[发明专利]一种三维随钻激发极化岩体精细成像装置及方法

权利要求书

1.一种三维随钻激发极化岩体精细成像装置，其特征是：包括随钻供电系统、供电电极、钻头定位装置、三维阵列测量电极系统以及实时反演成像系统，其中，

所述随钻供电系统搭载于孔中的钻机钻进系统上，利用钻机钻进系统的钻头作为孔中激发极化供电电极，实现孔中激发极化随钻实时测量；

所述随钻供电系统，通过供电电极的电缆和旋转装置与控制器连接；

所述钻机钻进系统的钻头处设置有钻头定位装置，对钻头进行定位；

所述三维阵列测量电极系统布置在工作面上，接收钻头掘进过程中发射电流形成电场传输的电极电压信号，将测量的电极电压信号传输到控制器；

所述实时反演成像系统，设置在控制器上，根据控制器接收的钻头位置、三维阵列测量电极系统的电极电压信号进行实时的三维反演，实现随钻实时探查与三维成像；

所述钻头定位装置安装在钻机的支架上，包括转轴、定位磁环和感应器，同时在钻机支架上设计导电滑环，连接实时反演成像系统与导电滑环的电缆缠绕在转轴上，转轴随着钻头的钻进而转动，感应器感应转轴上的定位磁环，实现对钻头钻进的定位；

所述随钻供电系统包括高强钻头、中空钻杆与双侧绝缘连接装置，高强钻头作为探测中的供电电极A，钻头尾部装有快速接头与置于钻杆内部的电缆连接，双侧绝缘连接装置中心有预留孔，连接高强钻头的电缆穿过双侧绝缘连接装置的中心与控制器连接，双侧绝缘连接装置两侧设计有螺纹，一侧连接高强钻头，另一侧连接中空钻杆，从而将金属的钻头与金属的钻杆隔开，实现孔中激发极化随钻实时测量；

所述供电电极的电缆位于中空钻杆的中间，在钻杆内部铺设到中空钻杆的后端，中空钻杆的后端侧面开有小孔并安装弹簧压片，弹簧压片与钻孔中的供电电极的电缆连接，弹簧压片与导电滑环滑动连接，导电滑环通过电缆与控制器连接，从而实现在钻杆高速旋转模式下的供电电极电流的传输，使得孔中激发极化实时探测与钻机钻进施工同步进行。

2.如权利要求1所述的一种三维随钻激发极化岩体精细成像装置，其特征是：所述三维阵列测量电极系统包括若干个布置在工作面的电极，在探测过程中接收工作面的电极电压信号，通过电缆与控制器连接，并将测量的电极电压信号传输到控制器，三维阵列电极通过耦合材料快速安装在工作面上。

3.如权利要求2所述的一种三维随钻激发极化岩体精细成像装置，其特征是：所述耦合材料为具有导电性能的快速硬化水泥，其成分及质量比为：快速硬化水泥：石墨：工业盐：水：膨润土＝5:1:1:2:1。

4.如权利要求1所述的一种三维随钻激发极化岩体精细成像装置，其特征是：所述实时反演成像系统搭载在控制器上，控制器检测工作面的三维阵列测量电极M的电极电压信号，实时反演成像系统将控制器测取的数据进行实时的三维反演，实现随钻实时探查与三维成像，并将结果实时显示。

5.基于如权利要求1-4中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)将随钻供电系统搭载于孔中的钻机钻进系统上，连接供电电极、随钻供电系统和控制器，将钻头定位装置设置于钻头上；

(2)工作面上布置若干个三维阵列测量电极M，阵列电极围绕着掌子面沿径向布置，形成三维阵列测量电极系统，测量电极通过导电的耦合材料快速安装在设计位置，每个测量电极通过多芯电缆连接到控制器，设置参考点位的电极N；

(3)随着钻机钻头掘进，通过钻头发射电流并形成电场，工作面上的三维阵列测量电极系统接收电极电压信号，并通过多芯电缆传输到控制器；

(4)钻头每前进设定距离，搭载于钻机钻进系统的实时反演成像系统对控制器采集的数据进行三维反演，将三维反演结果显示在控制器屏幕上。

6.如权利要求5所述的工作方法，其特征是：所述步骤(2)中，将参考点位的电极N布置在工作面后方100m-150m范围的位置，将另一个供电电极B极布置在工作面后方200m-300m位置。

7.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：所述步骤(4)中，具体包括：

①钻机开始掘进设定距离后，将不同位置采集的数据送入实时反演成像系统，采用并行的三维反演方法进行迭代反演，输出钻进方向0到设定距离的三维成像结果I；

②钻机掘进至第二个设定距离时，以三维成像结果I的反演结果作为约束条件对第二设定距离钻进获取的数据进行约束反演，从而输出钻进方向两个设定距离内的三维成像结果；

③重复步骤②，直至钻机掘进到设计深度，从而输出整个钻孔深度的三维成像结果。