[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

说明书

本发明公开了一种煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，它包括随钻雷达主机、随钻雷达钻孔探头、钻杆、钻头、钻机，设置在随钻雷达钻孔探头内的发射天线、接收天线、雷达波信号发射模块、雷达波信号接收模块、单片机、第一存储器、三维电子罗盘和惯导设备，其中，随钻雷达钻孔探头的前端安装钻头，随钻雷达钻孔探头的后端安装钻杆，钻杆由钻机驱动，单片机用于根据惯导设备输出的惯导数据计算随钻雷达钻孔探头前进或后退移动的距离；本发明可对掘进巷道和隧道迎头及工作面正在钻进的钻孔进行探测，可以对钻孔周围0～30米范围内的地质构造、富水体和导水通道等有害地质体进行精细有效的探测。

技术领域

本发明涉及地球物理学雷达探测技术领域，具体地指一种煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法。

背景技术

煤矿巷道和隧道超前探测主要是在掘进迎头利用直接或间接的方法向巷道和隧道掘进方向和工作面进行探测，探测前方是否存在有害地质构造或富水体及导水通道，为煤矿和隧道的安全掘进提供详细的探测资料。

目前用于煤矿巷道和隧道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，且存在大量勘探盲区，并对巷道和隧道的正常掘进生产影响较大。

目前可用于超前探测的物探法主要有三极法超前探测方法、矿井瞬变电磁法、地震波法、钻孔电法和钻孔电磁法。

随着煤矿和隧道的智能化探测的发展，当前煤矿和隧道勘探趋向于寻找小型、隐藏的地质构造，煤矿巷道和隧道的水害与瓦斯等灾害治理多由定性化向定量化发展，掘进工作面的超前探测需求等，对于物探勘探提出了探测精度高并且探测距离远的探测要求。

一般的地球物理方法是在地表或者待测表面进行的，然而由于地下或者待测体内部的结构比较复杂，仅仅依靠这些方法中所获得的数据去推断诸如岩性、地质体方位等信息就很难，这就给地质学家们提出了一个新的问题，即如何提高解释的精度。然而，井中雷达的最大特点和优势就是高分辨率和高精度；但令人遗憾的是，煤矿巷道和部分隧道围岩绝大多数是软岩，钻探过程形成的钻孔极易变形和塌孔，致使钻孔探测设备无法推进到钻孔孔底，即使仅使用钻杆推进有时也很难推进到钻孔孔底。

参考文献：《探地雷达理论与应用》2006年、科技出版社，粟毅、黄春琳、雷文太著；《探地雷达方法原理及应用》2006年、科技学出版，曾昭发等编著。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法，通过该装置和方法，可对掘进巷道和隧道迎头及工作面正在钻进的钻孔进行探测，可以对钻孔周围0～30米范围内的地质构造、富水体和导水通道等有害地质体进行精细有效的探测。

为实现此目的，本发明所设计的一种煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，它包括随钻雷达主机、随钻雷达钻孔探头、钻杆、钻头、钻机，设置在随钻雷达钻孔探头内的发射天线、接收天线、雷达波信号发射模块、雷达波信号接收模块、单片机、第一存储器、三维电子罗盘和惯导设备，其中，随钻雷达钻孔探头的前端安装钻头，随钻雷达钻孔探头的后端安装钻杆，钻杆由钻机驱动，单片机用于根据惯导设备输出的惯导数据计算随钻雷达钻孔探头前进或后退移动的距离；

所述雷达波信号发射模块用于通过发射天线在单片机的控制下在各个预设探测点向待测钻孔四周发射脉冲宽频带雷达波，所述雷达波信号接收模块用于通过接收天线接收雷达探测信号，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；

所述单片机通过三维电子罗盘测量钻孔的轨迹，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中；