一种巷道超前探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种巷道超前探测装置及方法，该装置包括设于巷道内的多个附加电极；布设于巷道内距掌子面预设距离处的无穷远电极，无穷远电极与附加电极组形成附加电场；供电电极组布设于巷道内，供电电极组与附加电极组的电性相同，附加电场使供电电极组的电场方向向巷道的掘进方向聚焦；观测电极组布设于掌子面上，观测电极组在附加电场和供电电极组产生的电场的作用下产生电位和电位差。该方法是利用上述装置的附加电极组使巷道内形成附加电场，在巷道内的附加电极包围区域布设与附加电场同极性的供电电极组，附加电场使供电电极组产生的电场的电场方向与巷道的掘进方向相同，达到探测掌子面前方不良地质体的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种巷道超前探测装置及方法
本专利技术涉及巷道超前探测
，特别是涉及一种巷道超前探测装置及方法。
技术介绍
在煤田巷道等生产施工中，含水断层、含水充泥溶洞、陷落柱、破碎带、软弱地层等与水体相关的不良地质体，这些不良地质体是超前探测的主要内容。由于不良地质体与围岩具有较明显的电性差异，因此，利用电法进行巷道超前探测有较好的理论前提。在巷道超前探测任务中，巷道迎头的超前探测是主要勘探任务之一。目前，固定点源测深法或称单极梯度法是煤田巷道迎头超前探测常用的电阻率法，经过十多年的发展，单极-偶极(三极)法巷道超前探测技术也进行了改革，逐步形成三点或多点供电的联合三极超前探测系统。实践证明，联合三极超前探测技术尽管能解决超前探测的某些问题，也能取得不错的效果，但也存在一些问题。比如，三极法迎头超前探测获得的异常到底来自于巷道前方，还是巷道底板，不易区分；其超前探测的有效距离不易判断。因此常规的直流电阻率三极法超前探测在巷道超前探测中的前景并不乐观。综上，现有的巷道电法存在的问题是难以判断异常体的位置方向，且异常解释困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种巷道超前探测装置及方法，以解决现有的巷道电法存在难以判断异常体的位置方向，且异常解释困难的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种巷道超前探测装置，包括：附加电极组，包括多个附加电极，多个所述附加电极设于巷道内；无穷远电极，布设于所述巷道内距掌子面预设距离处，所述无穷远电极与所述附加电极组形成附加电场；供电电极组，布设于巷道内，所述供电电极组与所述附加电极组的电性相同，所述附加电场使所述供电电极组的电场方向向巷道的掘进方向聚焦；观测电极组，布设于所述掌子面上，所述观测电极组在所述附加电场和所述供电电极组产生的电场的作用下产生电位和电位差。可选的，所述附加电极组布设在巷道内的掌子面上；所述供电电极组布设在所述巷道内的掌子面上，且所述供电电极组位于所述附加电极组构成的形状内部，所述供电电极组包括一个供电电极或多个供电电极。可选的，所述附加电极组布设在所述巷道内的掌子面与所述巷道内壁的连接处；所述供电电极组布设在所述巷道内的掌子面上，所述供电电极组包括一个供电电极或多个供电电极。可选的，所述附加电极组布设在所述巷道的内壁上；所述供电电极组布设在位于所述附加电极组与所述掌子面之间的所述巷道的内壁上，所述供电电极组包括多个供电电极。可选的，所述供电电极组为所述附加电极组，所述附加电极组布设在巷道内的掌子面上或布设在所述巷道内的掌子面与所述巷道内壁的连接处或布设在所述巷道的内壁上。本专利技术还提供了一种巷道超前探测方法，利用上述的巷道超前探测装置进行超前探测，所述巷道超前探测装置包括：附加电极组，包括多个附加电极，多个所述附加电极设于巷道内；无穷远电极，布设于所述巷道内距掌子面预设距离处，所述无穷远电极与所述附加电极组形成附加电场；供电电极组，布设于巷道内，所述供电电极组与所述附加电极组的电性相同，所述附加电场使所述供电电极组的电场方向向巷道的掘进方向聚焦；观测电极组，布设于所述掌子面上，所述观测电极组在所述附加电场和所述供电电极组产生的电场的作用下产生电位和电位差；所述方法包括：获取巷道的掘进深度；获取与所述掘进深度对应的所述观测电极组的电位和电位差；根据所述掘进深度和与所述掘进深度对应的所述电位，确定电位-掘进深度曲线；根据所述掘进深度和与所述掘进深度对应的所述电位差，确定电位差-掘进深度曲线；根据所述电位-掘进深度曲线和所述电位差-掘进深度曲线进行巷道超前探测。可选的，在所述获取巷道的掘进深度之前，还包括：采用三维有限元数值模拟法构造巷道。可选的，当所述巷道超前探测装置中的所述供电电极组为所述附加电极电极组时，所述根据所述电位-掘进深度曲线和所述电位差-掘进深度曲线进行巷道超前探测，具体包括：当所述电位-掘进深度曲线表示所述电位随所述掘进深度逐渐减小，所述电位差-掘进深度曲线表示所述电位差随所述掘进深度逐渐增加时，确定所述掌子面的前方存在低阻不良地质体。可选的，当所述巷道超前探测装置中的所述供电电极组与所述附加电极电极组分别布设时，所述根据所述电位-掘进深度曲线和所述电位差-掘进深度曲线进行巷道超前探测，具体包括：当所述电位-掘进深度曲线表示所述电位随所述掘进深度逐渐减小，所述电位差-掘进深度曲线表示所述电位差随所述掘进深度也逐渐减小时，确定所述掌子面的前方存在低阻不良地质体。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的巷道超前探测装置及方法通过在巷道中布设附加电极组使巷道内形成附加电场，再以附加电场为背景，在巷道内的附加电极包围区域布设与附加电场同极性的供电电极组，附加电场使供电电极组产生的电场的电场方向与巷道的掘进方向相同，达到探测掌子面前方不良地质体的目的。当掌子面前方有含水断层、含水充泥溶洞、陷落柱、破碎带、软弱地层等与水体相关的不良地质体存在时，由于这些不良地质体与围岩电性存在差异，会不同程度吸引或排斥电场，因此可以通过布设观测电极，根据观测电极的电位或电位差随掘进的变化曲线，实现掌子面前方不良地质体的具体位置的探测。解决了现有的巷道电法存在难以判断异常体的位置方向，且异常解释困难的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的巷道超前探测装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例2提供的巷道超前探测装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例3提供的巷道超前探测装置的结构示意图；图4为本专利技术实施例4提供的巷道超前探测装置的结构示意图；图5为本专利技术提供的巷道超前探测方法的流程图；图6中(a)为三维有限元网格剖分整体效果示意图、(b)为中心截面图、(c)为四面体剖分示意图；图7为聚焦电流法工作原理示意图；图8中(a)为附加电极完全布设在掌子面上时附加电场随z坐标变化情况示意图，(b)为附加电极布设在掌子面与巷道壁连接处时附加电场随z坐标变化情况示意图，(c)为附加电极布设在靠近掌子面的巷道壁上时附加电场随z坐标变化情况示意图；图9为附加电极组作为供电电极组进行超前探测的示意图；图10中(a)为附加电极组作为供电电极组时观测电极M点归一化电位-掘进深度曲线图，(b)为附加电极组作为供电电极组时观测电极MN的电位差-掘进深度曲线图；图11为附加电极组和供电电极组分开布设进行超前探测的示意图；图12中(a)为附加电极组和供电电极组分开布设时观测电极M点归一化电位-掘进深度曲线图，(b)为附加电极组和供电电极组分开布设时观测电极MN的电位差-掘进深度曲线图。其中，附加电极组-1、供电电极组-2、观测电极组-3、掌子面-4、巷道-5。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种巷道超前探测装置，其特征在于，包括：附加电极组，包括多个附加电极，多个所述附加电极设于巷道内；无穷远电极，布设于所述巷道内距掌子面预设距离处，所述无穷远电极与所述附加电极组形成附加电场；供电电极组，布设于巷道内，所述供电电极组与所述附加电极组的电性相同，所述附加电场使所述供电电极组的电场方向向巷道的掘进方向聚焦；观测电极组，布设于所述掌子面上，所述观测电极组在所述附加电场和所述供电电极组产生的电场的作用下产生电位和电位差。

【技术特征摘要】
1.一种巷道超前探测装置，其特征在于，包括：附加电极组，包括多个附加电极，多个所述附加电极设于巷道内；无穷远电极，布设于所述巷道内距掌子面预设距离处，所述无穷远电极与所述附加电极组形成附加电场；供电电极组，布设于巷道内，所述供电电极组与所述附加电极组的电性相同，所述附加电场使所述供电电极组的电场方向向巷道的掘进方向聚焦；观测电极组，布设于所述掌子面上，所述观测电极组在所述附加电场和所述供电电极组产生的电场的作用下产生电位和电位差。2.根据权利要求1所述的巷道超前探测装置，其特征在于，所述附加电极组布设在巷道内的掌子面上；所述供电电极组布设在所述巷道内的掌子面上，且所述供电电极组位于所述附加电极组构成的形状内部，所述供电电极组包括一个供电电极或多个供电电极。3.根据权利要求1所述的巷道超前探测装置，其特征在于，所述附加电极组布设在所述巷道内的掌子面与所述巷道内壁的连接处；所述供电电极组布设在所述巷道内的掌子面上，所述供电电极组包括一个供电电极或多个供电电极。4.根据权利要求1所述的巷道超前探测装置，其特征在于，所述附加电极组布设在所述巷道的内壁上；所述供电电极组布设在位于所述附加电极组与所述掌子面之间的所述巷道的内壁上，所述供电电极组包括多个供电电极。5.根据权利要求1所述的巷道超前探测装置，其特征在于，所述供电电极组为所述附加电极组，所述附加电极组布设在巷道内的掌子面上或布设在所述巷道内的掌子面与所述巷道内壁的连接处或布设在所述巷道的内壁上。6.一种巷道超前探测方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的巷道超前探测装置进行超前探测，所述巷道超前探测装置包括：附加电极组，包括多个附加电极，多个所述附加电极设于巷道内；无穷远电极，布设于所述巷道内距掌...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕玉增，赵荣春，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45