[发明专利]一种矿用动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测发射系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超前探测领域的煤矿井下作业的超前探测仪器，属于应用地球物理学电法超前探测技术，特别是涉及一种动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测发射系统。

背景技术

“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”是煤矿生产过程中必须坚持的原则。煤层的瓦斯爆炸及岩层垮塌、突水等地质灾害发生率高、偶然性强，对掘进矿工生命安全威胁极大，掘进过程中伤亡事故频发。其中水害在煤矿五大灾害（瓦斯、水灾、火灾、粉尘、动力地质灾害）中的地位不容轻视，每年因水害造成的矿难死亡人数居高不下。煤矿水灾严重威胁着工作人员的人身安全，而且事故之后的救援和建设不仅消耗巨大的财力、物力和人力，而且影响生产进程和效率。

如何有效探测掘进前方隐伏的地质构造，特别是有害的含水地质构造（溶洞、断层、陷落柱等）已成为煤炭生产中急需解决的问题。如不能及时查明这些有害构造，则会诱发岩爆、瓦斯突出、巷道底鼓、突水、顶板冒落、巷道片帮等灾害性地质现象，造成人员伤亡和财产损失。现有的探测技术因探掘分离、方向性差、预报准确率低、可操作性差和成本高等不足，不能完全满足掘进面对超前探测的要求。掘进面超前探测技术的发展已经远落后于煤巷掘进机械化程度的需求，造成的“探、掘”矛盾日益凸显。

动态定向电场激励法（专利号CN103176214A）根据同性电场相排斥的性质，利用约束电极发射的约束电场与主电极发射的探测电场相互作用，利用电场的约束和偏转作用，有效控制电场的传播方向，使探测电场的发射方向与发射范围控制一定范围内，从而实现角度和深度扫描探测，进行异常体的准确定位，达到定方向、定距离探测的目的。

为实现掘进工作面前方的异常体准确定位，矿用动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测发射系统是其中的关键技术，影响到整个探测方法的实现以及最终预报成果的数据解释。现有的电法信号发送机一般采用可控硅或IGBT作为逆变器，普遍集成度不高，需要外加控制机保护电路。中南大学所研究的电法勘探发射机（专利号CN10478706C）采用了IPM（智能功率模块）作为功率转换器件，提高了整机的集成度和系统可靠性。然而，该发射机仅使用微控制器控制IPM的驱动时序，其输出频率的精度不高，且仅有一路发射输出，无法实现约束电场的控制，使电场达到动态偏向效果，达到掘进工作面前方的半空间扫描。另外，该专利产品在开发时没有考虑到防爆问题，不能在煤矿井下含有煤尘的环境之中应用。

鉴于以上论述，为提高煤巷掘进面超前探测的准确率，减少探测用时，保证掘进工作安全高效进行，本发明人经过不断的研究，并经反复验证后，设计出适合矿用动态定向电场激励法的煤巷综掘超前探测发射系统。

发明内容

本发明的主要目的在于，基于动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测的具体方法，提供一套可以发射五路同极性波形，有效控制电场的传播方向，体积小，可靠性高，功能完善，适合煤矿使用的超前探测发射系统。

本发明进一步的目的在于，提供一种输出波形的频率可以精确控制的煤巷综掘超前发射系统。

本发明的更进一步的目的在于，提供一种可以利用约束电极发射的约束电场与主电极发射的探测电场相互作用，使探测电场的发射方向与发射范围控制一定范围内的煤巷综掘超前发射系统。

本发明的主要目的通过以下技术方案实现的：动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测发射系统包括有微处理器、基于DDS的信号发生电路、隔离驱动电路、基于IPM且带有向掘进面前方供电引脚的逆变电路、稳流电源、供电电压测量电路及供电电流测量电路、多路选择开关电路、A/D转换电路、键盘电路、显示电路、报警指示电路、电池欠压检测电路、复位电路、串口通讯电路组成。

通过微处理器可以控制信号发生电路产生精确的逆变电路驱动信号，通过隔离驱动电路即可驱动逆变电路输出波形。所述的逆变电路基于IPM（智能功率模块），由高速、低功率IGBT、优选的门极驱动器及保护电路构成，多采用六合一封装形式，即一片IPM含有六个IGBT模块，其集成程度高，功能稳定性强。另外IPM具有多样的智能保护功能，通过微处理器对其进行控制，其可靠性，安全性得到极大提升。

本发明所设计的隔离驱动电路在输入信号部分添加了三极管电路，增强了驱动信号的驱动能力，使之可以驱动多达五路的逆变电路，保证了各路输出之间的同相位，从而可以输出多达五路的同极性电流信号。