單孔電磁波層析成像超前探測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明所設(shè)計的單孔電磁波層析成像超前探測裝置及方法，它的探頭置于鉆孔內(nèi)，現(xiàn)場主機(jī)控制探頭的發(fā)射、接收、信號采集和傳輸工作，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)場主機(jī)計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，在每一測點重復(fù)上述步驟，則可探測鉆孔不同深度各測點的鉆孔周圍不同半徑的地層視電阻率，生成整個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【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裝置及方法。
技術(shù)背景
[0002]超前探測主要是在掘進(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，探測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)的探測資料。
[0003]目前用于煤礦超前探測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，對隧道、巷道的正常生產(chǎn)影響較大。
[0004]目前可用于超前探測的物探法主要有四種，分別是三極法超前探測方法、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)施對觀測結(jié)果影響較大，同時，現(xiàn)場施工設(shè)計、數(shù)據(jù)觀測及成果分析較復(fù)雜，并且探測參數(shù)單一，只利用了電阻率一個參數(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)報的預(yù)報成本。
[0006]參考文獻(xiàn):《電磁測深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時間域電磁法原理》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裝置及方法，通過該裝置和方法，可對掘進(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)有效的探測預(yù)報。
[0008]為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計的單孔電磁波層析成像超前探測裝置，其特征在于:它包括現(xiàn)場主機(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)射電路的信號輸出端與發(fā)射線圈的信號輸入端連接，接收電路的信號輸入端與接收線圈的信號輸出端連接，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)的控制下向待測鉆孔周圍發(fā)射不同頻率的探測電磁波，所述接收電路和接收線圈用于接收待測鉆孔周圍對探測電磁波的響應(yīng)電磁波信號，該響應(yīng)電磁波信號具有與探測電磁波相對應(yīng)的多個不同頻率；
[0010]所述單片機(jī)能將響應(yīng)電磁波信號數(shù)字化處理，并將數(shù)字化處理后的響應(yīng)電磁波信號通過探頭網(wǎng)口輸送到現(xiàn)場主機(jī)，所述現(xiàn)場主機(jī)用于根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑，并將所有不同頻率的探測電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測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裝置進(jìn)行待測鉆孔超前探測的方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0012]步驟1:將探頭置于待測鉆孔孔口 ；
[0013]步驟2:現(xiàn)場主機(jī)通過單片機(jī)控制發(fā)射電路使發(fā)射線圈發(fā)射不同頻率的探測電磁波；
[0014]步驟3:不同頻率的探測電磁波在待測鉆孔內(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:接收電路對接收到的不同頻率的響應(yīng)電磁波進(jìn)行信號預(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，接收電路將所述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號通過單片機(jī)傳輸給現(xiàn)場主機(jī)；
[0016]步驟5:現(xiàn)場主機(jī)根據(jù)上述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑，現(xiàn)場主機(jī)將所有不同頻率的探測電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測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，這樣就實現(xiàn)了待測鉆孔的超前探測。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]應(yīng)用本發(fā)明可以實現(xiàn)對隧道、巷道掘進(jìn)的鉆孔進(jìn)行超前探測預(yù)報。相比于現(xiàn)有的超前預(yù)報設(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)并以一定的探測點距進(jìn)行探測，可以充分利用整個鉆孔的深度，探測整個鉆孔周圍柱狀體內(nèi)的地層特征，探測范圍大，信息多，且相鄰測點的測試結(jié)果可以相互驗證，準(zhǔn)確可靠，消除了探測結(jié)果存在的多解性。另外，本發(fā)明可大大減少探測鉆孔的數(shù)量，節(jié)省時間和成本，提高工作效益，同時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，實現(xiàn)不同頻率的一組電磁波發(fā)射，探測數(shù)據(jù)量多，同時又在鉆孔內(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)，提高微弱信號的識別和處理能力，這樣可確保探測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，消除了探測結(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，可以實現(xiàn)現(xiàn)場主機(jī)探測時實時顯示探測結(jié)果，自動分析成圖并進(jìn)行預(yù)報，無需復(fù)雜的人工數(shù)據(jù)分析和處理階段；能為地質(zhì)探測人員快速給出可靠的分析預(yù)報資料。因此，本發(fā)明的裝置具備可操作性、有效性和實用性等優(yōu)點。
[0023]本發(fā)明實現(xiàn)巷道鉆孔超前探測，利用巷道超前(在巷道掘進(jìn)面的前方進(jìn)行鉆孔，相對掘進(jìn)面，鉆孔向前方鉆進(jìn))的鉆孔進(jìn)行物探，對鉆孔周圍半徑30?50米范圍內(nèi)進(jìn)行精細(xì)掃描近距離探測，是鉆探和物探有機(jī)的結(jié)合，這樣既可提高物探的探測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。
【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)場主機(jī)、1.1一中央處理器、1.2—存儲器、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。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(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裝置，它包括現(xiàn)場主機(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的信號輸出端與發(fā)射線圈2.1的信號輸入端連接，接收電路2.4的信號輸入端與接收線圈2.2的信號輸出端連接，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的控制下向待測鉆孔5周圍發(fā)射不同頻率的探測電磁波，所述接收電路2.4和接收線圈2.2用于接收待測鉆孔5周圍對探測電磁波的響應(yīng)電磁波信號，該響應(yīng)電磁波信號具有與探測電磁波相對應(yīng)的多個不同頻率；
[0033]所述單片機(jī)2.5能將響應(yīng)電磁波信號數(shù)字化處理，并將數(shù)字化處理后的響應(yīng)電磁波信號通過探頭網(wǎng)口 2.7輸送到現(xiàn)場主機(jī)1，所述現(xiàn)場主機(jī)I用于根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑(上述根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑的計算過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時間域電磁法原理》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電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測鉆孔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電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測鉆孔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):《電磁測深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時間域電磁法原理》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，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，同時對三組發(fā)射線圈發(fā)射不同頻率的一組電磁波，三組接收線圈同時接收不同頻率的電磁波響應(yīng)信號。三組發(fā)射線圈
2.1同時發(fā)射，發(fā)射不同頻率的一組電磁波，三組接收線圈2.2同時接收不同頻率的電磁波響應(yīng)信號，上述三組發(fā)射線圈2.1和三組接收線圈2.2同時發(fā)射和接收電磁波具有一致性好，速度快的優(yōu)點，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)信號強(qiáng)的優(yōu)點。
[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)場主機(jī)I包括中央處理器1.1、存儲器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裝置進(jìn)行待測鉆孔超前探測的方法，它包括如下步驟:
[0040]步驟1:將探頭2置于待測鉆孔5孔口；
[0041]步驟2:現(xiàn)場主機(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)射不同頻率的探測電磁波；
[0042]步驟3:不同頻率的探測電磁波在待測鉆孔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對接收到的不同頻率的響應(yīng)電磁波進(jìn)行信號預(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，接收電路2.4將所述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號通過單片機(jī)2.5傳輸給現(xiàn)場主機(jī)I ;
[0044]步驟5:現(xiàn)場主機(jī)I根據(jù)上述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑(上述根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑的計算過程為現(xiàn)有技術(shù)，詳見參考文獻(xiàn):《電磁測深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時間域電磁法原理》2007年中南大學(xué)出版，牛之璉編著。)，現(xiàn)場主機(jī)I將所有不同頻率的探測電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測鉆孔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電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測鉆孔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):《電磁測深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時間域電磁法原理》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，高頻的電磁波探測距離近，低頻的電磁波探測距離遠(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):《電磁測深法原理》1990年、地質(zhì)出版社，樸化榮著；《時間域電磁法原理》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所述的待測鉆孔超前探測方法對待測鉆孔5進(jìn)行逐點掃描探測，生成由待測鉆孔5孔口至孔底所有探測點的視電阻率圖譜。
[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,所述探測半徑為0.5?50米。
[0050]具體實施過程中:發(fā)射50kHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為500歐姆/米，探測半徑為0.5米；發(fā)射40kHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為550歐姆/米，探測半徑為2.0米；發(fā)射30kHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為530歐姆/米，探測半徑為6.5米；發(fā)射20kHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為510歐姆/米，探測半徑為10.5米；發(fā)射IOkHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為500歐姆/米，探測半徑為20.1米；發(fā)射5kHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為200歐姆/米，探測半徑為30.0米；發(fā)射2.5kHz電磁波時，計算視電阻率為150歐姆/米，探測半徑為35.5米；發(fā)射IkHz電磁波時，接收的響應(yīng)電磁信號計算視電阻率為600歐姆/米，探測半徑為48.5米；通過發(fā)射8個不同頻率的電磁波進(jìn)行探測，接收的響應(yīng)電磁信號生成鉆孔探測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裝置，其特征在于:它包括現(xiàn)場主機(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)的信號輸出端與發(fā)射線圈(2.1)的信號輸入端連接，接收電路(2.4)的信號輸入端與接收線圈(2.2)的信號輸出端連接，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)的控制下向待測鉆孔(5)周圍發(fā)射不同頻率的探測電磁波，所述接收電路(2.4)和接收線圈(2.2)用于接收待測鉆孔(5)周圍對探測電磁波的響應(yīng)電磁波信號，該響應(yīng)電磁波信號具有與探測電磁波相對應(yīng)的多個不同頻率； 所述單片機(jī)(2.5)能將響應(yīng)電磁波信號數(shù)字化處理，并將數(shù)字化處理后的響應(yīng)電磁波信號通過探頭網(wǎng)口(2.7)輸送到現(xiàn)場主機(jī)(1)，所述現(xiàn)場主機(jī)(I)用于根據(jù)不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑，并將所有不同頻率的探測電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測鉆孔(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裝置，其特征在于:所述現(xiàn)場主機(jī)(I)包括中央處理器(1.1)、存儲器(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任意一項所述單孔電磁波層析成像超前探測裝置進(jìn)行待測鉆孔超前探測的方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟1:將探頭(2)置于待測鉆孔(5)孔口 ； 步驟2:現(xiàn)場主機(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)射不同頻率的探測電磁波； 步驟3:不同頻率的探測電磁波在待測鉆孔(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)對接收到的不同頻率的響應(yīng)電磁波進(jìn)行信號預(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，接收電路(2.4)將所述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號通過單片機(jī)(2.5)傳輸給現(xiàn)場主機(jī)(I)；步驟5:現(xiàn)場主機(jī)(I)根據(jù)上述不同頻率的響應(yīng)電磁波數(shù)字信號和對應(yīng)的頻率計算得到各個頻率的探測電磁波響應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑，現(xiàn)場主機(jī)(I)將所有不同頻率的探測電磁波以及與各個探測電磁波頻率對應(yīng)的視電阻率值和相應(yīng)頻率的探測半徑生成待測鉆孔(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，這樣就實現(xiàn)了待測鉆孔的超前探測。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的待測鉆孔超前探測的方法，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所述的待測鉆孔超前探測方法對待測鉆孔(5)進(jìn)行逐點掃描探測，生成由待測鉆孔(5)孔口至孔底所有探測點的視電阻率圖譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的待測鉆孔超前探測的方法，其特征在于:所述步驟7中，將探頭(2)由待測鉆孔(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所述的待測鉆孔超前探測的方法，其特征在于:所述探頭(2)與待測鉆孔(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所述的待測鉆孔超前探測的方法，其特征在于:所述探測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，探測半徑為0.5~50米。
【文檔編號】G01V3/30GK103630946SQ201310637406
【公開日】2014年3月12日 申請日期: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 申請人:武漢長盛煤安科技有限公司