[发明专利]勘探挖掘机前方地层的方法和装置

说明书

本发明描述的方法和混合装置用于勘探挖掘机(例如水平巷道挖掘机)前方地层特征，特别是用来测定地层特征中的不利条件或变化的所在。

当用挖掘机进行地下挖掘时，最重要的是要尽可能准确地勘探出工作面前方的地层特征变化情况。这些变化可以是突然的或是逐渐的，也可能是由于存在空腔或与其周围地层区域有很大差别的区域(漂砾，粘土囊)造成的，或是地质构造条件引起的结果。

测定这些反常区域的位置对于挖掘工作的安全来讲相当重要，特别是在岩溶地层内进行挖掘工作更是如此，而且对于那些根据地层特征预感到挖掘具有困难的施工组织来讲也是相当重要的。

目前，由挖掘机使用的仅有的勘探设备在于进行破坏性的钻探挖掘。此时，先记录所用的钻机的工作参数，然后进行分析，以便能够确定可能出现的地质反常区域。但这种研究方法的操作艰巨，而且费用也很高。此外，钻探只能给出很小的信息范围，对区域的勘探要求对若干处进行钻探，在挖隧道或地道时又不能连续地对该区域进行勘探。因此重要的是使用无破坏性的地球物理方法，使用这种方法受到的限制小。

在无破坏性的地球物理勘测法中，以测量地层电导率为依据的方法是目前最可行的方法。因为除了极个别例外，岩石和土都渗有使其的电导率增加的水，电导率主要受地层的破裂和疏松度的影响。

本发明的目的在于提供一种勘探挖掘机前方地层的方法和一种实施该方法的装置，使用该方法和该装置可在不干扰挖掘机运行的前提下能基本连续地考察挖掘机前方地层区域，以便测出地层具有不正常特征的区域。

本发明的勘探挖掘机前方地层的方法，该方法包括：

用一对或若干对设置在水平巷道挖掘机上或该机附近的电极测量挖掘机前方地层的电阻率；

根据这些测量值，作出一些能表示挖掘机前方的在水平、垂直或倾斜平面内的地层电阻率信息的图表；

测量挖掘机刀具上的机械应力，从这些测量值推算出工作面地层的地质特征；

测量紧邻刀具的地层的电阻率；

在紧邻刀具的地层电阻率和工作面地层的地质特征之间建立一个或多个关系式；和

利用由上述图表得到的一个或多个所述信息关系，即测定出挖掘机前方的地层的地质特征。

本发明的实施上述方法的装置包括：

一个用于测量挖掘机前方地层电阻率的设备；

一个用于测量挖掘机刀具上所受机械应力的设备；

一个用于测量紧邻刀具的地层电阻率的设备；和

一个信息系统，该系统包括：

用于根据地层电阻的测量值作出等电阻率图表的第一子系统；

用于根据对刀具的机械应力的测量来测定工作面地层地质特征的第二子系统；

能在工作面地层电阻率和其地质特征之间建立一个或多个关系式的第三子系统；

在利用一个或多个所述关系式时能根据等电阻率图表测定出水平巷道挖掘机前方地层地质特征的第四子系统。

下面结合附图对非限定性的本发明实施方案进行描述，通过描述将能更好地理解本发明的其它特征，其中：

图1表示地层电阻率的测量原理；

图2为表示进行电阻测量的地层区域的示意图，借助于装在水平巷道挖掘机上或附近的电极进行测量；

图3为根据水平巷道挖掘机的位置表示进行电阻测量的地层区域的示意图；

图4为水平巷道挖掘机的刀具以及其支架的局部正视和局部剖视图；

图5为表示水平巷道挖掘机工作时作用于刀具上的应力的刀具视图；

图6为由测量刀具机械应力的传感器发出的信号的远程传输系统；

图7表示记录刀具传感器所提供的数据的方法；和

图8为测量紧邻刀具的地层电阻率的测量设备电路图。

原理示于图1的电测量装置包括一个直流或交流电源10，电源的各端都与一个电流发射电极14A相连。这些电极14A随意地插在地面或安装在深度不同的土壤、井或钻井中，这些电极可以水平、垂直或倾斜地设置。该装置还包括一个可以测量电极14A发射到地层中的总电流的安培表16。用一对或若干对测量电极14B和一个伏特计18就可测量地层的电阻。

可以把电极14B装在例如用A1-A2(图2)表示的水平巷道挖掘机15的构件上，也可装在用B1-B2表示的切盘上，或是装在杆17的端部，如图2中的C1-C2或D1-D2所示。在停机进行砌面时，把这些杆从水平巷道挖掘机内插入土壤中。