本實(shí)用新型屬于巷道地震物探的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦山開采和隧道工程承擔(dān)的地質(zhì)災(zāi)害越來越大，由此事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失不可估量。國家安全總局近期提出了“預(yù)測預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”防地質(zhì)災(zāi)害原則。因此，隧道安全施工和礦山安全生產(chǎn)是重中之重。為了保證隧道施工和礦井開采的安全，利用物探儀器來提前預(yù)報(bào)預(yù)測地質(zhì)異常結(jié)構(gòu)極其重要。

傳統(tǒng)的巷道超前探測裝備和方法眾多，在國外，有瑞士的TSP203超前探測系統(tǒng)，美國的TRT技術(shù)超前探測儀；在國內(nèi)，有重慶煤科分院的DTC150/36地質(zhì)超前探測儀，福州華虹智能科技的KDZ1114-6B30巷道超前探測儀。上述裝備和方法的配件連接均采用有線連接，這樣造成的缺陷有：（1）巷道內(nèi)有大型的挖掘機(jī)，跨線連接時(shí)及其不方便；（2）跨線連接，模擬線纜不可避免放置于挖掘機(jī)上，而挖掘機(jī)是大型金屬體，這對模擬信號干擾很大，降低了信噪比；（3）由于是有線連接，當(dāng)檢波器數(shù)量大的時(shí)候，系統(tǒng)非常龐大，信號線纜由于線芯增加而增粗，線芯間的相互干擾增加降低了信噪比。

為了解決上述問題，近幾年來，某些公司采用無纜探測系統(tǒng)，核心是采用時(shí)鐘同步來進(jìn)行并行采集，由于不同時(shí)鐘的誤差給采集數(shù)據(jù)帶來不確定性，所以這些探測裝備得不到推廣。由此可見急需一個(gè)合理的巷道無線地質(zhì)超前探測裝置是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種便攜的、施工簡易、可靠穩(wěn)定且探測精度高的巷道無線地質(zhì)超前探測裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置，包括無線主機(jī)、位于巷道內(nèi)的無線數(shù)字檢波器和位于巷道內(nèi)的無線震源裝置，所述無線主機(jī)與所述無線數(shù)字檢波器雙向連接，所述無線主機(jī)的輸出端與所述無線震源裝置的輸入端單向連接，所述無線震源裝置的輸出端與所述無線數(shù)字檢波器的輸入端單向連接。

可選地，所述無線主機(jī)包括：中央處理平臺、第一無線通訊模塊和第一天線，所述無線數(shù)字檢波器包括：MEMS傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、中心處理模塊、第二無線通訊模塊和第二天線，所述無線震源裝置包括：震源感應(yīng)裝置、觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路、第三無線通訊模塊和第三天線；所述中央處理平臺與所述第一無線通訊模塊雙向連接，所述第一無線通訊模塊與所述第一天線雙向連接，所述MEMS傳感器的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端單向連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述中心處理模塊的輸入端單向連接，所述中心處理模塊與所述第二無線通訊模塊雙向連接，所述第二無線通訊模塊與所述第二天線雙向連接，所述震源感應(yīng)裝置與外部震源連接，所述震源感應(yīng)裝置的輸出端與所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端單向連接，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述第三無線通訊模塊的輸入端單向連接，所述第三無線通訊模塊與所述第三天線雙向連接，所述第一天線與所述第二天線雙向連接，所述第一天線的輸出端與所述第三天線的輸入端單向連接，所述第三天線的輸出端與所述第二天線的輸入端單向連接。

可選地，所述MEMS傳感器為三分量加速度傳感器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括三個(gè)信號調(diào)理電路，每一信號調(diào)理電路包括：可編程前置放大電路、模擬濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述可編程前置放大電路的輸入端與所述MEMS傳感器的輸出端單向連接，所述可編程前置放大電路與所述模擬濾波電路雙向連接，所述模擬濾波電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路雙向連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與所述中心處理模塊雙向連接。

可選地，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032采用光電隔離技術(shù)，其輸入端和輸出端的絕緣隔離電壓至少為3500V。

可選地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路為24位A/D轉(zhuǎn)換電路。

可選地，所述中心處理模塊為FPGA中心處理器。

可選地，所述無線數(shù)字檢波器至少為三個(gè)，分別設(shè)置于巷道的頂板、左幫和右?guī)蜕稀?/p>

可選地，所述無線數(shù)字檢波器為多個(gè)，所有的無線數(shù)字檢波器均布置在垂直于巷道掘進(jìn)方向的一個(gè)平面內(nèi)，所有的無線數(shù)字檢波器與迎頭在掘進(jìn)方向上的水平距離至少為20米，所有的無線數(shù)字檢波器與最近的外部震源在掘進(jìn)方向上的水平距離范圍為3米~30米

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本實(shí)用新型采用一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置，與傳統(tǒng)巷道超前探測裝置相比，不用跨線連接，施工方便，使用大量檢波器時(shí)，容易擴(kuò)展；克服了傳統(tǒng)巷道超前探測裝置因橫跨挖掘機(jī)連線而受到的天電干擾，從而提高了本實(shí)用新型的信噪比；進(jìn)一步地，克服了巷道超前探

測裝置采用無纜系統(tǒng)時(shí)鐘誤差而造成采集數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例三提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖；

圖中：101為無線主機(jī)，1011為中央處理平臺，1012為第一無線通訊模塊，1013為第一天線，102為無線數(shù)字檢波器，1021為MEMS傳感器，1022為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，10221為可編程前置放大電路，10222為模擬濾波電路，10223為A/D轉(zhuǎn)換電路，1023為中心處理模塊，1024為第二無線通訊模塊，1025為第二天線，103為無線震源裝置，1031為震源感應(yīng)裝置，1032為觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路，1033為第三無線通訊模塊，1034為第三天線，104為迎頭。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例；基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置，可包括：無線主機(jī)101、位于巷道內(nèi)的無線數(shù)字檢波器102和位于巷道內(nèi)的無線震源裝置103，所述無線主機(jī)101也可設(shè)置于巷道內(nèi)。

具體地，所述無線數(shù)字檢波器102可為多個(gè)，所有的無線數(shù)字檢波器102均布置在垂直于巷道掘進(jìn)方向的一個(gè)平面內(nèi)，所有的無線數(shù)字檢波器102與迎頭104在掘進(jìn)方向上的水平距離至少為20米，所有的無線數(shù)字檢波器102與最近的外部震源在掘進(jìn)方向上的水平距離范圍為3米~30米。

具體地，所述無線數(shù)字檢波器102至少可為三個(gè)，分別設(shè)置于巷道的頂板、左幫和右?guī)蜕稀?/p>

圖2為圖1中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖，如圖2所示，所述無線數(shù)字檢波器102為四個(gè)，分別設(shè)置于巷道的頂板、底部、左幫和右?guī)蜕稀?/p>

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，所述無線主機(jī)101可與所述無線數(shù)字檢波器102雙向連接，所述無線主機(jī)101的輸出端可與所述無線震源裝置103的輸入端單向連接，所述無線震源裝置103的輸出端可與所述無線數(shù)字檢波器102的輸入端單向連接。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述無線主機(jī)101可包括：中央處理平臺1011、第一無線通訊模塊1012和第一天線1013，所述無線數(shù)字檢波器102可包括：MEMS傳感器1021、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022、中心處理模塊1023、第二無線通訊模塊1024和第二天線1025，所述無線震源裝置103可包括：震源感應(yīng)裝置1031、觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032、第三無線通訊模塊1033和第三天線1034。所述中央處理平臺1011與所述第一無線通訊模塊1012雙向連接，所述第一無線通訊模塊1012與所述第一天線1013雙向連接，所述MEMS傳感器1021的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022的輸入端單向連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022與所述中心處理模塊1023雙向連接，所述中心處理模塊1023與所述第二無線通訊模塊1024雙向連接，所述第二無線通訊模塊1024與所述第二天線1025雙向連接，所述震源感應(yīng)裝置1031與外部震源連接，所述震源感應(yīng)裝置1031的輸出端與所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032的輸入端單向連接，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032的輸出端與所述第三無線通訊模塊1033的輸入端單向連接，所述第三無線通訊模塊1033與所述第三天線1034雙向連接，所述第一天線1013與所述第二天線1025雙向連接，所述第一天線1013的輸出端與所述第三天線1034的輸入端單向連接，所述第三天線1034的輸出端與所述第二天線1025的輸入端單向連接。

具體地，所述的外部震源可為錘擊或炸藥。

具體地，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032可采用光電隔離技術(shù)，其輸入輸出端的絕緣隔離電壓至少為3500V。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例三提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，在實(shí)施例二的基礎(chǔ)上，所述MEMS傳感器1021可為三分量加速度傳感器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022可包括三個(gè)信號調(diào)理電路，每一信號調(diào)理電路可包括：可編程前置放大電路10221、模擬濾波電路10222和A/D轉(zhuǎn)換電路10223，所述可編程前置放大電路10221的輸入端與所述MEMS傳感器1021的輸出端單向連接，所述可編程前置放大電路10221與所述模擬濾波電路10222雙向連接，所述模擬濾波電路10222與所述A/D轉(zhuǎn)換電路10223雙向連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路10223與所述中心處理模塊1023雙向連接。

具體地，所述MEMS傳感器1021的頻率響應(yīng)范圍可為0Hz~10KHz。

具體地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路10223可為24位A/D轉(zhuǎn)換電路。

具體地，所述中心處理模塊1023可為FPGA中心處理器。

所述無線主機(jī)101主要用于對所述無線數(shù)字檢波器102和所述無線震源裝置103進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并通過無線接收地震數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理和顯示；所述無線數(shù)字檢波器102主要用于將地震信號轉(zhuǎn)換成地震數(shù)據(jù)傳遞給所述無線主機(jī)101；所述無線震源裝置103主要用于感應(yīng)擊震產(chǎn)生的地震信號，并觸發(fā)所述無線數(shù)字檢波器102啟動(dòng)采集數(shù)據(jù)。

施工探測時(shí)，震源擊震產(chǎn)生地震信號，同時(shí)通過所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032產(chǎn)生啟動(dòng)觸發(fā)信號，通過無線傳遞給所述無線數(shù)字檢波器102，所述無線數(shù)字檢波器102中的MEMS傳感器1021把地震信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022和所述中心處理模塊1023的處理轉(zhuǎn)化為地震數(shù)據(jù)，通過無線連接傳遞給所述無線主機(jī)101。

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7為圖6中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖，如圖6、圖7所示，本裝置選用6個(gè)無線數(shù)字檢波器102，外部震源選擇50克的炸藥。現(xiàn)場施工時(shí)，在巷道的頂端、底端左幫和右?guī)筒贾?個(gè)無線數(shù)字檢波器102，安裝時(shí)，所有的無線數(shù)字檢波器102的X軸方向指向迎頭104，Z軸方向指向介質(zhì)，所有的無線數(shù)字檢波器102盡量在一個(gè)平面上，而且相鄰的無線數(shù)字檢波器102之間的距離盡量相等。所有的無線數(shù)字檢波器102與最近的外部震源在掘進(jìn)方向上的水平距離范圍為15m，相鄰?fù)獠空鹪粗g的距離為3m，所述無線主機(jī)101與所述無線數(shù)字檢波器102在掘進(jìn)方向上的水平距離為20m。在巷道兩側(cè)距離底板1.6m處各打15個(gè)炮眼，深度2.0m，每個(gè)炮眼裝上50克炸藥和雷管，雷管引出線為15m，與震源感應(yīng)裝置1031連接。

在現(xiàn)場進(jìn)行探測時(shí)，所述無線主機(jī)101、所述無線數(shù)字檢波器102和所述無線震源裝置103按規(guī)定安裝好并打開電源，所述無線主機(jī)101按需求對所述無線數(shù)字檢波器102和所述無線震源裝置103進(jìn)行設(shè)置參數(shù)，一切準(zhǔn)備就緒從左側(cè)離所述無線數(shù)字檢波器102最近的激發(fā)點(diǎn)P1先放炮，產(chǎn)生地震波信號，所述無線數(shù)字檢波器102采集數(shù)據(jù)傳遞給所述無線主機(jī)101存儲(chǔ)并顯示，接著在激發(fā)點(diǎn)P2放炮······，以此類推，在左側(cè)一共放15炮，完成左側(cè)探測后，以同樣的方法在右側(cè)放15炮進(jìn)行探測。

本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)巷道超前探測裝置在探測時(shí)存在跨線連接造成的施工不便和天電干擾的問題，從而提高了信噪比和工作效率，特別在大量使用檢波器時(shí)易于擴(kuò)展，提供了方便，尤其震源裝置輸入輸出采取隔離技術(shù)，阻止震源對觸發(fā)信號的干擾，消除了誤觸發(fā)，同時(shí)也克服了傳統(tǒng)超前無纜探測系統(tǒng)中時(shí)鐘誤差造成采集數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。