钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法制造方法及图纸

一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法，该装置包括收发装置和测斜模块，所述收发装置内设有接收装置，所述接收装置包含内骨架以及放置于内骨架内的长条磁芯，所述内骨架外中心法线指向长边方向绕制有接收垂直分量线圈，垂直绕制有接收水平分量线圈，所述收发装置还包含发射装置，所述发射装置包含位于接收装置外缘的外骨架，所述外骨架的外侧绕制有发射垂直分量线圈和发射水平分量线圈，且发射垂直分量线圈和发射水平分量线圈的等效面积相同；由此，本发明专利技术利用多源变电流组合发射和多分量并行接收的时域电磁探测装置，确保设备无需移动即可全方位观测设备前方的低阻异常体，最终实现钻孔底部前方隐伏水害的超前地质预报。

【技术实现步骤摘要】
钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法
本专利技术涉及地球物理勘探的
，尤其涉及一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法。
技术介绍
煤矿事故大多出现在巷道掘进期间，突水事故是其中重大灾害之一，为保证巷道安全快速掘进，矿方极为关注未掘区域的隐蔽致灾因素，近年来，随着煤矿井下钻孔物探技术发展，能够探测钻孔径向地质异常体的方法已有较多种类，尤其是可能造成水害威胁的低阻异常体，探测手段和精度均达到了较高水平，但对于矿方非常关注的钻孔底部前方的隐蔽致灾因素探查尚无较好的方法。主要原因在于钻孔空间太小，探测设备无法在平面上移动或转动，不能进行二维或三维观测，缺乏足够的背景数据，也就很难给出前方地质异常的细致分布。为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法，有效克服现有技术的缺陷，能全方位观测设备前方的低阻异常体，实现钻孔底部前方隐伏水害的超前地质预报。为实现上述目的，本专利技术公开了一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，包括收发装置和测斜模块，所述收发装置设置于测斜模块的前端，其特征在于：所述收发装置内设有接收装置，所述接收装置包含内骨架以及放置于内骨架内的长条磁芯，所述内骨架外以长条磁芯的中心法线指向长边方向绕制有接收垂直分量线圈，所述内骨架外与长边反向垂直的方向绕制有接收水平分量线圈，所述收发装置还包含位于接收装置外的发射装置，所述发射装置包含位于接收装置外缘的外骨架，所述外骨架的中部外侧与接收垂直分量线圈的方向相同绕制有发射垂直分量线圈，在外骨架外与接收水平分量线圈相同的反向绕制有发射水平分量线圈，且发射垂直分量线圈和发射水平分量线圈的等效面积相同。其中：由于发射垂直分量线圈的等效面积按照公式(1)进行计算：SV＝nVπr2(1)式中nV为发射垂直分量线圈的匝数，r为外骨架的半径长度；发射水平分量线圈的等效面积按照公式(2)进行计算：SH＝2nHrl(2)式中l为外骨架长边长度；由公式(1)和公式(2)可推出发射水平分量线圈的匝数应为如下公式(3)所示：其中nH为发射水平分量线圈22的匝数。其中：还包含测试探管，所述测试探管包含发射装置，并在发射装置的外骨架中部内侧布设一个极小的测试接收线圈，测试接收线圈的匝数为20匝以下，线径为0.6mm以下，测试接收线圈绕一垂直轴旋转，轴上方有一固定量角器以控制测试接收线圈的中心法线直线角度。其中：所述长条磁芯的长度为30-38cm，直径为3-3.5cm，接收垂直分量线圈为线径0.6mm的漆包线绕制125匝，接收水平分量线圈为线径0.1mm的漆包线绕制640匝。其中：所述长条磁芯的长度为34cm，直径为3.2cm。其中：还包含连接电缆和孔外主机，所述测斜模块后端通过连接电缆连接至孔外主机。还公开了一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：安装调试设备，将收发装置、测斜模块、连接电缆和孔外主机进行依次连接且放入钻孔内，准备对超前探测区域进行超前探测；步骤二：一组发射电流组合探测完成后，改变水平分量发射线圈电流方向，测量反方向电流组合二次场信号，两组组合全部测量后，即完成了一个扇形超前探测剖面；步骤三：通过旋转推送杆改变探管工具面角，改动幅度不小于15°，重复步骤二，直至工具面角转动180度，此时完成钻孔底板前方的全方位探测；步骤四：将主机中测量的所有二次数据及对应的工具面角信息全部导出至地面电脑中；步骤五：根据线圈匝数、电流强度、电流关断时间等参数计算关断影响，从所有实测二次场数据中消除其影响；步骤六：对所有测点的垂直分量数据进行多项式拟合，提取一组背景场数据，并用所有测点的实测数据与其进行比值运算，提取垂直分量纯异常场比值数据，同理提取所有测点的水平分量纯异常场比值数据；步骤七：根据发射电流组合对应的一次场角度根据矢量合成原理将两个方向的纯异常场合成，并与数值模拟的背景曲线组合重构成全新的合成总场数据；步骤八：对所有的合成总场数据采用带约束的自适应反演算法计算对应的深度和电阻率；步骤九：将同一工具面角标签下的测点合成数据反演结果根据一次场角度分解为平面扇形坐标参数，绘制每一工具面角标签下的钻孔底部前方电阻率扇形平面展示图；步骤十：将所有测点合成数据根据一次场角度和工具面角分解为三维空间坐标参数，绘制钻孔底部前方电阻率立体展示图，其中低阻异常体即代表未知的隐伏水害。其中：步骤一中包含通过测试探管进行测试，根据设置好的发射电流组合，按照一定的角度间隔旋转小型测试接收线圈，将接收信号最强的角度记为此组发射电流组合的探测角度；在90°范围内应至少确定7个探测角度。通过上述内容可知，本专利技术的钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法具有如下效果：1、利用多源变电流组合发射和多分量并行接收的时域电磁探测装置，确保设备无需移动即可全方位观测设备前方的低阻异常体，最终实现钻孔底部前方隐伏水害的超前地质预报。2、同时以不同强度发射电流激发双正交小线圈、双分量共同采集二次时域电磁场信号，效率更高。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1显示了本专利技术的接收装置的示意图。图2显示了本专利技术的发射装置的示意图。图3显示了本专利技术的测试探管的示意图。图4显示了本专利技术孔底超前探测工作方式示意图。图5显示了本专利技术改变方位角后的孔底超前探测工作方式示意图。图6显示了本专利技术的一次完整测量的测点空间分布正视图。图7显示了本专利技术的对应一个工具面角的扇形平面超前探测结果示意图。图8显示了本专利技术的对应一次完整测量的三维立体超前探测结果示意图。具体实施方式参见图1至图8，显示了本专利技术的钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置及其方法。所述钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置包括收发装置1、测斜模块2、连接电缆3和孔外主机4，所述收发装置1设置于测斜模块2的前端，所述测斜模块2后端通过连接电缆3连接至孔外主机4。其中所述收发装置1内设有图1所示的接收装置，所述接收装置包含内骨架以及放置于内骨架内的长条磁芯10，所述内骨架外以长条磁芯10的中心法线指向长边方向绕制有接收垂直分量线圈11，所述内骨架外与长边反向垂直的方向绕制有接收水平分量线圈12，其中，所述长条磁芯10的长度为30-38cm，优选为34cm，直径为3-3.5cm，优选为3.2cm，接收垂直分量线圈11为线径0.6mm的漆包线绕制125匝，接收水平分量线圈12为线径0.1mm的漆包线绕制640匝，所述收发装置1还包含位于接收装置外的发射装置，参见图2，所述发射装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，包括收发装置和测斜模块，所述收发装置设置于测斜模块的前端，其特征在于：/n所述收发装置内设有接收装置，所述接收装置包含内骨架以及放置于内骨架内的长条磁芯，所述内骨架外以长条磁芯的中心法线指向长边方向绕制有接收垂直分量线圈，所述内骨架外与长边反向垂直的方向绕制有接收水平分量线圈，所述收发装置还包含位于接收装置外的发射装置，所述发射装置包含位于接收装置外缘的外骨架，所述外骨架的中部外侧与接收垂直分量线圈的方向相同绕制有发射垂直分量线圈，在外骨架外与接收水平分量线圈相同的反向绕制有发射水平分量线圈，且发射垂直分量线圈和发射水平分量线圈的等效面积相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，包括收发装置和测斜模块，所述收发装置设置于测斜模块的前端，其特征在于：
所述收发装置内设有接收装置，所述接收装置包含内骨架以及放置于内骨架内的长条磁芯，所述内骨架外以长条磁芯的中心法线指向长边方向绕制有接收垂直分量线圈，所述内骨架外与长边反向垂直的方向绕制有接收水平分量线圈，所述收发装置还包含位于接收装置外的发射装置，所述发射装置包含位于接收装置外缘的外骨架，所述外骨架的中部外侧与接收垂直分量线圈的方向相同绕制有发射垂直分量线圈，在外骨架外与接收水平分量线圈相同的反向绕制有发射水平分量线圈，且发射垂直分量线圈和发射水平分量线圈的等效面积相同。


2.如权利要求1所述的钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，其特征在于：由于发射垂直分量线圈的等效面积按照公式(1)进行计算：
SV＝nVπr2(1)
式中nV为发射垂直分量线圈的匝数，r为外骨架的半径长度；
发射水平分量线圈的等效面积按照公式(2)进行计算：
SH＝2nHrl(2)
式中l为外骨架长边长度；
由公式(1)和公式(2)可推出发射水平分量线圈的匝数应为如下公式(3)所示：



其中nH为发射水平分量线圈22的匝数。


3.如权利要求1所述的钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，其特征在于：还包含测试探管，所述测试探管包含发射装置，并在发射装置的外骨架中部内侧布设一个极小的测试接收线圈，测试接收线圈的匝数为20匝以下，线径为0.6mm以下，测试接收线圈绕一垂直轴旋转，轴上方有一固定量角器以控制测试接收线圈的中心法线直线角度。


4.如权利要求1所述的钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，其特征在于：所述长条磁芯的长度为30-38cm，直径为3-3.5cm，接收垂直分量线圈为线径0.6mm的漆包线绕制125匝，接收水平分量线圈为线径0.1mm的漆包线绕制640匝。


5.如权利要求4所述的钻孔底部隐伏水害全方位超前探测装置，其特征在于：所述长条磁芯的长度为34cm，直径为3.2cm。

【专利技术属性】
技术研发人员：范涛，燕斌，石亚丁，石显新，赵兆，赵睿，李博凡，刘磊，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61