[发明专利]单孔电磁波层析成像超前探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用地球物理学电磁探测技术领域，具体地指一种单孔电磁波层析成像超前探测装置及方法。

技术背景

超前探测主要是在掘进巷道迎头利用直接或间接的方法向隧道、巷道掘进方向进行探测，探测前方是否存在有害地质构造或富水体及导水通道，为隧道的安全掘进提供详细的探测资料。

目前用于煤矿超前探测的直接方法为钻探法，间接方法为物探法，其中钻探法虽然钻探的结果比较可靠，但施工周期较长，费用较高，对隧道、巷道的正常生产影响较大。

目前可用于超前探测的物探法主要有四种，分别是三极法超前探测方法、矿井瞬变电磁法、地震波法和矿井地质雷达法。其中地震波法主要解决地质构造界面的问题，对构造的富水性无法进行解释；矿用地质雷达现在主要处于研究试用阶段，其探测深度较小。

以上这些地球物理方法都是一种隧道、巷道或工作面的超前探测方法，由于巷道或工作面干扰较大，隧道、巷道内的掘进机、底板的铁轨、工字钢支护、锚杆支护、运输皮带支架等各种金属设施对观测结果影响较大，同时，现场施工设计、数据观测及成果分析较复杂，并且探测参数单一，只利用了电阻率一个参数，排除多解性能力差，结果存在多解性。如果采用上述多种方法组合使用，又大大增加了超前预报的预报成本。

参考文献：《电磁测深法原理》1990年、地质出版社，朴化荣著；《时间域电磁法原理》2007年中南大学出版，牛之琏编著。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种单孔电磁波层析成像超前探测装置及方法，通过该装置和方法，可对掘进隧道及巷道迎头的钻孔周围30～50米范围内的富水体和导水通道等有害地质体进行精细有效的探测预报。

为实现此目的，本发明所设计的单孔电磁波层析成像超前探测装置，其特征在于：它包括现场主机，探头，设置在探头内的发射线圈、接收线圈、发射电路、接收电路、单片机、电池、探头网口，其中，所述发射电路的信号输出端与发射线圈的信号输入端连接，接收电路的信号输入端与接收线圈的信号输出端连接，所述发射电路和接收电路的通信端均与单片机的通信端连接，所述单片机的数据通信端通过探头网口与现场主机的数据通信端连接，所述电池分别向发射电路、接收电路和单片机供电；

所述发射电路和发射线圈能在单片机的控制下向待测钻孔周围发射不同频率的探测电磁波，所述接收电路和接收线圈用于接收待测钻孔周围对探测电磁波的响应电磁波信号，该响应电磁波信号具有与探测电磁波相对应的多个不同频率；

所述单片机能将响应电磁波信号数字化处理，并将数字化处理后的响应电磁波信号通过探头网口输送到现场主机，所述现场主机用于根据不同频率的响应电磁波数字信号和对应的频率计算得到各个频率的探测电磁波响应的视电阻率值和相应频率的探测半径，并将所有不同频率的探测电磁波以及与各个探测电磁波频率对应的视电阻率值和相应频率的探测半径生成待测钻孔周围不同半径围岩的视电阻率图谱。

一种利用上述单孔电磁波层析成像超前探测装置进行待测钻孔超前探测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将探头置于待测钻孔孔口；

步骤2：现场主机通过单片机控制发射电路使发射线圈发射不同频率的探测电磁波；

步骤3：不同频率的探测电磁波在待测钻孔内形成不同频率的响应电磁波，接收线圈接收上述不同频率的响应电磁波，并将该不同频率的响应电磁波传输给接收电路；

步骤4：接收电路对接收到的不同频率的响应电磁波进行信号预处理，并将不同频率的响应电磁波转换为不同频率的响应电磁波数字信号，接收电路将所述不同频率的响应电磁波数字信号通过单片机传输给现场主机；

步骤5：现场主机根据上述不同频率的响应电磁波数字信号和对应的频率计算得到各个频率的探测电磁波响应的视电阻率值和相应频率的探测半径，现场主机将所有不同频率的探测电磁波以及与各个探测电磁波频率对应的视电阻率值和相应频率的探测半径生成待测钻孔周围不同半径围岩的视电阻率图谱；

步骤6：根据步骤5中得到的视电阻率图谱，推断探头周围空间内是否存在低阻体异常，如果存在低阻体异常，则根据低阻体异常结果来分析探头周围空间内是否有含水体或含水地质构造，这样就实现了待测钻孔的超前探测。

本发明的有益效果:

应用本发明可以实现对隧道、巷道掘进的钻孔进行超前探测预报。相比于现有的超前预报设备和方法，本发明的有益效果主要表现在：