[发明专利]一发三收式对充水采空区的探测装置及探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用核磁共振原理进行探测的地球物理勘探方法，尤其是一种基于核磁共振找水仪利用“一发三收”三个接收线圈以三向互垂直的方式实现对充水采空区的精确定位的探测方法。

背景技术:

矿产作为一种重要的资源，其开采形成的采空由于历史的原因，大多未进行有效的治理，采空区作为人类活动产生的潜在地质灾害之一，对矿山的安全生产、工程建设和人民的生命财产造成了严重的威胁。尤其是部分采空区被后期的地下水或地表水充满所形成的一些老窑积水，如果后期的地下采掘工程触及到这种老窑水水体边缘的时候，这部分老窑水就会以突然溃入的方式涌入井下，造成一些突发性的水害事故。因此为减轻和预防由地下采空区所引发的地质灾害，对其进行超前探测具有非常重要的意义。

CN201051151公开了一种核磁共振找水仪,由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成,DC/DC变换器一端连接电池,另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接,其中间设有开关K1,大功率交流方波发生器还与共振频率发生器、开关K2、K3连接；开关K2与K3之间串接发射线圈和配谐电容器组；K3、K4分别连接超低噪声放大器,再连接相关检测放大器,再连接检波器和相位检测器,检波器连接A/D转换器并连接微机控制与记录系统,相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接微机控制与记录系统。但此发明的核磁共振仪及其方法虽然具有较高的测量精度,单点测量精确,但有一个不足,那就是测量一个点的只能得到很大的一个范围内是否有水(例如100m*100m线圈测试面积为1万平方米),难以实现水体的精确定位。

CN102221711A公开了涉及一种核磁共振差分探测坑道突水超前预测装置及探测方法。由计算机经主控制单元、发射驱动电路和发射桥路分别与高压电源、配谐电容和发射与接收一体线圈连接，接收多匝线圈两端经第二保护开、第二信号调理电路与多通道采集电路连接，计算机经主控制单元分别与第一保护开关和第二保护开关连接,第一保护开关经第一信号调理电路和多通道采集电路与第二信号调理电路连接构成。接收一体线圈垂直装在测点左侧(上方)，接收多匝线圈垂直装在右侧(下方)。此发明虽然能够定位水体，但是只能基于线圈的左右或上下进行水体定位，并不能确定水体的具体位置。

发明内容:

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种一发三收式对充水采空区的探测装置；

本发明的另一目的是提供一种一发三收式对充水采空区的探测装置及探测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一发三收式对充水采空区的探测装置，包括接收机和发射机，所述的发射机是由发射上位机1经通讯线连接电源控制MCU 3、DC-DC升压模块6、储能电容7、H桥路11、配谐电容10、发射线圈9、电流检测电路5、电流检测MCU 2、发射控制MCU 4、控制时序8、驱动电路12和H桥路11构成。

所述的接收机是由接收上位机13经信号采集14分别连接放大器x 15、放大器y 16和放大器z 17，放大器x 15连接接收线圈x 18，放大器y 16接接接收线圈y 19，放大器z 17与接收线圈z 20连接构成。

接收线圈x 18、接收线圈y 19与接收线圈z 20相互垂直布设。

控制时序8与信号采集14同步信号。

一发三收式对充水采空区的探测装置的探测方法，包括以下步骤：

a、在测区内选择探测点，以探测点为中心，在地面上铺设方形发射线圈9，在矿井内部且对应发射线圈的下方铺设三个相互垂直的接收线圈x 18、接收线圈y 19和接收线圈z 20及与之配套的放大器x 15、放大器y 16和放大器z 17，将发射机与接收机的同步线缆连接好；

b、开启核磁共振找水仪的探测系统，发射控制MCU4产生控制时序8，通过驱动电路12控制H桥路11，经由配谐电容10向发射线圈9供入拉莫尔频率的交变电流，电源控制MCU 3经DC-DC升压模块6、储能电容7改变H桥路11在发射线圈9中输出电流的大小，即改变激发脉冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；

c、控制时序8控制信号采集14在发射结束35ms后开始采集接收线圈x18、接收线圈y 19和接收线圈z 20三路接收线圈中的信号，将采集的核磁共振信号送至上位机13存储；

d、将保存的接收线圈x 18、接收线圈y 19和接收线圈z 20三路核磁共振信号进行特征参数提取，获得三组不同或者相同的弛豫时间、初始振幅、频率参数；