有多通道采集功能，可在較短時間內(nèi)測完布置在工作面11的三維陣列測量電極的電壓信號，而實時反演成像系統(tǒng)將控制器測取的大量數(shù)據(jù)進行實時的三維反演，實現(xiàn)隨鉆實時探查與三維成像，并將結(jié)果實時顯示。
[0067]以某隧道I為例，隧道I斷面為拱形，隧道I斷面為12mX8m，隧道I施工進行到里程YK15+488附近，為了探明前方地質(zhì)情況，為施工提供依據(jù)和指導，采用三維隨鉆激發(fā)極化超前預報方法進行探測，步驟如下:
[0068](I)將高強金屬鉆頭、雙面絕緣連接裝置與中空鉆桿14依次旋緊連接，供電電纜3布設(shè)在中空鉆桿14內(nèi)部，供電電纜3的一端與作為供電電極的金屬鉆頭(A)連接，另一端連接鉆桿尾端的彈簧壓片15連接，彈簧壓片15與固定在鉆機支架6上的導電滑環(huán)7連接，最終通過電纜3與控制器連接。
[0069](2)工作面11上布置16個三維陣列測量電極M，陣列電極圍繞著掌子沿徑向布置，電極通過導電的耦合材料快速安裝在設(shè)計位置。每個測量電極通過多芯電纜3連接到控制器。
[0070](3)將參考點位的電極N布置在工作面11后方120m范圍的位置，將另一個供電電極B極布置在工作面11后方250m位置。
[0071](4)隨著鉆機鉆頭掘進，通過鉆頭發(fā)射電流并形成電場，工作面11上的陣列電極系接收電壓信號，并通過多芯電纜3傳輸?shù)娇刂破鳌?br>[0072](5)鉆頭每前進0、5m搭載于儀器的實時反演成像系統(tǒng)對控制器采集的數(shù)據(jù)進行三維反演，將三維反演結(jié)果顯示在控制器屏幕上。具體方法為:
[0073]①鉆機5開始掘進0、5m后，將不同位置采集的數(shù)據(jù)送入實時反演成像系統(tǒng)，采用并行的三維反演方法進行迭代反演，輸出鉆進方向0_0、5m的三維成像結(jié)果。
[0074]②鉆機5掘進至l、0m時，以0_0、5m的反演結(jié)果作為約束條件對0、5m_l、0m鉆進獲取的數(shù)據(jù)進行約束反演，從而輸出鉆進方向0-l、0m的三維成像結(jié)果。
[0075]③重復步驟②，直至鉆機5掘進到設(shè)計深度30m，從而輸出整個鉆孔深度30m范圍內(nèi)的三維成像結(jié)果，如圖7a、圖7b、圖7c所示。
[0076]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)。
【主權(quán)項】
1.一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:包括隨鉆供電系統(tǒng)、供電電極、鉆頭定位裝置、三維陣列測量電極系統(tǒng)以及實時反演成像系統(tǒng)，其中， 所述隨鉆供電系統(tǒng)搭載于孔中的鉆機鉆進系統(tǒng)上，利用鉆機鉆進系統(tǒng)的鉆頭作為孔中激發(fā)極化供電電極，實現(xiàn)孔中激發(fā)極化隨鉆實時測量； 所述隨鉆供電系統(tǒng)，通過供電電極的連接電纜和旋轉(zhuǎn)裝置與控制器連接； 所述鉆機鉆進系統(tǒng)的鉆頭處設(shè)置有鉆頭定位裝置，對鉆頭進行定位； 所述三維陣列測量電極系統(tǒng)布置在工作面上，接收鉆頭掘進過程中發(fā)射電流形成電場傳輸?shù)碾妷盒盘?，將測量的電極電壓信號傳輸?shù)娇刂破鳎? 所述實時反演成像系統(tǒng)，設(shè)置在控制器上，根據(jù)控制器接收的鉆頭位置、三維陣列測量電極系統(tǒng)的電壓信號進行實時的三維反演，實現(xiàn)隨鉆實時探查與三維成像。2.如權(quán)利要求1所述的一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:所述隨鉆供電系統(tǒng)包括高強鉆頭、中空鉆桿與雙側(cè)絕緣連接裝置，高強鉆頭作為探測中的供電電極A，鉆頭尾部裝有快速接頭與置于鉆桿內(nèi)部的電纜連接，雙側(cè)絕緣連接裝置中心有預留孔，連接高強鉆頭的電纜穿過絕緣裝置的中心與控制器連接，連接裝置兩側(cè)設(shè)計有螺紋，一側(cè)連接高強鉆頭，另一側(cè)連接中空鉆桿，從而將金屬的鉆頭與金屬的鉆桿隔開，實現(xiàn)孔中激發(fā)極化隨鉆實時測量。3.如權(quán)利要求1所述的一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:所述供電電極的電纜位于中空鉆桿的中間，在鉆桿內(nèi)部鋪設(shè)到中空鉆桿的后端，中空鉆桿的后端側(cè)面開有小孔并安裝彈簧壓片，彈簧壓片與鉆孔中的供電電極的電纜連接，同時在鉆機支架上設(shè)計導電滑環(huán)，彈簧壓片與導電滑環(huán)滑動連接，導電滑環(huán)通過電纜與控制器連接，從而實現(xiàn)在鉆桿高速旋轉(zhuǎn)模式下的供電電極電流的傳輸，使得孔中激發(fā)極化實時探測與鉆機鉆進施工同步進行。4.如權(quán)利要求1所述的一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:所述鉆頭定位裝置安裝在鉆機的支架上，包括轉(zhuǎn)軸、定位磁環(huán)和感應器，連接儀器與導電滑環(huán)的電纜纏繞在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸隨著鉆頭的鉆進而轉(zhuǎn)動，感應器感應轉(zhuǎn)軸上的定位磁環(huán)，實現(xiàn)對鉆頭鉆進的定位。5.如權(quán)利要求1所述的一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:所述三維陣列測量電極系統(tǒng)包括若干個布置在工作面的電極，在探測過程中接收工作面的電壓信號，通過電纜與控制器連接，并將測量的電極電壓信號傳輸?shù)娇刂破?，三維陣列電極通過耦合材料快速安裝在工作面上。6.如權(quán)利要求5所述的一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:所述耦合材料為具有導電性能的快速硬化水泥，其成分及質(zhì)量比為:快硬水泥:石墨:工業(yè)鹽:水:膨潤土 = 5:1:1:2:1ο7.如權(quán)利要求1所述的一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置，其特征是:所述實時反演成像系統(tǒng)搭載在控制器上，控制器檢測工作面的三維陣列測量電極的電壓信號，實時反演成像系統(tǒng)將控制器測取的數(shù)據(jù)進行實時的三維反演，實現(xiàn)隨鉆實時探查與三維成像，并將結(jié)果實時顯示。8.基于如權(quán)利要求1-7中任一項所述的裝置的工作方法，其特征是:包括以下步驟: (I)將隨鉆供電系統(tǒng)搭載于孔中的鉆機鉆進系統(tǒng)上，連接供電電極、隨鉆供電系統(tǒng)和控制器，將鉆頭定位裝置設(shè)置于鉆頭上； (2)工作面上布置若干個三維陣列測量電極M，陣列電極圍繞著掌子沿徑向布置，形成三維陣列測量電極系統(tǒng)，電極通過導電的耦合材料快速安裝在設(shè)計位置，每個測量電極通過多芯電纜連接到控制器，設(shè)置參考點位的電極N ; (3)隨著鉆機鉆頭掘進，通過鉆頭發(fā)射電流并形成電場，工作面上的陣列電極系接收電壓信號，并通過多芯電纜傳輸?shù)娇刂破鳎? (4)鉆頭每前進設(shè)定距離，搭載于儀器的實時反演成像系統(tǒng)對控制器采集的數(shù)據(jù)進行三維反演，將三維反演結(jié)果顯示在控制器屏幕上。9.如權(quán)利要求8所述的工作方法，其特征是:所述步驟(2)中，將參考點位的電極N布置在工作面后方100m-150m范圍的位置，將另一個供電電極B極布置在工作面后方200m-300m 位置。10.如權(quán)利要求8所述的工作方法，其特征是:所述步驟(4)中，具體包括: ①鉆機開始掘進設(shè)定距離后，將不同位置采集的數(shù)據(jù)送入實時反演成像系統(tǒng)，采用并行的三維反演方法進行迭代反演，輸出鉆進方向O到設(shè)定距離的三維成像結(jié)果I ; ②鉆機掘進至第二個設(shè)定距離時，以三維成像結(jié)果I的反演結(jié)果作為約束條件對第二設(shè)定距離鉆進獲取的數(shù)據(jù)進行約束反演，從而輸出鉆進方向兩個設(shè)定距離內(nèi)的三維成像結(jié)果; ③重復步驟②，直至鉆機掘進到設(shè)計深度，從而輸出整個鉆孔深度的三維成像結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細成像裝置及方法，該方法將鉆進中的鉆頭作為供電電極A放置于孔中，工作面上布置三維陣列測量電極，電極N、電極B布置于工作面后方，隨鉆機鉆進實時測量數(shù)據(jù)并實時三維反演成像，實現(xiàn)工作面前方不良地質(zhì)的三維精細化實時成像探測。該方法可隨鉆實時測量不干擾鉆進施工，供電電極位于鉆孔中可避免隧道后方金屬體等干擾，創(chuàng)造性的將鉆頭同時作為供電電極，對超前鉆機改動較小，提高了孔中激發(fā)極化探查的探測精度與工作效率。
【IPC分類】G01V3/26
【公開號】CN105044791
【申請?zhí)枴緾N201510459156
【發(fā)明人】李術(shù)才, 聶利超, 劉斌, 王傳武, 田明禛, 郭謙, 宋杰, 劉征宇, 陳磊
【申請人】山東大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月30日