāng)發(fā)射與接收一體線圈12接收得到的初始振幅大于接收多匝線圈13接收得到的初始振幅，水體在左側(cè)，當(dāng)接收多匝線圈13 接收到的初始振幅大于發(fā)射與接收一體線圈12接收到的初始振幅，水體在右側(cè)，當(dāng)接收多匝線圈13和發(fā)射與接收一體線圈12接收得到的初始振幅基本沒有差別，左右兩側(cè)都有水體；i、計算機(jī)1通過發(fā)射電流值和發(fā)射持續(xù)時間反演得到水體與發(fā)射與接收一體線圈12的距離；j、計算機(jī)1通過初始振幅反演得到水體所處地質(zhì)體的含水率，通過弛豫時間反演得到水體所處地質(zhì)體的滲透系數(shù)。有益效果本發(fā)明結(jié)合核磁共振探測原理，采用兩個接收線圈同時接收核磁共振信號，根據(jù)接收回的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，精確地定位含水體的位置、大小、含水率、滲透系數(shù)，為礦井、隧道施工提供參考數(shù)據(jù)，能夠更加準(zhǔn)確地避免由未知水體引起的突水災(zāi)害。


圖1是核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是附圖1中多通道采集電路7的結(jié)構(gòu)框圖
圖3是核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測方法施工示意圖，左側(cè)為發(fā)射-接收一體多匝線圈12，右側(cè)為接收多匝線圈13。1計算機(jī)，2主控制單元，3發(fā)射驅(qū)動電路，4高壓電源，5發(fā)射橋路，6第一信號調(diào)理電路，7多通道采集電路，8第一保護(hù)開關(guān)，9配諧電容，10第二信號調(diào)理電路，11第二保護(hù)開關(guān)，12發(fā)射-接收一體多匝線圈，13接收多匝線圈，14、15、16、17、18串口總線，19,20控制總線。
具體實(shí)施例方式核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測是通過如下方式實(shí)施的是由計算機(jī)1通過串口總線14經(jīng)高壓電源4與發(fā)射橋路5連接，計算機(jī)1通過串口總線15與主控制單元2連接，計算機(jī)1通過串口總線16與信號調(diào)理電路6連接，計算機(jī) 1通過串口總線17與多通道采集電路7連接，計算機(jī)1通過串口總線18與信號調(diào)理電路 10連接，主控制單元2通過控制線19與發(fā)射驅(qū)動電路3相連接，主控制單元2通過控制線 20分別與第一保護(hù)開關(guān)8和第二保護(hù)開關(guān)11連接，發(fā)射與接收一體線圈12兩端經(jīng)第一保護(hù)開關(guān)8和第一信號調(diào)理電路6與多通道采集電路7連接，接收多匝線圈13兩端經(jīng)第二保護(hù)開關(guān)11和第二信號調(diào)理電路10與多通道采集電路7連接，發(fā)射與接收一體線圈12 —端與發(fā)射橋路5連接，另一端經(jīng)配諧電容9與發(fā)射橋路5連接，主控制單元2經(jīng)發(fā)射驅(qū)動電路 3與發(fā)射橋路5連接構(gòu)成附圖2中的待采集信號1和待采集信號2分別來自附圖1中的第一信號調(diào)理電路 6和第二信號調(diào)理電路10。核磁共振差分探測坑道突水超前探測方法，包括以下順序和步驟a、鋪設(shè)線圈，如探測坑道兩側(cè)，發(fā)射與接收一體線圈12豎直布設(shè)在前進(jìn)方向左側(cè)坑道壁上，接收多匝線圈13豎直布設(shè)在發(fā)射與接收一體線圈12的對面右側(cè)坑道壁上；b、打開核磁共振差分探測坑道突水超前探測裝置，計算機(jī)1發(fā)出預(yù)測命令，主控制單元2通過控制線20控制保護(hù)開關(guān)8和保護(hù)開關(guān)11處于斷開狀態(tài)，對信號調(diào)理電路6 和信號調(diào)理電路10進(jìn)行保護(hù)；C、主控制單元2產(chǎn)生20-30毫秒的拉莫爾頻率的控制信號，通過發(fā)射驅(qū)動電路3 對發(fā)射橋路5進(jìn)行控制；d、計算機(jī)1通過串口總線14控制高壓電源4，設(shè)置高壓電源4的輸出電壓，改變高壓電源4輸出電壓的大小，通過發(fā)射橋路5改變發(fā)射與接收一體線圈12和配諧電容9上的發(fā)射電流的大小，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的激發(fā)磁場，激發(fā)不同距離的水體；e、發(fā)射結(jié)束后經(jīng)過20-30毫秒的間隙時間，主控制單元2控制保護(hù)開關(guān)8和保護(hù)開關(guān)11閉合，將發(fā)射與接收一體線圈12接收到的信號通過保護(hù)開關(guān)8送入信號調(diào)理電路 6，將接收多匝線圈13接收到的信號通過保護(hù)開關(guān)11送入信號調(diào)理電路10 ；f、信號調(diào)理電路6對左側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，信號調(diào)理電路10對右側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，計算機(jī)1通過控制線16控制信號調(diào)理電路6對左側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路7，計算機(jī)1通過控制線18控制信號調(diào)理電路10對右側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路7，計算機(jī)1 通過串口總線17控制多通道采集電路7的采集開始與結(jié)束時間，多通道信號采集電路7利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號調(diào)理電路6和信號調(diào)理電路10輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用串口總線17，將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)送至計算機(jī)1，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與處理；g、計算機(jī)1將發(fā)射與接收一體線圈12和接收多匝線圈13兩個線圈接收到的核磁共振信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得弛豫時間、初始振幅和相移參數(shù)；h、計算機(jī)1通過差分反演判斷水體的相對位置，當(dāng)發(fā)射與接收一體線圈12接收得到的初始振幅大于接收多匝線圈13接收得到的初始振幅，水體在左側(cè)，當(dāng)接收多匝線圈13 接收到的初始振幅大于發(fā)射與接收一體線圈12接收到的初始振幅，水體在右側(cè)，當(dāng)接收多匝線圈13和發(fā)射與接收一體線圈12接收得到的初始振幅基本沒有差別，左右兩側(cè)都有水體；i、計算機(jī)1通過發(fā)射電流值和發(fā)射持續(xù)時間反演得到水體與發(fā)射與接收一體線圈12的距離；j、計算機(jī)1通過初始振幅反演得到水體所處地質(zhì)體的含水率，通過弛豫時間反演得到水體所處地質(zhì)體的滲透系數(shù)。本裝置的具體工作過程是以坑道測點(diǎn)左側(cè)的垂直面為線圈12的安裝平面，安裝線圈12，在線圈12的對面 (即坑道測點(diǎn)右側(cè))的垂直面為線圈13的安裝平面，安裝線圈13 ；主控制單元2通過控制線20控制保護(hù)開關(guān)8和保護(hù)開關(guān)11，使其處于斷開狀態(tài)，對第一信號調(diào)理電路6和第二信號調(diào)理電路10進(jìn)行保護(hù)；主控制單元2產(chǎn)生20-30毫秒的當(dāng)?shù)乩獱栴l率的控制信號，通過發(fā)射驅(qū)動電路3對發(fā)射橋路5進(jìn)行控制；計算機(jī)1通過串口總線14控制高壓電源4，設(shè)置高壓電源4的輸出電壓；改變高壓電源4輸出電壓的大小，通過發(fā)射橋路5，改變在發(fā)射線圈12和配諧電容9上的發(fā)射電流的大小，即產(chǎn)生不同強(qiáng)度的激發(fā)磁場，激發(fā)不同距離的水體。發(fā)射結(jié)束后經(jīng)過20毫秒的間隙時間，主控制單元2控制第一保護(hù)開關(guān)8和第二保護(hù)開關(guān)11閉合，將線圈12中所接收到的信號通過第一保護(hù)開關(guān)8送入第一信號調(diào)理電路6， 將線圈13所接收到的信號通過第二保護(hù)開關(guān)11送入第二信號調(diào)理電路10 ；第一信號調(diào)理電路6對左側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，第二信號調(diào)理電路10對右側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，計算機(jī)1通過控制線16控制第一信號調(diào)理電路6對左側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至多通道采集電路7，計算機(jī)1通過控制線18控制第二信號調(diào)理電路10對右側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路7，計算機(jī)1通過串口總線17控制多通道信號采集電路7的采集開始與結(jié)束時間，多通道信號采集電路7利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將第一信號調(diào)理電路6和第二信號調(diào)理電路10輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用串口總線17，將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)送至計算機(jī)1，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與處理；計算機(jī)1將發(fā)射-接收一體多匝線圈12和接收多匝線圈13兩個線圈接收到的核磁共振信號進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得弛豫時間、初始振幅和相移等參數(shù)，利用核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測反演軟件進(jìn)行反演處理；如果線圈12接收得到的初始振幅大于線圈13接收得到的初始振幅，便說明水體在左側(cè)。反之如果線圈13接收得到的初始振幅大于線圈12接收得到的初始振幅，便說明水體在右側(cè)，如果線圈13和線圈12接收得到的初始振幅基本沒有差別，說明左右兩側(cè)都有水體。利用發(fā)射電流的大小和發(fā)射持續(xù)時間便可反演出水體與發(fā)射-接收一體多匝線圈12的距離。由計算機(jī)1計算得到的初始振幅可反演得到含水率。由計算機(jī)1計算得到弛豫時間可反演得到水體所處地質(zhì)體滲透系數(shù)。計算機(jī)1將發(fā)射與接收一體線圈12和接收多匝線圈13兩個線圈接收到的核磁共振信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得弛豫時間、初始振幅和相移參數(shù)；通過初始振幅反演得到水體所處地質(zhì)體的含水率，通過弛豫時間反演得到水體所處地質(zhì)體的滲透系數(shù)。 上面是以探測坑道左右方向的水體為例說明，當(dāng)探測上下方向的水體時，只要把上面的“左”改為“下”，把“右”改為“上”即可探測坑道頂板、底板的突水超前預(yù)測。掘進(jìn)前方的突水預(yù)測，只要將發(fā)射與接收一體線圈12豎直布設(shè)在掘進(jìn)前方的掌子面上即可預(yù)測掘進(jìn)前方的水體。
權(quán)利要求
1.一種核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測裝置，其特征在于，是由計算機(jī)(1)通過串口總線(14)經(jīng)高壓電源⑷與發(fā)射橋路(5)連接，計算機(jī)⑴通過串口總線(15)與主控制單元(2)連接，計算機(jī)⑴通過串口總線(16)與信號調(diào)理電路(6)連接，計算機(jī)⑴ 通過串口總線(17)與多通道采集電路(7)連接，計算機(jī)⑴通過串口總線(18)與信號調(diào)理電路(10)連接，主控制單元(2)通過控制線(19)與發(fā)射驅(qū)動電路(3)相連接，主控制單元(2)通過控制線00)分別與第一保護(hù)開關(guān)(8)和第二保護(hù)開關(guān)(11)連接，發(fā)射與接收一體線圈(12)兩端經(jīng)第一保護(hù)開關(guān)(8)和第一信號調(diào)理電路(6)與多通道采集電路(7) 連接，接收多匝線圈(13)兩端經(jīng)第二保護(hù)開關(guān)(11)和第二信號調(diào)理電路(10)與多通道采集電路(7)連接，發(fā)射與接收一體線圈(12) —端與發(fā)射橋路(5)連接，另一端經(jīng)配諧電容(9)與發(fā)射橋路( 連接，主控制單元( 經(jīng)發(fā)射驅(qū)動電路C3)與發(fā)射橋路( 連接構(gòu)成。
2.一種核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測方法，其特征在于，包括以下順序和步驟a、鋪設(shè)線圈，如探測坑道兩側(cè)，發(fā)射與接收一體線圈(1 豎直布設(shè)在前進(jìn)方向左側(cè)坑道壁上，接收多匝線圈(1 豎直布設(shè)在發(fā)射與接收一體線圈(1 對面的右側(cè)坑道壁上；b、打開核磁共振差分探測坑道突水超前探測裝置，計算機(jī)(1)發(fā)出預(yù)測命令，主控制單元(2)通過控制線00)控制保護(hù)開關(guān)(8)和保護(hù)開關(guān)(11)處于斷開狀態(tài)，對信號調(diào)理電路(6)和信號調(diào)理電路(10)進(jìn)行保護(hù)；c、主控制單元( 產(chǎn)生20-30毫秒的拉莫爾頻率的控制信號，通過發(fā)射驅(qū)動電路3對發(fā)射橋路( 進(jìn)行控制；d、計算機(jī)⑴通過串口總線(14)控制高壓電源G)，設(shè)置高壓電源⑷的輸出電壓，改變高壓電源(4)輸出電壓的大小，通過發(fā)射橋路( 改變發(fā)射與接收一體線圈(1 和配諧電容(9)上的發(fā)射電流的大小，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的激發(fā)磁場，激發(fā)不同距離的水體；e、發(fā)射結(jié)束后經(jīng)過20-30毫秒的間隙時間，主控制單元(2)控制保護(hù)開關(guān)(8)和保護(hù)開關(guān)(11)閉合，將發(fā)射與接收一體線圈(12)接收到的信號通過保護(hù)開關(guān)(8)送入信號調(diào)理電路(6)，將接收多匝線圈(13)接收到的信號通過保護(hù)開關(guān)(11)送入信號調(diào)理電路(10)；f、信號調(diào)理電路(6)對左側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，信號調(diào)理電路(10)對右側(cè)接收到的信號進(jìn)行濾波處理和放大，計算機(jī)(1)通過控制線(16)控制信號調(diào)理電路 (6)對左側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路(7)，計算機(jī)(1)通過控制線(18)控制信號調(diào)理電路(10)對右側(cè)微弱的信號進(jìn)行放大和濾波，送至信號多通道采集電路(7)，計算機(jī)(1)通過串口總線(17)控制多通道采集電路(7)的采集開始與結(jié)束時間，多通道信號采集電路(7)利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號調(diào)理電路(6)和信號調(diào)理電路(10)輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用串口總線(17)，將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)送至計算機(jī)(1)， 進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與處理；g、計算機(jī)⑴將發(fā)射與接收一體線圈(12)和接收多匝線圈(13)兩個線圈接收到的核磁共振信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得弛豫時間、初始振幅和相移參數(shù)；h、通過差分反演判斷水體的相對位置，當(dāng)發(fā)射與接收一體線圈(12)接收得到的初始振幅大于接收多匝線圈(13)接收得到的初始振幅，水體在左側(cè)，當(dāng)接收多匝線圈(13)接收到的初始振幅大于發(fā)射與接收一體線圈(1 接收到的初始振幅，水體在右側(cè)，當(dāng)接收多匝線圈(1 和發(fā)射與接收一體線圈(1 接收得到的初始振幅基本沒有差別，左右兩側(cè)都有水體；i、計算機(jī)1通過發(fā)射電流值和發(fā)射持續(xù)時間反演得到水體與發(fā)射與接收一體線圈 (12)的距離；j、計算機(jī)(1)通過初始振幅反演得到水體所處地質(zhì)體的含水率，通過弛豫時間反演得到水體所處地質(zhì)體的滲透系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測裝置及探測方法。由計算機(jī)經(jīng)主控制單元、發(fā)射驅(qū)動電路和發(fā)射橋路分別與高壓電源、配諧電容和發(fā)射與接收一體線圈連接，接收多匝線圈兩端經(jīng)第二保護(hù)開關(guān)、第二信號調(diào)理電路與多通道采集電路連接，計算機(jī)經(jīng)主控制單元分別與第一保護(hù)開關(guān)和第二保護(hù)開關(guān)連接，第一保護(hù)開關(guān)經(jīng)第一信號調(diào)理電路和多通道采集電路與第二信號調(diào)理電路連接構(gòu)成。接收一體線圈垂直裝在測點(diǎn)左側(cè)，接收多匝線圈垂直裝在右側(cè)。本發(fā)明采用兩個接收線圈同時接收核磁共振信號，根據(jù)接收回的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，精確定位含水體的位置、大小、含水率、滲透系數(shù)。為礦井、隧道施工提供數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確預(yù)測突水引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。
文檔編號G01V3/14GK102221711SQ20111013392
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者孫淑琴, 龐博, 張哲 , 林君, 王應(yīng)吉, 王建鵬, 蔣川東 申請人:吉林大學(xué)