勘探挖掘机前方地层的方法和装置制造方法及图纸

一种勘探挖掘机前方地层的方法和装置。为在不干扰挖掘机运行的前提下能基本连续地考查挖掘机前方的地层区域并测出地层中具有不正常特征的区域，先测量挖掘机前方的地层电阻率，再据此作出各平面内等电阻率的图表；测量刀具上的机械应力并由此推断出工作面地层的地质特征；测量工作面地层的电阻率，在该电阻率和地层地质特征之间确定一个或多个关系式，利用该关系式及等电阻率图表测定出挖掘机前方的地层特征。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术描述的方法和混合装置用于勘探挖掘机(例如水平巷道挖掘机)前方地层特征，特别是用来测定地层特征中的不利条件或变化的所在。当用挖掘机进行地下挖掘时，最重要的是要尽可能准确地勘探出工作面前方的地层特征变化情况。这些变化可以是突然的或是逐渐的，也可能是由于存在空腔或与其周围地层区域有很大差别的区域(漂砾，粘土囊)造成的，或是地质构造条件引起的结果。测定这些反常区域的位置对于挖掘工作的安全来讲相当重要，特别是在岩溶地层内进行挖掘工作更是如此，而且对于那些根据地层特征预感到挖掘具有困难的施工组织来讲也是相当重要的。目前，由挖掘机使用的仅有的勘探设备在于进行破坏性的钻探挖掘。此时，先记录所用的钻机的工作参数，然后进行分析，以便能够确定可能出现的地质反常区域。但这种研究方法的操作艰巨，而且费用也很高。此外，钻探只能给出很小的信息范围，对区域的勘探要求对若干处进行钻探，在挖隧道或地道时又不能连续地对该区域进行勘探。因此重要的是使用无破坏性的地球物理方法，使用这种方法受到的限制小。在无破坏性的地球物理勘测法中，以测量地层电导率为依据的方法是目前最可行的方法。因为除了极个别例外，岩石和土都渗有使其的电导率增加的水，电导率主要受地层的破裂和疏松度的影响。本专利技术的目的在于提供一种勘探挖掘机前方地层的方法和一种实施该方法的装置，使用该方法和该装置可在不干扰挖掘机运行的前提下能基本连续地考察挖掘机前方地层区域，以便测出地层具有不正常特征的区域。本专利技术的勘探挖掘机前方地层的方法，该方法包括用一对或若干对设置在水平巷道挖掘机上或该机附近的电极测量挖掘机前方地层的电阻率；根据这些测量值，作出一些能表示挖掘机前方的在水平、垂直或倾斜平面内的地层电阻率信息的图表；测量挖掘机刀具上的机械应力，从这些测量值推算出工作面地层的地质特征；测量紧邻刀具的地层的电阻率；在紧邻刀具的地层电阻率和工作面地层的地质特征之间建立一个或多个关系式；和利用由上述图表得到的一个或多个所述信息关系，即测定出挖掘机前方的地层的地质特征。本专利技术的实施上述方法的装置包括一个用于测量挖掘机前方地层电阻率的设备；一个用于测量挖掘机刀具上所受机械应力的设备；一个用于测量紧邻刀具的地层电阻率的设备；和一个信息系统，该系统包括用于根据地层电阻的测量值作出等电阻率图表的第一子系统；用于根据对刀具的机械应力的测量来测定工作面地层地质特征的第二子系统；能在工作面地层电阻率和其地质特征之间建立一个或多个关系式的第三子系统；在利用一个或多个所述关系式时能根据等电阻率图表测定出水平巷道挖掘机前方地层地质特征的第四子系统。下面结合附图对非限定性的本专利技术实施方案进行描述，通过描述将能更好地理解本专利技术的其它特征，其中附图说明图1表示地层电阻率的测量原理；图2为表示进行电阻测量的地层区域的示意图，借助于装在水平巷道挖掘机上或附近的电极进行测量；图3为根据水平巷道挖掘机的位置表示进行电阻测量的地层区域的示意图；图4为水平巷道挖掘机的刀具以及其支架的局部正视和局部剖视图；图5为表示水平巷道挖掘机工作时作用于刀具上的应力的刀具视图；图6为由测量刀具机械应力的传感器发出的信号的远程传输系统；图7表示记录刀具传感器所提供的数据的方法；和图8为测量紧邻刀具的地层电阻率的测量设备电路图。原理示于图1的电测量装置包括一个直流或交流电源10，电源的各端都与一个电流发射电极14A相连。这些电极14A随意地插在地面或安装在深度不同的土壤、井或钻井中，这些电极可以水平、垂直或倾斜地设置。该装置还包括一个可以测量电极14A发射到地层中的总电流的安培表16。用一对或若干对测量电极14B和一个伏特计18就可测量地层的电阻。可以把电极14B装在例如用A1-A2(图2)表示的水平巷道挖掘机15的构件上，也可装在用B1-B2表示的切盘上，或是装在杆17的端部，如图2中的C1-C2或D1-D2所示。在停机进行砌面时，把这些杆从水平巷道挖掘机内插入土壤中。由安培计16和伏特计18的指示值算出水平巷道挖掘机前方地层的电阻。为了表示出与该测量有关的地层值，在图2和3上用圆弧象征性地对该值进行限定。所有得到的值都由有限元法和常规地球物理电探测判断推理法进行数学处理，在进行数学处理的同时，还可作出挖掘机前方区域中等电阻率的图表。这些图表可以表示被勘探区域中的垂直、水平或倾斜断面。为了测定工作面地层的地质特征，应测量出挖掘过程中作用于水平巷道挖掘机刀具上的两个分力。为此，采用图4和图5所示的集合结构。上述集合结构包括两个固定在双夹具22上的刀具20，该双夹具可以转动地装在与环形支架26相连的轴24上，该环形支架固定在水平巷道挖掘机的切盘上。夹具22绕轴24的转动受到支架26的挡块28的限定，使夹具有两个可以根据切盘的转动方向使用一个或另一个刀具的稳定平衡位置。一些装在轴24上的应力计可以分别测量平行和垂直于工作面的力Fh和Fv，并测定与工作面平行的分力Fc和垂直于工作面的分力Fp，这些分力是挖掘期间作用于工作刀具上的应力。示于图6的信息系统可以获得水平巷道挖掘机的所有运转数据以及来自轴24上的应力计的信号。把这些信号由远程输送系统传送到自动装置30，该自动装置与一个配有水平巷道挖掘机操纵台的计算机32相连，该计算机本身又与观察室中的一台计算机34相连。如图7所示的那样，根据刀具绕水平巷道挖掘机轴线的角度位置，用极坐标表示刀具应力的大小，可以算出这些应力，并可鉴别出工作面中应力最大的区域。信号的信息处理可以确定工作面上力偶Fp和Fc的值大致相同的区域，并可测定每个区域中这些力的平均值。对于这些区域中的各个区域，用公知的地质理论可以测定如地层的粘性、内摩擦角或抗压强度等特征。为了测量紧邻刀具20地层的电阻率，采用图8所示的设备。在该设备中，用刀具20作为电极，同时使支架26与整个水平巷道挖掘机隔离开，并使该支架与电流源36的一端相连，电流源的另一端与装在水平巷道挖掘机前方的土壤中的电极28相连，电极38可以是水平巷道挖掘机周围的电阻测量设备中的电极14A中的一个。安培计40可以测量该电路中的电流强度。把伏特计42联接在支架26和整个水平巷道挖掘机之间。也可以用线圈44构成的变流器对电流强度进行测量，上述线圈装在刀具20的周围，该变流器与一个安培计40′相连。根据这些测量来确定工作面地层的电阻率与该地层地质特征之间的关系，并利用该关系根据上述作的等电阻率的图表确定水平巷道挖掘机前方地层的特征。权利要求1.一种勘探挖掘机前方地层的方法，该方法包括用一对或若干对设置在水平巷道挖掘机上或该机附近的电极测量挖掘机前方地层的电阻率；根据这些测量作出一些图表，这些图表给出的信息表示挖掘机前方地层在垂直、水平或倾斜各个平面上的电阻率；测量挖掘机刀具上的机械应力，并从这些测量中推算出工作面地层的地质特征；测量紧邻刀具的地层的电阻率；在工作面地层电阻率和该地层地质特征之间确立一个或多个关系；利用由所述图表给出的一个或多个信息关系测定出挖掘机前方与电极区域隔开的区域中的地层地质特征。2.实施权利要求1方法的装置，其特征在于该装置包括一个用于测量挖掘机前方地层电阻率的设备；一个用于测量挖掘机刀具上所受机械应力的设备；一个用于测量紧邻刀具的地层的电阻率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种勘探挖掘机前方地层的方法，该方法包括：用一对或若干对设置在水平巷道挖掘机上或该机附近的电极测量挖掘机前方地层的电阻率；根据这些测量作出一些图表，这些图表给出的信息表示挖掘机前方地层在垂直、水平或倾斜各个平面上的电阻率；测量挖 掘机刀具上的机械应力，并从这些测量中推算出工作面地层的地质特征；测量紧邻刀具的地层的电阻率；在工作面地层电阻率和该地层地质特征之间确立一个或多个关系；利用由所述图表给出的一个或多个信息关系测定出挖掘机前方与电极区域隔开的区域中的 地层地质特征。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯弗西蒙，
申请(专利权)人：FCB公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]