一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備。所述設備包括：至少一個屏蔽電極、至少一個測量電極、供電電極、接地電極以及測量裝置，所述至少一個屏蔽電極、所述至少一個測量電極以及所述供電電極均設置于坑道的掌子面上，所述接地電極，設置于所述坑道的無窮遠處；在所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極均被供電的情況下，所述至少一個屏蔽電極與所述接地電極形成的屏蔽電場，使得所述供電電極與所述接地電極形成的勘探電場呈束狀聚集分布，并沿所述坑道縱深傳播；所述測量裝置，與所述至少一個測量電極連接，用于測量所述至少一個測量電極的電位值，并根據所述電位值隨坑道深度的變化曲線判斷所述掌子面的前方是否存在異常體。
【專利說明】
一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及坑道勘探領域，具體地，涉及一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備。
【背景技術】
[0002]國內外對坑道超前預報的方法技術研究一直非常重視，研究出基于直流電阻率法、無線電波透視法、地質雷達法、地震波反射法、瑞雷波法和紅外測溫法等方法的坑道超前預報方法，研制出了專用儀器。這些儀器和方法為探測和預報井下地質災害做出了重大貢獻。
[0003]直流電阻率法由于原理比較簡單、儀器價格便宜、現場工作容易操作等特點，在坑道超前探測中得到廣泛應用。目前，用于巷道頭超前探測的直流電阻率法，主要是定點電源法，其井下觀測方法是將供電電極A布置在巷道工作面上，另一電極B放至無窮遠，測量電極MN沿巷道向內逐點觀測;探測巷道頂底板及兩側，則常采用偶極一偶極裝置。工作原理是當工作面前方存在有充水溶洞、斷層等低阻體時，由于低阻礦化水吸引電流，會使所觀測的電阻率減小，反之當工作面前方存在高阻地質體時，觀測的電阻率就會增大。
[0004]目前對直流電阻率超前探測的數據解釋還是建立在理想的狀態下，即周圍無干擾體、電極距大時假定地下場為全空間分布、極距小時假定電流場是半空間分布，反演時往往忽略巷道的影響。但這些假定通常是不存在的，實際上坑道的周圍不僅會有地質體的存在，而且坑道內部也會有積水、軌道、運輸、用電等種種人為干擾體的存在。無論是大供電極距、小的供電極距，干擾體的影響都不能勿略。如果忽略這些影響，超前預報就會出現致命性的失誤。因此，為了生命和財產安全，研究準確的直流電阻率超前探測方法技術非常重要。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備。所述設備通過屏蔽電極使得勘探電場向探測區聚集，不僅避免了旁側干擾的影響，而且還增加了坑道的勘探深度。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型提供種用于坑道超前探測的勘探試驗設備。所述設備包括:
[0007]至少一個屏蔽電極、至少一個測量電極、供電電極、接地電極以及測量裝置，
[0008]所述至少一個屏蔽電極、所述至少一個測量電極以及所述供電電極均設置于坑道的掌子面上，所述接地電極，設置于所述坑道的無窮遠處；
[0009]在所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極均被供電的情況下，所述至少一個屏蔽電極與所述接地電極形成的屏蔽電場，使得所述供電電極與所述接地電極形成的勘探電場呈束狀聚集分布，并沿所述坑道縱深傳播；
[0010]所述測量裝置，與所述至少一個測量電極連接，用于測量所述至少一個測量電極的電位值，并根據所述電位值隨坑道深度的變化曲線判斷所述掌子面的前方是否存在異常體。
[0011]可選地，所述至少一個屏蔽電極通過銅導線連接在一起呈圓形，且所述至少一個屏蔽電極對稱。
[0012]可選地，所述至少一個測量電極通過銅導線連接在一起呈圓形，且所述至少一個測量電極對稱。
[0013]可選地，所述至少一個測量電極形成的圓形位于所述至少一個屏蔽電極形成的圓形之內，并共圓心，且所述供電電極處于所述圓心的位置。
[0014]可選地，所述至少一個屏蔽電極通過銅導線連接在一起呈正方向形，且所述至少一個屏蔽電極對稱。
[0015]可選地，所述至少一個測量電極通過銅導線連接在一起呈正方形，且所述至少一個測量電極對稱。
[0016]可選地，所述至少一個測量電極形成的正方形位于所述至少一個屏蔽電極形成的正方形之內，并共中心，且所述供電電極處于所述中心的位置。
[0017]可選地，所述設備還包括:
[0018]供電裝置，與所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極連接，用于為所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極提供電流。
[0019]可選地，所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值沒有突變的情況下，則所述掌子面前方不存在所述異常體；
[0020]所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值發生突變的情況下，則所述掌子面前方存在所述異常體。
[0021]可選地，所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值變小的情況下，則所述掌子面前方存在低阻異常體；
[0022]所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值變大的情況下，則所述掌子面前方存在高阻異常體。
[0023]通過上述技術方案，在屏蔽電極和供電電極均被供電的情況下，屏蔽電極與接地電極形成的屏蔽電場，使得供電電極與接地電極形成的勘探電場呈束狀聚集分布，并沿坑道縱深傳播，不僅避免了旁側干擾的影響，而且還增加了坑道的勘探深度。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本實用新型一實施例提供的勘探試驗裝置應用于掌子面時的截面圖；
[0026]圖2是本實用新型一實施例提供的勘探試驗裝置的電極布置示意圖；
[0027]圖3是本實用新型一實施例提供的勘探試驗裝置的電極布置示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0029]本實用新型一實施例提供一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備。所述設備包括:至少一個屏蔽電極、至少一個測量電極、供電電極、接地電極以及測量裝置，所述至少一個屏蔽電極、所述至少一個測量電極以及所述供電電極均設置于坑道的掌子面上，所述接地電極，設置于所述坑道的無窮遠處;在所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極均被供電的情況下，所述至少一個屏蔽電極與所述接地電極形成的屏蔽電場，使得所述供電電極與所述接地電極形成的勘探電場呈束狀聚集分布，并沿所述坑道縱深傳播;所述測量裝置，與所述至少一個測量電極連接，用于測量所述至少一個測量電極的電位值，并根據所述電位值隨坑道深度的變化曲線判斷所述掌子面的前方是否存在異常體。
[0030]在具體的實施方式中，所述至少一個屏蔽電極通過銅導線連接在一起呈圓形，且所述至少一個屏蔽電極對稱。所述至少一個測量電極通過銅導線連接在一起呈圓形，且所述至少一個測量電極對稱。所述至少一個測量電極形成的圓形位于所述至少一個屏蔽電極形成的圓形之內，并共圓心，且所述供電電極處于所述圓心的位置。
[0031]在本實用新型的另一實施方式中，所述至少一個屏蔽電極通過銅導線連接在一起呈正方向形，且所述至少一個屏蔽電極對稱。所述至少一個測量電極通過銅導線連接在一起呈正方形，且所述至少一個測量電極對稱。所述至少一個測量電極形成的正方形位于所述至少一個屏蔽電極形成的正方形之內，并共中心，且所述供電電極處于所述中心的位置。
[0032]優選地，所述設備還包括:供電裝置，與所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極連接，用于為所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極提供電流。藉此，能夠根據所提供電流形成電場。
[0033]具體地，所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值沒有突變的情況下，則所述掌子面前方不存在所述異常體;所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值發生突變的情況下，則所述掌子面前方存在所述異常體。更為具體地，所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值變小的情況下，則所述掌子面前方存在低阻異常體;所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值變大的情況下，則所述掌子面前方存在高阻異常體。
[0034]通過本實驗，在屏蔽電極和供電電極均被供電的情況下，屏蔽電極與接地電極形成的屏蔽電場，使得供電電極與接地電極形成的勘探電場呈束狀聚集分布，并沿坑道縱深傳播，不僅避免了旁側干擾的影響，而且還增加了坑道的勘探深度。
[0035]本實用新型提供的勘探試驗裝置，為適應不同掌子面需要，電極布置可以是環狀的、也可以是正方形的。其中，電極環狀布置主要由屏蔽電極環、測量電極環、供電電極、接地電極等構成。在掘進工作面上設置的屏蔽電極環形成屏蔽電場，使供電電極產生的電場呈放射狀向隧道縱深傳播得更遠，觀測掘進面上測量電極環的電位隨掘進深度的變化情況;接地電極置于“無窮遠”處。正方形布置采用九點電源布極方式，屏蔽電極束、測量電極束成正方形對稱分布在掌子面上，供電電極位于屏蔽電極束和測量電極束中心，接地電極至于“無窮遠”處。
[0036]探測時，通過供電裝置供電，產生屏蔽電場，觀測掌子面上測量電極的電位隨掘進深度的變化情況。當掌子面前方沒有異常體時，測量電極處的電位不變，而當掌子面前方有低阻(高阻)異常體時，由于低阻(高阻)異常體對電場的吸引(排斥)，測量電極處的電位變小(大)，且隨著掌子面距離低阻(高阻)異常體越近，電位越小(大)，異常曲線下降或者上升的梯度越大，從而可達到超前預報的目的。
[0037]圖1是本實用新型一實施例提供的勘探試驗裝置應用于掌子面時的截面圖。如圖1所示，A和A1S屏蔽電極，Ao為供電電極，B為接地電極，]?和施為測量電極，I為供電電流。屏蔽電極六和^形成屏蔽電場，使供電電極Ao產生的電場呈放射狀向隧道縱深傳播得更遠，觀測掘進面上測量電極1和施的電位隨掘進深度的變化情況;B電極作為接地電極置于“無窮遠”處。
[0038]圖2是本實用新型一實施例提供的勘探試驗裝置的電極布置示意圖。如圖2所示，屏蔽電極環A由四個對稱的電極組成，電極之間用銅導線連接，測量電極環M由四個對稱的電極組成，電極之間用銅導線連接，Ao是供電電極。
[0039]圖3是本實用新型一實施例提供的勘探試驗裝置的電極布置示意圖。如圖3中的(a)和(b)所不，屏蔽電極束A、測量電極束Mi?M4成正方形對稱分布在掌子面上，供電電極Ao位于屏蔽電極束和測量電極束中心，B極置于隧道外“無窮遠”處，使用時屏蔽電極束和供電電極同時供應I安培的電流，測量電極可采用任意見?M4作為觀測點，也可在見?M4點上同時觀測。屏蔽電極束A由九個對稱的電極組成，電極之間用銅導線連接，測量電極束M1-M4由四個對稱的電極組成，電極之間用銅導線連接，Ao是供電電極。
[0040]本實用新型提供的勘探試驗裝置通過設立不同功能的環狀觀測裝置，使一次場電流具有像探照燈一樣的聚焦功能，從而避免各種旁側影響;這種設備將非常容易從隨著坑道的開挖實時監測得到的電場(電位差)或電阻率實測曲線變化，判斷出工作面前方是否存在有不均勻地質體(特別是低阻水體)，地質體距離工作面還有多遠。
[0041]以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細節，在本實用新型的技術構思范圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
[0042]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0043]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
【主權項】
1.一種用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述設備包括: 至少一個屏蔽電極、至少一個測量電極、供電電極、接地電極以及測量裝置， 所述至少一個屏蔽電極、所述至少一個測量電極以及所述供電電極均設置于坑道的掌子面上，所述接地電極，設置于所述坑道的無窮遠處； 在所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極均被供電的情況下，所述至少一個屏蔽電極與所述接地電極形成的屏蔽電場，使得所述供電電極與所述接地電極形成的勘探電場呈束狀聚集分布，并沿所述坑道縱深傳播； 所述測量裝置，與所述至少一個測量電極連接，用于測量所述至少一個測量電極的電位值，并根據所述電位值隨坑道深度的變化曲線判斷所述掌子面的前方是否存在異常體。2.根據權利要求1所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述至少一個屏蔽電極通過銅導線連接在一起呈圓形，且所述至少一個屏蔽電極對稱。3.根據權利要求2所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述至少一個測量電極通過銅導線連接在一起呈圓形，且所述至少一個測量電極對稱。4.根據權利要求3所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述至少一個測量電極形成的圓形位于所述至少一個屏蔽電極形成的圓形之內，并共圓心，且所述供電電極處于所述圓心的位置。5.根據權利要求1所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述至少一個屏蔽電極通過銅導線連接在一起呈正方向形，且所述至少一個屏蔽電極對稱。6.根據權利要求5所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述至少一個測量電極通過銅導線連接在一起呈正方形，且所述至少一個測量電極對稱。7.根據權利要求6所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述至少一個測量電極形成的正方形位于所述至少一個屏蔽電極形成的正方形之內，并共中心，且所述供電電極處于所述中心的位置。8.根據權利要求1所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于，所述設備還包括: 供電裝置，與所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極連接，用于為所述至少一個屏蔽電極和所述供電電極提供電流。9.根據權利要求1所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于， 所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值沒有突變的情況下，則所述掌子面前方不存在所述異常體； 所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值發生突變的情況下，則所述掌子面前方存在所述異常體。10.根據權利要求1所述的用于坑道超前探測的勘探試驗設備，其特征在于， 所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值變小的情況下，則所述掌子面前方存在低阻異常體； 所述測量裝置根據所述變化曲線判斷所述電位值變大的情況下，則所述掌子面前方存在高阻異常體。
【文檔編號】G01V3/08GK205643736SQ201620303565
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月12日
【發明人】鄧小康, 劉海飛, 周麗, 楊庭偉
【申請人】中南大學