本發(fā)明涉及一種隧道掘進機機載電阻率法超前探測實時采集電極系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

二十一世紀我國經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，推動著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進。近年來，隧道工程建設(shè)取得了豐碩成果。其中隧道掘進機作為一種具有開挖速度快、施工安全性高、對地表擾動小、勞動力成本低、機械自動化程度高等諸多優(yōu)勢的隧道施工掘進裝備被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各大隧道建設(shè)中，極大的提高了隧道施工機械化、自動化水平。

然而，由于掘進前方地質(zhì)體不確定性，在隧道掘進機向前掘進的過程中往往會因為溶洞、導(dǎo)水通道、地下暗河、斷層、破碎帶等不良地質(zhì)情況引發(fā)突水、突泥、卡機、塌方等事故，一旦事故發(fā)生，經(jīng)濟損失和人員傷亡難以避免。針對地下“黑箱”問題，采用超前地質(zhì)預(yù)報手段提前探明不良地質(zhì)體十分必要。隧道掘進機三維電阻率法超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)是一種適用于隧道掘進機的超前地質(zhì)預(yù)報方法。此種超前預(yù)報方法的具體實施方法為：在刀盤表面安裝測量電極，四周安裝屏蔽電極，并通過電纜將電極與主控室連接，電極與前方和周邊圍巖接觸，采用聚焦掃描模式依次采集數(shù)據(jù)；在掌子面前方激建立激發(fā)電場，地質(zhì)體中的含水體會產(chǎn)生二次極化電場，激發(fā)電場關(guān)閉后，通過測量極化電場的衰減時間和視電阻率來判斷含水體的位置與水量，從而實現(xiàn)一種與以隧道掘進機為核心的掘進方法相適應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報方法。目前此種方法僅適用于處于停機狀態(tài)的隧道掘進機，可以利用隧道掘進機常規(guī)維護的時間進行探測，充分利用了空余時間，提高了掘進效率。

但是這種探測方式仍存在一些問題。在隧道掘進機停機維護時進行探測，探測到的是有限的距離，當(dāng)隧道掘進機掘進至該長度時就必須停機，因為探測到的部分已經(jīng)通過，前方又是一片未知的地質(zhì)體，必須等待再次探測之后才能重新開始掘進，這樣就導(dǎo)致掘進效率的降低，如果能夠?qū)崿F(xiàn)隧道掘進機掘進過程中實時采集數(shù)據(jù)就能避免上述問題，可提高探測效率和探測覆蓋里程。然而如要實現(xiàn)掘進過程實時探測過程，隧道掘進機刀盤搭載的探測電極面臨很多困難。

一方面，由于掌子面巖石可能破碎、粗糙度較大，刀盤在旋轉(zhuǎn)掘進過程中會與此類巖面直接接觸，同時現(xiàn)有電極裝置為固定電極，不具備滾動能力。在刀盤旋轉(zhuǎn)時，電極會與巖面產(chǎn)生滑動摩擦，導(dǎo)致電極頭的磨損與毀壞，難以應(yīng)用。

另一方面，電極伸出時往往會遇到會凹凸不平的巖面，由于目前電極仍為液壓油缸控制伸縮，整體處于剛性不可隨意伸縮設(shè)計，在面對此類巖面時很難隨時回彈進刀盤，這種情況會嚴重影響勘探效果。例如，若電極經(jīng)過巖面的凸起，突出的巖石會損壞電極，甚至有可能折斷電極；若經(jīng)過巖面的凹陷部位，則電極與巖面無法實現(xiàn)良好接觸，影響探測效果。

再者，三維電阻率反演方法要求了在電極實時采集過程中，需要對應(yīng)每組觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的采集電極位置，才能夠獲知監(jiān)測巖面所采集數(shù)據(jù)的具體位置以及該位置的地質(zhì)體數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)有效可用的監(jiān)測和預(yù)報。由于刀盤在掘進過程中一直處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，因此在電極工作時難以實時定位電極位置，會導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的位置坐標無法精確定位，從而不能直觀、準確地認識前方掌子面的地質(zhì)狀況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種隧道掘進機機載電阻率法超前探測實時采集電極系統(tǒng)與方法，本發(fā)明能夠適應(yīng)地下復(fù)雜地質(zhì)情況，減少電極頭的磨損破壞，同時可以提高電極對復(fù)雜地質(zhì)巖面的適應(yīng)性，提高探測精度，而且能夠?qū)﹄姌O實時定位，保證測量數(shù)據(jù)的準確性，為數(shù)據(jù)處理提供重要依據(jù)。該技術(shù)通過可變方向電極設(shè)備，解決掌子面巖石粗糙度大導(dǎo)致電極容易過度磨損的問題；通過彈性伸縮裝置，解決電極對凹凸不平巖面適應(yīng)性差的問題；通過變阻定位設(shè)備，解決電極的實時定位問題，可以有效實現(xiàn)刀盤掘進過程中進行探測

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種隧道掘進機機載電阻率法超前探測實時采集電極系統(tǒng)，包括可變方向電極機構(gòu)、彈性伸縮裝置和變阻定位機構(gòu)，其中：

所述可變方向電極機構(gòu)包括接觸電極件和變向傳動件，所述接觸電極件接觸電極，在掘進過程中與巖面直接接觸，以激發(fā)電場，接觸電極件通過變向傳動件繞其中心軸自由轉(zhuǎn)動，將與巖面接觸的滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦；

所述彈性伸縮裝置，包括動力收縮部件和彈力推進部件，彈力推進部件組裝于電極后方，與刀盤內(nèi)部緊密連接，動力收縮部件設(shè)置與電極邊緣，對電極的縮進施加力，以克服彈力推進部件施加的彈力；

所述變阻定位機構(gòu)包括滑動變阻器，以極坐標系為坐標軸進行定位，以刀盤中心為極坐標系的圓心，通過檢測滑動變阻器的阻值的變化，確定刀盤所在的不同位置，以推算跟蹤電極的位置。

所述變向傳動件包括輪架、輪軸旋轉(zhuǎn)軸承和輪式端頭，所述輪架的一端設(shè)置于接觸電極件尾端，另一端通過輪軸旋轉(zhuǎn)軸承連接于輪式端頭中心軸處，使得電極桿繞輪式端頭中心軸自由旋轉(zhuǎn)。

變向傳動件起到使接觸電極裝置可以受控制的自由旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)刀盤的旋轉(zhuǎn)。

所述接觸電極件通過變向傳動件的輪架、輪軸旋轉(zhuǎn)軸承，將探測信息以電流形式傳播至電極桿。

優(yōu)選的，所述接觸電極件的材料選用鎢銅合金，鎢銅合金具有較好的導(dǎo)電性和一定的耐磨性，另外也有較高的高溫強度和一定的塑性，高溫強度可以避免摩擦產(chǎn)生的熱量對機構(gòu)產(chǎn)生損害，塑性可以保證電極與巖面的良好接觸。接觸電極件將現(xiàn)有的橡膠電極接觸端部改用輪式結(jié)構(gòu)，以滾動摩擦代替滑動摩擦，允許輪式端頭在巖面平面內(nèi)水平360度旋轉(zhuǎn)，極大的減小了電極與巖面的摩擦。

進一步的，所述可變方向電極機構(gòu)還包括固定保護裝置，固定保護裝置包括承力板和彈性墊片，所述承力板設(shè)置于電極桿末端與變向傳動件的連接處，所述彈性墊片設(shè)置于彈性墊片上。所述固定保護裝置的承力板起到增加荷載力的作用，所述彈性墊片增加了掘進過程中可變方向電極機構(gòu)的抗震性，對電極有加固保護作用。

優(yōu)選的，所述動力收縮部件為液壓收縮裝置，包含兩個液壓缸，對稱分布于電極桿兩側(cè)，于電極桿進行連接，起到為電極的收回提供力的作用。

優(yōu)選的，所述彈力推進部件為彈簧，彈簧固定在電極桿的后方，與電極桿尾部相連，另一端與刀盤進行緊密連接。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的工作原理的啟示下，將動力收縮部件進行更改，如變化為電力源或其他形式，或?qū)椓ν七M部件替換其他彈性件或能夠?qū)崿F(xiàn)伸縮的裝置，均屬于不需要付出創(chuàng)造性的勞動，理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。

所述變阻定位機構(gòu)包括環(huán)形變阻裝置、控制電路裝置和信號處理與傳輸裝置，利用電流表監(jiān)控回路內(nèi)電流，以監(jiān)控環(huán)形變阻裝置的阻值，達到對電極位置的實時監(jiān)測，變阻定位機構(gòu)安裝于刀盤背面板內(nèi)側(cè)。

進一步的，所述環(huán)形變阻裝置由一個環(huán)形滑動變阻器組成，環(huán)繞在刀盤中心點周圍，安裝于刀盤背面板內(nèi)側(cè)，電極桿通過劃片與環(huán)形變阻裝置剛性連接，構(gòu)成滑動變阻器。

環(huán)形變阻裝置可以不是一個整環(huán)，以避免測量中可能出現(xiàn)的阻值不唯一情況的發(fā)生，為整套機構(gòu)提供檢測的物質(zhì)基礎(chǔ)。

進一步的，所述控制電路裝置包括供電機構(gòu)、電流檢測裝置和導(dǎo)線，導(dǎo)線分為活動導(dǎo)線與固定導(dǎo)線兩種，連接電極與環(huán)形變阻裝置的導(dǎo)線為活動導(dǎo)線，隨著刀盤與電極的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，將環(huán)形變阻裝置、供電機構(gòu)和電流檢測裝置連接的導(dǎo)線屬于固定導(dǎo)線。

在電極旋轉(zhuǎn)運動的路徑上設(shè)置一與路徑相同的環(huán)形導(dǎo)線，用于構(gòu)成閉合回路。

所述信號處理與傳輸裝置包括傳輸電纜和信號處理器，傳輸電纜連接電流檢測裝置與信號處理器，信號處理器將返回的電流信息轉(zhuǎn)化為電阻信息。

優(yōu)選的，信號處理器置于主控室內(nèi)。

基于上述裝置的工作方法，可變方向電極機構(gòu)隨著刀盤的運動適應(yīng)性的旋轉(zhuǎn)，機構(gòu)不工作時收回在刀盤中，工作時彈出，需要電極彈出時，動力收縮部件逐漸放緩使彈力推進部件回彈，電極彈出與巖面接觸，刀盤旋轉(zhuǎn)時若遇到凹凸界面，在凹界面處，電極被仍處于壓縮狀態(tài)的彈力推進部件所施加的推動力作用而緊貼巖面，在凸界面處，電極被擠壓部分收回，彈力推進部件重新被壓縮，保證接觸電極件始終與巖面良好接觸，使用變阻定位機構(gòu)來對電極位置進行實時監(jiān)控，采用極坐標系進行定位，以刀盤中心為極坐標系的圓心，檢測電路中電流的大小，以此監(jiān)測阻值的變化，并推算跟蹤電極的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1.在掘進過程中采用本發(fā)明提供的電極系統(tǒng)與技術(shù)可以實現(xiàn)掘進過程實時探測，避免了因為停機探測而影響隧道掘進機正常施工工序的問題，極大的提高了掘進與探測的效率，同時，在掘進過程中實時采集，可以使得探測全里程覆蓋隧道掘進里程，避免不良地質(zhì)體漏報。

2.本發(fā)明提出了一種可變方向電極機構(gòu)裝置，通過接觸電極裝置、變向傳動裝置、固定保護裝置的組合，實現(xiàn)了在掘進過程中電極與掌子面的實時接觸，解決了刀盤旋轉(zhuǎn)時電極頭與巖面產(chǎn)生大量摩擦導(dǎo)致電極頭磨損嚴重的難題。

3.本發(fā)明加裝提出的彈性伸縮裝置，采用新的電極伸出收回機制，使用彈簧提供彈出力，液壓缸提供收回力的方式，使彈簧始終處在一種柔性伸縮的狀態(tài)，保證電極可以適應(yīng)各種凹凸不平的巖面，避免了刀盤旋轉(zhuǎn)時造成電極被巖面凸起阻隔折斷或者因為凹陷而接觸不良的現(xiàn)象發(fā)生。

4.本發(fā)明提供了一種可以實現(xiàn)對電極位置進行實時監(jiān)控的機構(gòu)，實現(xiàn)了實時采集數(shù)據(jù)的同時記錄該組數(shù)據(jù)測量電極的所在位置，為數(shù)據(jù)處理提供了有效的位置信息。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1(a)是本發(fā)明的可變方向電極裝置主視圖；

圖1(b)是本發(fā)明的可變方向電極裝置側(cè)視圖；

圖1(c)是本發(fā)明的可變方向電極裝置俯視圖；

圖1(d)是本發(fā)明的可變方向裝置細部圖；

圖2是本發(fā)明的彈性伸縮裝置圖；

圖3是本發(fā)明的變阻定位裝置圖；

圖3(a)是本發(fā)明的刀盤電極布置圖；

其中，1.電極桿，2.接觸電極裝置，3.承力板，4.輪架，5.軸承，6.軸，7.輪式端頭，8.擋圈，9.墊圈，10.固定裝置，11.液壓收縮裝置，12.彈力推出裝置，13.探測電極，14.劃片，15.環(huán)形變阻裝置，16.導(dǎo)線，17.環(huán)形導(dǎo)線，18.電流監(jiān)測裝置，19.供電機構(gòu)，20.TBM刀盤，21.刀具。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

一種可以有效實現(xiàn)刀盤掘進過程中進行探測的電極系統(tǒng)與技術(shù)，該系統(tǒng)由可變方向電極機構(gòu)，彈性伸縮裝置和變阻定位機構(gòu)組成。

所述可變方向電極機構(gòu)包括接觸電極裝置、變向傳動裝置和固定保護裝置。接觸電極裝置與巖面直接接觸，因此要求具有良好的耐磨性，起到主要的激發(fā)電場的作用，因此要求具有良好的導(dǎo)電性。變向傳動裝置主要由輪軸旋轉(zhuǎn)軸承和桿軸旋轉(zhuǎn)軸承等組成，起到使接觸電極裝置可以受控制的自由旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)刀盤的旋轉(zhuǎn)。固定保護裝置主要由承力板、橡膠墊片等組成，起到對電極的加固保護作用。

為了解決背景技術(shù)中存在的由于掌子面巖石可能破碎、粗糙度較大，刀盤在旋轉(zhuǎn)掘進過程中會與此類巖面直接接觸，同時現(xiàn)有電極裝置為固定電極，不具備滾動能力。在刀盤旋轉(zhuǎn)時，電極會與巖面產(chǎn)生滑動摩擦，導(dǎo)致電極頭的磨損與毀壞，難以應(yīng)用的問題。

所述接觸電極裝置采用輪式設(shè)計，變滑動摩擦為滾動摩擦，極大的減小了電極與巖面的摩擦。材料選用鎢銅合金，鎢銅合金具有較好的導(dǎo)電性和一定的耐磨性，另外也有較高的高溫強度和一定的塑性，高溫強度可以避免摩擦產(chǎn)生的熱量對機構(gòu)產(chǎn)生損害，塑性可以保證電極與巖面的良好接觸。

所述變向傳動裝置由輪軸旋轉(zhuǎn)軸承和桿軸旋轉(zhuǎn)軸承等組成，輪軸旋轉(zhuǎn)軸承保證了輪式設(shè)計的接觸電極裝置可以自由繞輪軸心旋轉(zhuǎn)，起到變滑動摩擦為滾動摩擦的作用。桿軸旋轉(zhuǎn)軸承設(shè)置在電極桿內(nèi)，連接電極桿與接觸電極裝置，使得裝置可以在所在平面內(nèi)水平360°旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)刀盤的旋轉(zhuǎn)。

所述固定保護裝置主要由輪架、橡膠墊片等機構(gòu)組成，輪架起到支撐輪式接觸電極裝置的作用，橡膠墊片減緩了螺母與擋圈之間的摩擦，位于電極桿與接觸電極裝置之間的橡膠墊片也起到了減小摩擦和減緩沖擊的作用。

為了解決電極伸出時往往會遇到會凹凸不平的巖面，由于目前電極仍為液壓油缸控制伸縮，整體處于剛性不可隨意伸縮設(shè)計，在面對此類巖面時很難隨時回彈進刀盤的現(xiàn)有技術(shù)的問題。

所述彈性可伸縮電極由液壓收縮裝置和彈力推進裝置組成。彈力推進裝置組裝于電極后方，與刀盤內(nèi)部進行緊密連接，液壓收縮裝置組裝與電極四周，能起到對電極的收回施加力的作用。

所述液壓收縮裝置由一套液壓缸組成，一套內(nèi)包含兩個液壓缸，對稱分布于電極桿兩側(cè)，于電極桿進行連接，起到為電極的收回提供力的作用。

所述彈力推進裝置由一個高彈彈簧組成，高彈彈簧固定在電極桿的后方，與電極桿尾部相連，另一端與刀盤進行緊密連接。

所述變阻定位裝置由環(huán)形變阻裝置、控制電路裝置、信號處理與傳輸裝置組成，利用電流表監(jiān)控回路內(nèi)電流，進而監(jiān)控變阻裝置的阻值，從而達到對電極位置的實時監(jiān)測。裝置安裝于刀盤背面板內(nèi)側(cè)。并由主控電腦監(jiān)控控制。

所述環(huán)形變阻裝置由一個環(huán)形滑動變阻器組成，環(huán)繞在刀盤中心點周圍，安裝于刀盤背面板內(nèi)側(cè)，環(huán)形變阻裝置不是一個整環(huán)，以避免測量中可能出現(xiàn)的阻值不唯一情況的發(fā)生，為整套機構(gòu)提供檢測的物質(zhì)基礎(chǔ)。

所述控制電路裝置由環(huán)形變阻裝置、供電機構(gòu)、電流檢測裝置、導(dǎo)線等組成。連接導(dǎo)線分為活動導(dǎo)線與固定導(dǎo)線兩種，連接電極與環(huán)形變阻裝置的導(dǎo)線屬于活動導(dǎo)線，隨著刀盤與電極的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，連接環(huán)形變阻裝置、供電機構(gòu)、電流檢測裝置的導(dǎo)線屬于固定導(dǎo)線。在電極旋轉(zhuǎn)運動的路徑上設(shè)置一與路徑相同的環(huán)形導(dǎo)線，用于構(gòu)成閉合回路。

所述信號處理與傳輸裝置由傳輸電纜和信號處理機構(gòu)組成，傳輸電纜連接電流檢測裝置與信號處理機構(gòu)。信號處理機構(gòu)置于主控室內(nèi)，內(nèi)置一套信號處理程序，可以將返回的電流信息轉(zhuǎn)化為電阻信息。

一種可以實現(xiàn)刀盤旋轉(zhuǎn)過程中進行探測的技術(shù)方法，可變方向電極機構(gòu)可以隨著刀盤的運動適應(yīng)性的旋轉(zhuǎn)，機構(gòu)不工作時收回在刀盤中，工作時彈出，輪式設(shè)計的接觸電極裝置與巖面良好接觸。采用導(dǎo)電性良好鎢銅合金材料保證了接觸電極裝置滿足電法勘探的基本要求。輪式設(shè)計避免了在刀盤旋轉(zhuǎn)的過程中電極頭的過度磨損，減小損耗、提高探測效率。

彈性伸縮裝置具體是在電極桿的最尾端設(shè)置的彈力推進裝置在電極收回狀態(tài)下處于壓縮狀態(tài)。為了使彈簧可以處于壓縮狀態(tài)，另外在電極桿四周設(shè)計的液壓收縮裝置在電極收回狀態(tài)時予以壓力壓縮彈簧。當(dāng)需要電極彈出時，液壓缸的力逐漸放緩使彈簧緩慢回彈，電極彈出與巖面接觸，此時要滿足彈簧仍處于部分壓縮狀態(tài)。刀盤旋轉(zhuǎn)時若遇到凹凸界面，在凹界面處，電極可以被仍處于壓縮狀態(tài)的彈簧所施加的推動力作用而緊貼巖面，在凸界面處，電極被擠壓部分收回，彈簧重新被壓縮。在彈簧壓縮與放松的來回轉(zhuǎn)換之間，保證了電極與凹凸巖面的良好接觸，同時保護了電極不會因為巖面的凹凸不平而導(dǎo)致?lián)p壞。

電極收回時，液壓缸加力，使彈簧重新被壓縮，電極收回。

為了解決刀盤在掘進過程中一直處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，電極工作時難以實時定位電極位置，會導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的位置坐標無法精確定位的問題。

本發(fā)明使用變阻定位裝置來對電極位置進行實時監(jiān)控，采用極坐標系進行定位，以刀盤中心為極坐標系的圓心，以水平方向為0°和180°角。在刀盤旋轉(zhuǎn)時，活動導(dǎo)線同時進行旋轉(zhuǎn)，刀盤在不同的位置時，滑動變阻器的阻值也隨之變化，在電路中設(shè)置的電流檢測裝置可以檢測電路中電流的大小，以此監(jiān)測阻值的變化，并推算跟蹤電極的位置。

在TBM刀盤旋轉(zhuǎn)掘進過程中，電極在實時采集的同時可以記錄下每個電極到中心點的距離，以此提供徑向定位所必需的的資料。

作為一種典型實施例，如圖1(a)-圖1(d)所示，此裝置包括兩部分，一是電極桿1，二是接觸電極裝置2。其中，橡膠電極接觸端部改用輪式的接觸電極裝置2，以滾動摩擦代替滑動摩擦；允許輪式端頭在巖面平面內(nèi)水平360度旋轉(zhuǎn)；輪式的接觸電極裝置2按照軸6、擋圈8、軸承5、軸架4、墊圈9、螺母10安裝順序進行連接，保證連接緊密，可在軸6與軸承5間采用石墨潤滑劑，石墨潤滑劑良好的潤滑性使輪式電極端部可以靈活轉(zhuǎn)動，同時石墨潤滑劑具有極佳的導(dǎo)電性(接近于鐵)不影響電極基本的導(dǎo)電性。材料方面，方板3、軸架4、軸承5、軸6、萬向輪7、螺母10、擋圈8均采用鎢銅合金，且鎢銅合金導(dǎo)電性良好，且有較大的耐磨性，可以滿足長期使用的需要。墊圈9為耐磨密封橡膠環(huán)。

探測時，輪式端頭7與巖面接觸，此時因為變向傳動裝置的作用，假定輪式端頭7受到一個普通的力F，F(xiàn)可分解為垂直于刀盤的力Fz和平行于刀盤平面的力Fxy.Fz可忽略，F(xiàn)xy可分解為沿輪軸的力Fy和垂直于輪軸的力Fx.因為有兩個軸承，萬向輪可以整合沿Z軸旋轉(zhuǎn)，也可以輪子沿輪軸Y旋轉(zhuǎn)。因為力的作用點一般不在Z軸上，F(xiàn)xy會產(chǎn)生xy面上的轉(zhuǎn)矩，所以萬向輪會沿Z軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)萬向輪旋轉(zhuǎn)至Fxy所在直線通過Z軸時，轉(zhuǎn)矩為零，萬向輪方向穩(wěn)定，不在旋轉(zhuǎn)，因此輪式端頭7可以在巖面所在平面內(nèi)360°自由轉(zhuǎn)動，因此輪式端頭7可以適應(yīng)刀盤的運動。接觸電極裝置2進行探測，探測信息以電流形式傳播，電流依次經(jīng)過輪式接觸裝置7、軸6、軸承5、輪架4、方板3，最后進入電極桿1，電流通過與主控室連接的電纜進行傳輸，在主控室內(nèi)探測系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化成為地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，存儲到計算機內(nèi)。

如圖2所示，當(dāng)需要探測時，液壓收縮裝置11逐漸卸壓，電極在彈力推出裝置12力的作用下伸出，輪式端頭7與巖面良好接觸，開始探測。當(dāng)遇到凹凸不平的巖面時，彈性伸縮裝置可以保證電極對巖面的良好的適應(yīng)性。當(dāng)遇到突起處時，電極被擠壓，彈力推出裝置12被迫壓縮，電極部分回縮；當(dāng)遇到凹陷處時，彈力推出裝置12繼續(xù)推出電極，保證電極與巖面的接觸。接觸電極裝置2不工作欲把電極收回時，液壓收縮裝置11逐漸加壓，彈力推出裝置12受力收縮，電極回收，接觸電極裝置2回縮在刀盤20內(nèi)。輪式端頭以滾動摩擦代替滑動摩擦，且采用鎢銅合金材料制作，即保證了良好的導(dǎo)電性，鎢銅合金本身良好的耐磨性又有效避免復(fù)雜地形對電極頭產(chǎn)生的磨損和破壞，延長電極使用壽命。

如圖3所示，電極的位置主要通過環(huán)形變阻裝置的環(huán)向定位與依靠電極13和刀盤中心點距離的徑向定位兩套系統(tǒng)實現(xiàn)定位。此裝置安裝在電極桿尾端，采用極坐標定位，刀盤20中心為極坐標系圓心，水平方向為0°和180°角，裝置中的供電機構(gòu)19、電流監(jiān)測裝置18、劃片14、環(huán)形變阻裝置15由導(dǎo)線16連接而成，電極桿1通過劃片14與環(huán)形變阻裝置15剛性連接，構(gòu)成滑動變阻器，劃片14采用不可彎曲的直導(dǎo)線，環(huán)形導(dǎo)線17輔助構(gòu)成閉合線路。環(huán)形變阻裝置15與環(huán)形導(dǎo)線17是同心圓。環(huán)形變阻裝置15采用導(dǎo)電線圈捆扎而成，在環(huán)形變阻裝置15與環(huán)內(nèi)導(dǎo)線17在接觸部位偏下1mm處將變阻環(huán)15打斷，以避免測量電阻的多解性。

環(huán)向定位原理：刀盤20旋轉(zhuǎn)，與電極桿1剛性連接的劃片14也同時進行旋轉(zhuǎn)，劃片14隨之在滑動變阻器環(huán)15上移動，當(dāng)劃片14移動到滑動變阻器環(huán)15內(nèi)不同位置時，此電路內(nèi)電阻阻值不同，記此時環(huán)形變阻裝置的阻值為r，環(huán)形變阻裝置的總電阻值為R。電流監(jiān)測裝置18監(jiān)測電路中的電流，設(shè)電流監(jiān)測裝置的讀數(shù)為I，供電裝置提供的電壓為U，不計導(dǎo)線電阻，根據(jù)I＝U/r，得到r的數(shù)值。根據(jù)r/R＝θ/360°，計算極坐標參數(shù)θ，再利用電極桿1在刀盤20上的徑向距離L進一部定位。通過極坐標(L，θ)實現(xiàn)電極13定位，在結(jié)合電極13傳輸回主控室的信息，結(jié)合刀盤運轉(zhuǎn)的速度，將電極位置回歸到其激發(fā)或接收電信號時的位置，可以實現(xiàn)電極的真正實時定位，可以精確得到前方掌子面的地質(zhì)信息，從而直觀、準確地認識前方掌子面的地質(zhì)狀況。

本發(fā)明未詳述內(nèi)容均為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。