老窯巷道賦水與否超前探測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種老窯巷道賦水與否超前探測裝置，在地面布設(shè)發(fā)射機(jī)和發(fā)射線圈，在巷道內(nèi)布設(shè)接收機(jī)和接收線圈.且直接向地下發(fā)射激勵磁場，大大拓寬了發(fā)射線圈布線的范圍，避免了巷道防爆、低電流等要求，可增大發(fā)射電流或增大發(fā)射線圈的匝數(shù)及等效面積，接收到微弱的核磁共振信號，減小了巷道內(nèi)增加線圈等效面積或匝數(shù)等困難的操作。接收機(jī)體積小、重量輕，可以任意移動接收機(jī)的位置，可以準(zhǔn)確、有效地檢測出是否含有水，水體的水量，可準(zhǔn)確的確定水體的位置。能夠超前探測150m，在巷道內(nèi)可以采用放置多個接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對整個巷道內(nèi)的指定區(qū)域的探測，結(jié)果可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)老窯賦水與否的定點(diǎn)探測。
【專利說明】老窯巷道賦水與否超前探測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種巷道超前探測裝置，尤其是老窯巷道的賦水超前探測。
【背景技術(shù)】
[0002]老窯是指開采年代久遠(yuǎn)的礦井，已經(jīng)多年不用。由于開采年代久遠(yuǎn)，礦井中的情況難以掌握，尤其是，是否存在積水，積水范圍多大、積水量是多少不清。這對該老窯下層的采礦巷道會帶來極其嚴(yán)重的突水危險(xiǎn)，極大的危害開采巷道的礦工的人生安全。
[0003]CN102062877A公開了一種“對前方水體超前探測的核磁共振探測裝置及探測方法”。涉及一種對前方水體超前探測的核磁共振探測裝置及探測方法。是由計(jì)算機(jī)通過串口總線分別與系統(tǒng)控制器、大功率電源、信號采集單元相連，系統(tǒng)控制器經(jīng)橋路驅(qū)動器、大功率H型發(fā)射橋路和配諧電容與發(fā)射線圈連接構(gòu)成。采用垂直布設(shè)線圈模式，有效降低線圈的占用面積，直接探明前方一定距離內(nèi)地下地質(zhì)情況。但是由于發(fā)射線圈處于巷道內(nèi)，對發(fā)射機(jī)的發(fā)射電流和發(fā)射線圈的面積有很大的限制，探測結(jié)果不明顯，準(zhǔn)確度低。
[0004]CN102213773A公開了一種“用于巷道掘進(jìn)時對巷道迎頭前方及周邊的含水體或其他不良地質(zhì)體進(jìn)行探測的巷道多方位超前探測方法”，首先切斷巷道中全部工業(yè)用電電源，清楚巷道內(nèi)自由測量空間內(nèi)的金屬件，然后利用瞬變電磁儀采用分體式測量模式對巷道進(jìn)行多方位超前探測，探測過程中利用幾何定向法或坡度規(guī)定向法確定探測方位。可最大限度的查明巷道掘進(jìn)波及范圍內(nèi)隱伏突水隱患情況，但上述方法存在嚴(yán)重不足，那就是采用瞬變電磁儀探測的結(jié)果解釋不唯一，工作效率低。
[0005]CN102221711A公開了“一種核磁共振差分探測坑道突水超前預(yù)測裝置及探測方法”。由計(jì)算機(jī)經(jīng)主控制單元、發(fā)射驅(qū)動電路和發(fā)射橋路分別與高雅電源、配諧電容和發(fā)射接收一體線圈連接，接收多匝線圈兩端經(jīng)第二保護(hù)開關(guān)、第二信號調(diào)理電路與多通道采集電路連接，計(jì)算機(jī)經(jīng)主控制單元分別與第一保護(hù)開關(guān)和第二保護(hù)開關(guān)連接，第一保護(hù)開關(guān)經(jīng)第一信號調(diào)理電路和多通道采集電路與第二信號調(diào)理電路連接構(gòu)成。接收一體線圈垂直裝在測點(diǎn)左側(cè)，接收多匝線圈垂直裝在右側(cè)。采用兩個接收線圈同時接收核磁共振信號，精確定位含水體的位置、大小、含水率、滲透系數(shù)。但是在巷道內(nèi)懸掛兩個接收線圈無有限的面積，線圈重量過重施工很不方便。尤其是對航道上部水體的的超前預(yù)測效果針對性不強(qiáng)，有時受種種原因影像有不可靠的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種老窯巷道賦水與否超前探測裝置。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]老窯巷道賦水與否超前探測裝置，在地面布設(shè)發(fā)射機(jī)I和發(fā)射線圈2，在巷道中布設(shè)接收機(jī)3和接收線圈4.[0009]發(fā)射機(jī)I是由發(fā)射計(jì)算機(jī)5經(jīng)輸出可調(diào)的大功率電源6和大功率發(fā)射橋路8與發(fā)射線圈2連接，發(fā)射計(jì)算機(jī)5經(jīng)發(fā)射主控電路10、發(fā)射橋路驅(qū)動7、大功率發(fā)射橋路8和諧振電容9與發(fā)射線圈2連接構(gòu)成。
[0010]接收機(jī)3是由接收計(jì)算機(jī)17經(jīng)接收主控電路11分別與信號調(diào)理電路14和高壓切換開關(guān)15連接，接收計(jì)算機(jī)17經(jīng)A/D采集電路12、放大器電路13、信號調(diào)理電路14、和高壓切換開關(guān)15與接收線圈4連接，接收主控電路11經(jīng)A/D采集電路12與同步電路16連接構(gòu)成。
[0011]有益效果:采取在地面上鋪設(shè)發(fā)射線圈，放置發(fā)射機(jī)，滿足了發(fā)射大功率電流的要求，且直接向地下發(fā)射激勵磁場，大大拓寬了發(fā)射線圈布線的范圍，避免了巷道防爆、低電流等的有要求，滿足了大功率發(fā)射的基本要求。在采集的信號過低無法反演出地下水信息時，可增大發(fā)射電流或增大發(fā)射線圈的匝數(shù)及等效面積，使在巷道內(nèi)接收系統(tǒng)接收到有效地核磁共振信號，減小了巷道內(nèi)增加線圈等效面積或匝數(shù)等困難的操作。采用本安級接收機(jī)在巷道內(nèi)工作，滿足安全工作條件，本安級接收機(jī)體積小、重量輕，且布置在巷道內(nèi)部，可以任意移動接收機(jī)的位置來提高對地面與巷道之間存在的水分辨力，采用該裝置在礦井、巷道等地下工程中的含水體進(jìn)行探測時，可以準(zhǔn)確、有效地檢測出是否有水，水體的水量，從而可靠、準(zhǔn)確的找出含水體的位置。采取發(fā)射系統(tǒng)鋪設(shè)在地面、接收系統(tǒng)放置在巷道內(nèi)部這種方法，在現(xiàn)有探測150m的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)超前探測150m的距離，可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定量的老窯水探測。在巷道內(nèi)可以采用放置多個接收機(jī)，實(shí)驗(yàn)分布式接收機(jī)探測老窯水，可以實(shí)現(xiàn)對整個巷道內(nèi)的指定區(qū)域的探測，結(jié)果可靠性高，可實(shí)現(xiàn)老窯賦水與否的定點(diǎn)、定量、二維或三維的探測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為老窯賦水與否超前探測裝置布置圖
[0013]圖2為附圖1中發(fā)射機(jī)I的結(jié)構(gòu)框圖
[0014]圖3為附圖1中接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖
[0015]I發(fā)射機(jī)1，發(fā)射線圈，3接收機(jī)3，收線圈4，發(fā)射計(jì)算機(jī)5，輸出可調(diào)的大功率電源6，發(fā)射橋路驅(qū)動7，大功率發(fā)射橋路8，諧振電容9，發(fā)射主控電路10，接收主控電路11，采集電路12，放大器電路13，信號調(diào)理電路14，高壓切換開關(guān)15，同步電路16，接收計(jì)算機(jī)17。
【具體實(shí)施方式】:
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0017]老窯巷道賦水與否超前探測裝置，在地面布設(shè)發(fā)射機(jī)I和發(fā)射線圈2，在巷道中布設(shè)接收機(jī)3和接收線圈4.[0018]發(fā)射機(jī)I是由發(fā)射計(jì)算機(jī)5經(jīng)輸出可調(diào)的大功率電源6和大功率發(fā)射橋路8與發(fā)射線圈2連接，發(fā)射計(jì)算機(jī)5經(jīng)發(fā)射主控電路10、發(fā)射橋路驅(qū)動7、大功率發(fā)射橋路8和諧振電容9與發(fā)射線圈2連接構(gòu)成。
[0019]接收機(jī)3是由接收計(jì)算機(jī)17經(jīng)接收主控電路11分別與信號調(diào)理電路14和高壓切換開關(guān)15連接，接收計(jì)算機(jī)17經(jīng)A/D采集電路12、放大器電路13、信號調(diào)理電路14、和高壓切換開關(guān)15與接收線圈4連接，接收主控電路11經(jīng)A/D采集電路12與同步電路16連接構(gòu)成。[0020]發(fā)射計(jì)算機(jī)5經(jīng)輸出可調(diào)的大功率電源6和大功率發(fā)射橋路8與發(fā)射線圈2的一端相連，發(fā)射計(jì)算機(jī)5經(jīng)主控制電路10、發(fā)射橋路驅(qū)動7、大功率發(fā)射橋路8和諧振電容9與發(fā)射線圈2的另一端相連接構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)。
[0021]接收機(jī)3和接收線圈4構(gòu)成接收系統(tǒng)。接收計(jì)算機(jī)17經(jīng)接收主控電路11分別與信號調(diào)理電路14和高壓切換開關(guān)15連接，接收主控電路11經(jīng)A/D采集電路12與同步電路16連接，接收計(jì)算機(jī)17經(jīng)A/D采集電路12、放大器電路13、信號調(diào)理電路14和高壓切換開關(guān)15與接收線圈4連接。與A/D采集電路12連接。
[0022]在地面上放置大功率發(fā)射機(jī)I和鋪設(shè)發(fā)射線圈2 ;在巷道內(nèi)放置接收機(jī)3和鋪設(shè)接收線圈4。發(fā)射計(jì)算機(jī)5控制發(fā)射機(jī)I和發(fā)射線圈2向地下發(fā)射激勵磁場，激發(fā)地下水，使之發(fā)生核磁共振信號。接收計(jì)算機(jī)17控制接收機(jī)3和接收線圈4，接收線圈4接收核磁共振信號并將信號傳輸給接收機(jī)3，接收機(jī)3對信號做進(jìn)一步處理，獲得老窯巷道賦水與否的結(jié)果。
[0023]老窯巷道賦水與否超前探測裝置的探測方法，包括以下步驟:
[0024]a.在測區(qū)內(nèi)選擇測點(diǎn)，在探測點(diǎn)地面放置發(fā)射機(jī)I和鋪設(shè)發(fā)射線圈2，在探測點(diǎn)的下方巷道內(nèi)放置接收機(jī)3和鋪設(shè)接收線圈4 ；
[0025]b.由發(fā)射計(jì)算機(jī)5控制大功率電源6產(chǎn)生高壓交變電流，通過發(fā)射主控電路10產(chǎn)生一組交變電流控制信號，并將此信號送至發(fā)射橋路驅(qū)動7，來驅(qū)動大功率發(fā)射橋路8，該信號持續(xù)的時間和信號自身的頻率由發(fā)射計(jì)算機(jī)5控制。
[0026]c.在大功率發(fā)射橋路8中，諧振電容9和發(fā)射線圈2連接構(gòu)成一個LC串聯(lián)諧振系統(tǒng)，大功率發(fā)射橋路8將大功率電源6的輸出電壓作為發(fā)射電壓加載在發(fā)射線圈2以及諧振電容9的兩端,將發(fā)射橋路驅(qū)動7的輸出信號作為橋路輸入信號，控制橋路中各個功率開關(guān)器件的交替導(dǎo)通狀態(tài)，在發(fā)射線圈2中產(chǎn)生大功率的交變電流信號，通過發(fā)射線圈2產(chǎn)生交變磁場，實(shí)現(xiàn)了對測定區(qū)域的含水體的激發(fā)。
[0027]d.激發(fā)脈沖矩是發(fā)射電流和發(fā)射時間的乘積，通過改變大功率電源6的輸出電壓改變發(fā)射線圈2中的發(fā)射電流大小，進(jìn)而改變激發(fā)脈沖矩的大小；探測距離取決于激發(fā)脈沖矩的大小，探測范圍取決于發(fā)射線圈2的大小。
[0028]e.當(dāng)?shù)叵滤艿郊ぐl(fā)后，突然撤去激發(fā)場，地下水中的氫質(zhì)子會產(chǎn)生弛豫效應(yīng)，在接收線圈4中產(chǎn)生衰減電信號。在發(fā)射過程中，高壓切換開關(guān)15處于斷開狀態(tài)，對接收部分起到一個保護(hù)作用，當(dāng)發(fā)射結(jié)束后，經(jīng)過40ms時間的延遲，接收主控電路11發(fā)出控制信號，令高壓切換開關(guān)15閉合，接收線圈4中接收到的微弱電信號通過高壓切換開關(guān)15進(jìn)入信號調(diào)理電路14。
[0029]f.接收主控電路11產(chǎn)生一組命令，自動設(shè)置信號調(diào)理電路14中閾值的各個參數(shù)，微弱電信號通過信號調(diào)理電路14后,混疊在信號調(diào)理電路14中的電磁噪聲干擾被濾除,信號調(diào)理電路14將比較純凈的信號送至放大器電路13，放大器電路13對微弱的信號進(jìn)行放大后送至A/D采集單元12，同步電路16在發(fā)射結(jié)束后將脈沖傳給A/D采集電路12之后，A/D采集電路12將放大器電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入接收計(jì)算機(jī)17中保存與顯示，接收計(jì)算機(jī)17將該核磁共振信號進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得弛豫時間、初始振幅、頻率參數(shù)，將測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，估算出涌水量、滲透率等水文地質(zhì)參數(shù)，為可能發(fā)生的突水、管涌等地質(zhì)災(zāi)害提供預(yù)報(bào)依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種老窯巷道賦水與否超前探測裝置，是由在地面布設(shè)發(fā)射機(jī)(I)和發(fā)射線圈(2)，在巷道中布設(shè)接收機(jī)(3)和接收線圈(4)組成，其特征在于，所述的發(fā)射機(jī)(I)是由發(fā)射計(jì)算機(jī)(5)經(jīng)輸出可調(diào)的大功率電源(6)和大功率發(fā)射橋路(8)與發(fā)射線圈(2)連接,發(fā)射計(jì)算機(jī)(5)經(jīng)發(fā)射主控電路(10)、發(fā)射橋路驅(qū)動(7)、大功率發(fā)射橋路(8)和諧振電容(9)與發(fā)射線圈(2)連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的老窯巷道賦水與否超前探測裝置，其特征在于，接收機(jī)(3)是由接收計(jì)算機(jī)(17)經(jīng)接收主控電路(11)分別與信號調(diào)理電路(14)和高壓切換開關(guān)(15)連接，接收計(jì)算機(jī)(17)經(jīng)A/D采集電路(12)、放大器電路(13)、信號調(diào)理電路(14)、和高壓切換開關(guān)(15)與接收線圈(4)連接，接收主控電路(11)經(jīng)A/D采集電路(12)與同步電路(16)連接構(gòu)成。
【文檔編號】G01V3/14GK203502601SQ201320612750
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月5日
【發(fā)明者】尚新磊, 王琳, 張鵬, 林君, 王曉光, 杜赫然, 蔡敏 申請人:吉林大學(xué)