[发明专利]煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法

权利要求书

1.一种煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：它包括随钻雷达主机(1)、随钻雷达钻孔探头(2)、钻杆(4)、钻头(5)、钻机(6)，设置在随钻雷达钻孔探头(2)内的发射天线(2.1)、接收天线(2.2)、雷达波信号发射模块(2.3)、雷达波信号接收模块(2.4)、单片机(2.5)、第一存储器(2.8)、三维电子罗盘(2.9)和惯导设备(2.10)，其中，随钻雷达钻孔探头(2)的前端安装钻头(5)，随钻雷达钻孔探头(2)的后端安装钻杆(4)，钻杆(4)由钻机(6)驱动，单片机(2.5)用于根据惯导设备(2.10)输出的惯导数据计算随钻雷达钻孔探头(2)前进或后退移动的距离；

所述雷达波信号发射模块(2.3)用于通过发射天线(2.1)在单片机(2.5)的控制下在各个预设探测点向待测钻孔(7)四周发射脉冲宽频带雷达波，所述雷达波信号接收模块(2.4)用于通过接收天线(2.2)接收雷达探测信号，并进行数字化，所述雷达探测信号包括发射天线(2.1)发射的直达雷达波信号，以及当前预设探测点四周岩体中存在地质构造或含水体时地质构造或含水体对脉冲宽频带雷达波反射的雷达波信号；

所述单片机(2.5)通过三维电子罗盘(2.9)测量钻孔的轨迹，并将钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号保存到第一存储器(2.8)中；

随钻雷达钻孔探头(2)退出待测钻孔(7)后将钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号传输到随钻雷达主机(1)；随钻雷达主机(1)根据钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号生成待测钻孔(7)的雷达探测波列图和待测钻孔(7)的轨迹图；

随钻雷达主机(1)根据整个钻孔过程中探测的雷达波列图并依据雷达探测数据的幅值和相位变化分析各个预设探测点是否存在对应的反射雷达波信号，如果有预设探测点存在反射雷达波信号，则说明该预设探测点四周岩体中存在地质构造或含水体。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：所述随钻雷达钻孔探头(2)前进或后退移动的距离用于控制随钻雷达钻孔探头(2)达到各个预设探测点。

3.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：利用雷达波在待测钻孔(7)四周的围岩(8)中传播的速度和发射脉冲宽频带雷达波到接收雷达反射波的时间计算产生反射波的地质构造或含水体距离待测钻孔(7)对应预设探测点的距离。

4.根据权利要求3所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：根据待测钻孔(7)的轨迹图来确定待测钻孔(7)各个预设探测点在轨迹图中的坐标值；根据各个预设探测点在轨迹图中的坐标值和产生反射波的地质构造或含水体距离待测钻孔(7)对应预设探测点的距离，计算出产生反射波的地质构造或含水体在探测区域的绝对坐标位置，即可确定地质构造或含水体的位置。

5.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：它还包括航空工程塑料钻杆(3)，所述随钻雷达钻孔探头(2)利用三角形居中器(3.2)安装到航空工程塑料钻杆(3)的内腔中，确保随钻雷达钻孔探头(2)与航空工程塑料钻杆(3)之间留有一个过水通道(3.1)，以便钻机(6)的打钻用水或空气能通过钻杆(4)内腔和过水通道(3.1)，确保钻进钻孔时能利用水冷却钻头(5)和冲洗出钻孔产生的岩屑。

6.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：所示随钻雷达钻孔探头(2)与航空工程塑料钻杆(3)同轴设置。

7.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：所有预设探测点中相邻两个预设探测点的距离相等，且相邻两个预设探测点的距离范围均为10～20cm。

8.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于：所述脉冲宽频带雷达波的频率范围为20～200MHz。