一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法技术

本发明专利技术涉及一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法。将环形天线固定在可旋转支架上，采用垂直旋转和水平旋转两种测量方式，在隧道或矿井中，对掌子面前方，顶板，底板和左右侧壁的含水体进行探测，将得到的磁共振信号进行水文参数的反演，形成二维含水量扇形图。本发明专利技术将一维磁共振测深方法拓展为二维磁共振成像方法，相比于一维探测只能判断正前方是否有含水体，采用可旋转的环形天线进行多角度探测并进行二维成像，可以有效地判断出含水体的具体位置，规模以及含水量大小等；还有效解决了由于天线全空间辐射而无法区分含水体来自于哪一空间的问题。本发明专利技术提高了磁共振探测的精度，能更准确地反映掌子面附近含水体的空间分布，减少因突水、涌水等地质灾害而给隧道、矿井施工带来的生命财产损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地球物理勘探领域的超前探测领域，尤其是利用环形天线旋转进行磁 共振超前探测的方法。
技术介绍
由于地质条件复杂，在隧道、矿井等地下掘进工程中，突水、涌水等地质灾害时有 发生，带来了巨大的人员伤亡和经济损失。针对隧道、矿井掌子面前方含水体的超前探测已 经成为一个重要的研宄课题，对制定突涌水防治措施和评价施工安全具有重要意义。磁共振探测（MagneticResonanceSounding，简称MRS)是一种直接地球物理勘探 方法。与传统的地球物理间接探测方法相比，MRS具有高分辨率、高效率、信息量丰富和解 释唯一性等优点，是一种极具发展前景的新技术。CN102819046A公开了一种双D型线圈核磁共振仪随掘进机巷道前方突水探测方 法，将双D型线圈核磁共振仪固定在掘进机的操作台上；以岩层中含水量35%作为可发生 突水参数，正演得核磁共振标定信号，将核磁共振信号与标定信号比较，若核磁共振信号小 于标定信号，则没有危险存在；若核磁共振信号大于标定信号，则有危险，核磁共振仪发出 报警，停止掘进。 CN102062877A公开了一种对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法， 是由计算机通过串口总线分别与系统控制器、大功率电源、信号采集单元相连，系统控制器 经桥路驱动器、大功率H型发射桥路和配谐电容与发射线圈连结构成。采用垂直布设线圈 模式，有效降低了线圈的占用面积，使该装置可以在更加狭小的空间中展开勘探工作。CN102262247A公开了一种隧道突水超前预测装置及预测方法，收发一体多匝矩形 或方形线圈，平行于掌子面布设，计算机控制高压电源，主控芯片通过驱动电路驱动发射 桥路，产生激发磁场。放大电路将核磁共振信号放大后送到采集电路，采集电路通过A/D转 换器将放大器输出的模拟信号转换成数字信号后送至计算机，对数据进行显示、存储和滤 波处理，通过软件进行水文地质解释，将所采集到的核磁共振信号的初始振幅、衰减时间解 释成含水率和孔隙度，将激发电流的大小解释成探测深度，进而给出掌子面前方地质体的 含水率及潜在水体的赋存状态。 上述专利技术所采取的环形天线铺设方式均为垂直放置，即平行于掌子面，这种测量 方式只能对正前方进行探测，属于一维探测，其他方向无法探测，并且不能分辨含水体来自 掌子面前方还是后方，存在多解性，因此无法获取更丰富的关于含水体构造的信息。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测 的方法，旨在采用旋转环形天线进行多角度探测并进行二维成像，可以有效地判断出含水 体的具体位置，规模以及含水量大小等；还有效解决了由于环形天线全空间辐射而无法区 分含水体来自于哪一空间的问题。 本专利技术是这样实现的，，在隧道 或矿井上划分垂直方向测量剖面以及水平方向测量剖面，将所述垂直方向测量剖面以及水 平方向测量剖面依次按照固定角度为间隔设定多个测量区域； 采用环形天线进行垂直旋转测量，使环形天线的平面平行于水平面，法向方向依 次转动经过垂直方向测量剖面的测量区域，得到不同测量点区域内水体的磁共振信号，将 磁共振信号进行水文参数的反演，形成垂直方向二维含水量扇形图； 采用环形天线进行水平旋转测量，使环形天线的平面垂直于水平面，法向方向依 次转动经过水平方向测量剖面的测量区域，得到不同测量区域内水体的磁共振信号，将磁 共振信号进行水文参数的反演，形成水平方向二维含水量扇形图； 根据垂直方向二维含水量扇形图以及水平方向二维含水量扇形图形成全空间的 含水分布。 垂直方向测量剖面的测量区域依次为隧道或矿井顶板、顶板与掌子面的联合面、 掌子面、掌子面与底板的联合面和底板。 水平方向测量剖面的测量区域依次为隧道或矿井左侧壁、左侧壁与掌子面的联合 面、掌子面、掌子面与右侧壁的联合面和右侧壁板。 进一步地，垂直旋转测量包括以下步骤： a、将环形天线固定在可旋转支架上，水平转动轴为旋转轴，通过天线底座与磁共 振探测仪器连接； b、旋转环形天线使其平面平行于水平面法向方向指向顶板，从小到大依次发射一 系列不同强度的交变电流，频率等于拉莫尔频率，发射停止后再经过一定时间，用环形天线 接收磁共振信号el，此时信号主要来自顶板或底板的含水体； c、在步骤b中环形天线位置的基础上，依次旋转角度，使环形天线平面的法向方 向分别指向顶板与掌子面的联合面、掌子面、掌子面与底板的联合面和底板区域，在每个区 域分别发射一系列不同强度的交变电流，并用环形天线接收不同区域内含水体产生的磁共 振信号e2、e3、e4和e5; d、将所有测量的磁共振信号数据进行叠加、滤波处理，提高信噪比，最后共同参与 到水文参数的反演中，获得隧道或矿井顶板，顶板与掌子面的联合面、掌子面、掌子面与底 板的联合面和底板组成的垂直方向二维含水量扇形图。 进一步地，水平旋转测量包括以下步骤： a、将环形天线固定在可旋转支架上，垂直转动轴为旋转轴，通过天线底座与磁共 振探测仪器连接； b、旋转环形天线使其平面垂直于水平面，法向方向指向左侧壁，从小到大依次发 射一系列不同强度的交变电流I，频率等于拉莫尔频率，发射停止后再经过一定时间，用环 形天线1接收磁共振信号^，此时信号主要来自左侧壁或右侧壁的含水体； c、在步骤b中环形天线位置的基础上，依次旋转角度，使环形天线平面的法向方 向分别指向左侧壁与掌子面的联合面、掌子面、掌子面与右侧壁的联合面和右侧壁区域，在 每个区域分别发射一系列不同强度的交变电流I，并用环形天线接收不同区域内含水体产 生的磁共振信号e2、e3、64和e5; d、将所有测量的磁共振信号数据e进行叠加、滤波处理，提高信噪比，最后共同参 与到水文参数的反演中，获得隧道或矿井左侧壁，左侧壁与掌子面的联合面、掌子面、掌子 面与右侧壁的联合面和右侧壁组成的水平方向二维含水量扇形图。 进一步地，步骤d中，将所有测量的磁共振信号数据表示为E= T， T代表矩阵的转置，地面核磁共振信号E与含水量w线性相关，见表达式（I) E=Kw(1)其中，核函数K代表了地下空间灵敏度大小，为了当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法，其特征在于，在隧道或矿井上划分垂直方向测量剖面以及水平方向测量剖面，将所述垂直方向测量剖面以及水平方向测量剖面依次按照固定角度为间隔设定多个测量区域；采用环形天线进行垂直旋转测量，使环形天线的平面平行于水平面，法向方向依次转动经过垂直方向测量剖面的测量区域，得到不同测量点区域内水体的磁共振信号，将磁共振信号进行水文参数的反演，形成垂直方向二维含水量扇形图；采用环形天线进行水平旋转测量，使环形天线的平面垂直于水平面，法向方向依次转动经过水平方向测量剖面的测量区域，得到不同测量区域内水体的磁共振信号，将磁共振信号进行水文参数的反演，形成水平方向二维含水量扇形图；根据垂直方向二维含水量扇形图以及水平方向二维含水量扇形图形成全空间的含水分布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋川东，林君，段清明，林婷婷，易晓峰，范铁，刘骏妍，于雷，陈武强，冷舒喆，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22