[发明专利]隧道或坑道超前地质预报激发极化时域发射机设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧洞或者坑道中基于激发极化的时域收发超前预报技术，具体地说是一种隧道或坑道超前地质预报激发极化时域发射机设备。

背景技术

我国水利水电、交通领域中有大量隧道工程，隧道工程地质灾害是制约隧道施工的关键因素，往往由于隧道开挖前方地质情况不明，经常出现无法预料的地质灾害，如突水、突泥、坍塌等。在井下进行煤矿开采过程中，经常也会遇到老空水等地质灾害，这些地质灾害造成的后果是轻则冲毁机具，淹没隧道，正常施工被迫中断；重则造成重大人员伤亡，产生巨大的经济损失，甚至有些地下工程会因此被迫停建或改线。所以，对于这些地质灾害做出超前探测或预报就显得很有必要，也很有意义。

激发极化(IP，Introduced Polarization)法作为一种重要的电磁勘探方法，以其独特的优点(经济、无损、快速及信息丰富等)广泛应用于资源勘探与工程勘察中。激发极化法是通过接收和分析各种异常体的激发极化效应来达到探测预报的目的。它有对隧道不良水体反映灵敏的特点，可用来预报工作面前方突水异常体及其涌水量情况。在隧道及地下坑道的超前地质预报中，激发极化法对隧道水体不良地质体的预报具有明显的效果。可以说，激发极化是目前所有超前探测方法中最有发展前景的一种方法之一。

时间域激发极化法直接找水是我国物探工作者于上世纪70年代中期集体发明的具有我国自主知识产权的方法。它主要是利用地下水激发极化机制，形成的一个新方法。其原理是在地面向地下供给一个较大电流，它将会使地下不同的岩石或水体受激发产生极化，极化的岩体或水体极化二次电场，通过接收得到极化率和极化电流的衰减系数等参数。上世纪80年代中期，出现了激发极化二次时差法。该方法是向地下分别供入不同大小的电流作为激发电流，分别测取极化电位的半衰时，测出大电流供电的极化半衰时和小电流供电极化的半衰时之差，含自由水的含水层的差值为正值，且含水量越大，二次时差值越大。通过已知条件的测值相关，可以计算出含水量。经过几十个工地，上百个钻孔均获得成功。

为了预报工作面前方水体及其涌水量，激发极化的发射机是很关键的一部分，它影响到数据的采集及最终预报成果的解释。虽然激发极化在地面上的应用已经比较成熟，但在地下隧道或坑道上的应用也总的来说只是一个初步尝试，由于隧道与地面的探测环境不同，地面探测的基本上是一个半空间的解释问题，这有利于激发极化的处理与解译；而大部分隧道中的探测则相当于一个近全空间解释问题，这就增加了激发极化的多解性，很不利于各种异常的判断，需要做各种各样的处理，但其最终的解释结果会受到很大的影响。此外，现有隧道中的激发极化发射机基本上都是照搬地面上的，所以，在隧道进行测量时就显得比较笨重，不够便携和灵活。因此，适合于隧道超前预报的激发极化发射机的研制就成了一个关键。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种隧道或坑道超前地质预报激发极化时域发射机设备，它通过对激发极化时域发射机的进行研究，在现有激发极化发射机的研究基础上对其进行一定的改进，提高激发极化发射机的性能，结构设计上使其变得方便，轻巧和灵活，更加适应于隧道中的探测，提高隧道超前地质预报的工作效率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种隧道或坑道超前地质预报激发极化时域发射机设备，它包括机体，在机体上设有控制面板以及接线端，控制面板上设有键盘和显示器，所述机体内设有单片机以及直流恒流电源，直流恒流电源输出的脉动直流与霍尔隔离检测器连接，霍尔隔离检测器与恒流控制电路和单片机连接。

所述直流恒流电源设计采用隔离逆变式电源，它包括充电电池组，电池组与逆变器连接，输出脉动直流电流到霍尔隔离检测器。

所述直流恒流电源输出的脉动直流的恒流值为脉动高电位时的输出电流值，设定值范围0～1A，步长0.1A；脉动直流输出的高电平脉宽，设定值为250～500ms，步长10ms，设置为0时为直流输出。

所述脉动直流的输出时长，即从启动输出到停止发射的时长，设定值范围20～30s，步长1s。

所述单片机单元完成检测、显示、开关量和模拟量控制，单片机与恒流源采用全隔离设计；参量设置通过键盘设定并由显示器显示，显示器采用LED方式；负载电流实际检测并显示，发射定时结束时，由状态端输出TTL低脉冲，脉冲持续时间2毫秒。

本发明的激发极化发射机设备，由直流恒流电源和单片机单元组成，面板设置启动和取消等按钮，并实时显示脉冲时长、输出时长、倒计时设定电流和实测平均电流等设置参数。