一種巷道超前探測(cè)裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種巷道超前探測(cè)裝置及方法，該裝置包括設(shè)于巷道內(nèi)的多個(gè)附加電極；布設(shè)于巷道內(nèi)距掌子面預(yù)設(shè)距離處的無(wú)窮遠(yuǎn)電極，無(wú)窮遠(yuǎn)電極與附加電極組形成附加電場(chǎng)；供電電極組布設(shè)于巷道內(nèi)，供電電極組與附加電極組的電性相同，附加電場(chǎng)使供電電極組的電場(chǎng)方向向巷道的掘進(jìn)方向聚焦；觀測(cè)電極組布設(shè)于掌子面上，觀測(cè)電極組在附加電場(chǎng)和供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電位和電位差。該方法是利用上述裝置的附加電極組使巷道內(nèi)形成附加電場(chǎng)，在巷道內(nèi)的附加電極包圍區(qū)域布設(shè)與附加電場(chǎng)同極性的供電電極組，附加電場(chǎng)使供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)方向與巷道的掘進(jìn)方向相同，達(dá)到探測(cè)掌子面前方不良地質(zhì)體的目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種巷道超前探測(cè)裝置及方法
本專利技術(shù)涉及巷道超前探測(cè)
，特別是涉及一種巷道超前探測(cè)裝置及方法。
技術(shù)介紹
在煤田巷道等生產(chǎn)施工中，含水?dāng)鄬印⒑淠嗳芏础⑾萋渲⑵扑閹А④浫醯貙拥扰c水體相關(guān)的不良地質(zhì)體，這些不良地質(zhì)體是超前探測(cè)的主要內(nèi)容。由于不良地質(zhì)體與圍巖具有較明顯的電性差異，因此，利用電法進(jìn)行巷道超前探測(cè)有較好的理論前提。在巷道超前探測(cè)任務(wù)中，巷道迎頭的超前探測(cè)是主要勘探任務(wù)之一。目前，固定點(diǎn)源測(cè)深法或稱單極梯度法是煤田巷道迎頭超前探測(cè)常用的電阻率法，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，單極-偶極(三極)法巷道超前探測(cè)技術(shù)也進(jìn)行了改革，逐步形成三點(diǎn)或多點(diǎn)供電的聯(lián)合三極超前探測(cè)系統(tǒng)。實(shí)踐證明，聯(lián)合三極超前探測(cè)技術(shù)盡管能解決超前探測(cè)的某些問題，也能取得不錯(cuò)的效果，但也存在一些問題。比如，三極法迎頭超前探測(cè)獲得的異常到底來(lái)自于巷道前方，還是巷道底板，不易區(qū)分；其超前探測(cè)的有效距離不易判斷。因此常規(guī)的直流電阻率三極法超前探測(cè)在巷道超前探測(cè)中的前景并不樂觀。綜上，現(xiàn)有的巷道電法存在的問題是難以判斷異常體的位置方向，且異常解釋困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種巷道超前探測(cè)裝置及方法，以解決現(xiàn)有的巷道電法存在難以判斷異常體的位置方向，且異常解釋困難的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種巷道超前探測(cè)裝置，包括：附加電極組，包括多個(gè)附加電極，多個(gè)所述附加電極設(shè)于巷道內(nèi)；無(wú)窮遠(yuǎn)電極，布設(shè)于所述巷道內(nèi)距掌子面預(yù)設(shè)距離處，所述無(wú)窮遠(yuǎn)電極與所述附加電極組形成附加電場(chǎng)；供電電極組，布設(shè)于巷道內(nèi)，所述供電電極組與所述附加電極組的電性相同，所述附加電場(chǎng)使所述供電電極組的電場(chǎng)方向向巷道的掘進(jìn)方向聚焦；觀測(cè)電極組，布設(shè)于所述掌子面上，所述觀測(cè)電極組在所述附加電場(chǎng)和所述供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電位和電位差。可選的，所述附加電極組布設(shè)在巷道內(nèi)的掌子面上；所述供電電極組布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面上，且所述供電電極組位于所述附加電極組構(gòu)成的形狀內(nèi)部，所述供電電極組包括一個(gè)供電電極或多個(gè)供電電極。可選的，所述附加電極組布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面與所述巷道內(nèi)壁的連接處；所述供電電極組布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面上，所述供電電極組包括一個(gè)供電電極或多個(gè)供電電極。可選的，所述附加電極組布設(shè)在所述巷道的內(nèi)壁上；所述供電電極組布設(shè)在位于所述附加電極組與所述掌子面之間的所述巷道的內(nèi)壁上，所述供電電極組包括多個(gè)供電電極。可選的，所述供電電極組為所述附加電極組，所述附加電極組布設(shè)在巷道內(nèi)的掌子面上或布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面與所述巷道內(nèi)壁的連接處或布設(shè)在所述巷道的內(nèi)壁上。本專利技術(shù)還提供了一種巷道超前探測(cè)方法，利用上述的巷道超前探測(cè)裝置進(jìn)行超前探測(cè)，所述巷道超前探測(cè)裝置包括：附加電極組，包括多個(gè)附加電極，多個(gè)所述附加電極設(shè)于巷道內(nèi)；無(wú)窮遠(yuǎn)電極，布設(shè)于所述巷道內(nèi)距掌子面預(yù)設(shè)距離處，所述無(wú)窮遠(yuǎn)電極與所述附加電極組形成附加電場(chǎng)；供電電極組，布設(shè)于巷道內(nèi)，所述供電電極組與所述附加電極組的電性相同，所述附加電場(chǎng)使所述供電電極組的電場(chǎng)方向向巷道的掘進(jìn)方向聚焦；觀測(cè)電極組，布設(shè)于所述掌子面上，所述觀測(cè)電極組在所述附加電場(chǎng)和所述供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電位和電位差；所述方法包括：獲取巷道的掘進(jìn)深度；獲取與所述掘進(jìn)深度對(duì)應(yīng)的所述觀測(cè)電極組的電位和電位差；根據(jù)所述掘進(jìn)深度和與所述掘進(jìn)深度對(duì)應(yīng)的所述電位，確定電位-掘進(jìn)深度曲線；根據(jù)所述掘進(jìn)深度和與所述掘進(jìn)深度對(duì)應(yīng)的所述電位差，確定電位差-掘進(jìn)深度曲線；根據(jù)所述電位-掘進(jìn)深度曲線和所述電位差-掘進(jìn)深度曲線進(jìn)行巷道超前探測(cè)。可選的，在所述獲取巷道的掘進(jìn)深度之前，還包括：采用三維有限元數(shù)值模擬法構(gòu)造巷道。可選的，當(dāng)所述巷道超前探測(cè)裝置中的所述供電電極組為所述附加電極電極組時(shí)，所述根據(jù)所述電位-掘進(jìn)深度曲線和所述電位差-掘進(jìn)深度曲線進(jìn)行巷道超前探測(cè)，具體包括：當(dāng)所述電位-掘進(jìn)深度曲線表示所述電位隨所述掘進(jìn)深度逐漸減小，所述電位差-掘進(jìn)深度曲線表示所述電位差隨所述掘進(jìn)深度逐漸增加時(shí)，確定所述掌子面的前方存在低阻不良地質(zhì)體。可選的，當(dāng)所述巷道超前探測(cè)裝置中的所述供電電極組與所述附加電極電極組分別布設(shè)時(shí)，所述根據(jù)所述電位-掘進(jìn)深度曲線和所述電位差-掘進(jìn)深度曲線進(jìn)行巷道超前探測(cè)，具體包括：當(dāng)所述電位-掘進(jìn)深度曲線表示所述電位隨所述掘進(jìn)深度逐漸減小，所述電位差-掘進(jìn)深度曲線表示所述電位差隨所述掘進(jìn)深度也逐漸減小時(shí)，確定所述掌子面的前方存在低阻不良地質(zhì)體。根據(jù)本專利技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本專利技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：本專利技術(shù)提供的巷道超前探測(cè)裝置及方法通過(guò)在巷道中布設(shè)附加電極組使巷道內(nèi)形成附加電場(chǎng)，再以附加電場(chǎng)為背景，在巷道內(nèi)的附加電極包圍區(qū)域布設(shè)與附加電場(chǎng)同極性的供電電極組，附加電場(chǎng)使供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)方向與巷道的掘進(jìn)方向相同，達(dá)到探測(cè)掌子面前方不良地質(zhì)體的目的。當(dāng)掌子面前方有含水?dāng)鄬印⒑淠嗳芏础⑾萋渲⑵扑閹А④浫醯貙拥扰c水體相關(guān)的不良地質(zhì)體存在時(shí)，由于這些不良地質(zhì)體與圍巖電性存在差異，會(huì)不同程度吸引或排斥電場(chǎng)，因此可以通過(guò)布設(shè)觀測(cè)電極，根據(jù)觀測(cè)電極的電位或電位差隨掘進(jìn)的變化曲線，實(shí)現(xiàn)掌子面前方不良地質(zhì)體的具體位置的探測(cè)。解決了現(xiàn)有的巷道電法存在難以判斷異常體的位置方向，且異常解釋困難的問題。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1提供的巷道超前探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例2提供的巷道超前探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例3提供的巷道超前探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例4提供的巷道超前探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本專利技術(shù)提供的巷道超前探測(cè)方法的流程圖；圖6中(a)為三維有限元網(wǎng)格剖分整體效果示意圖、(b)為中心截面圖、(c)為四面體剖分示意圖；圖7為聚焦電流法工作原理示意圖；圖8中(a)為附加電極完全布設(shè)在掌子面上時(shí)附加電場(chǎng)隨z坐標(biāo)變化情況示意圖，(b)為附加電極布設(shè)在掌子面與巷道壁連接處時(shí)附加電場(chǎng)隨z坐標(biāo)變化情況示意圖，(c)為附加電極布設(shè)在靠近掌子面的巷道壁上時(shí)附加電場(chǎng)隨z坐標(biāo)變化情況示意圖；圖9為附加電極組作為供電電極組進(jìn)行超前探測(cè)的示意圖；圖10中(a)為附加電極組作為供電電極組時(shí)觀測(cè)電極M點(diǎn)歸一化電位-掘進(jìn)深度曲線圖，(b)為附加電極組作為供電電極組時(shí)觀測(cè)電極MN的電位差-掘進(jìn)深度曲線圖；圖11為附加電極組和供電電極組分開布設(shè)進(jìn)行超前探測(cè)的示意圖；圖12中(a)為附加電極組和供電電極組分開布設(shè)時(shí)觀測(cè)電極M點(diǎn)歸一化電位-掘進(jìn)深度曲線圖，(b)為附加電極組和供電電極組分開布設(shè)時(shí)觀測(cè)電極MN的電位差-掘進(jìn)深度曲線圖。其中，附加電極組-1、供電電極組-2、觀測(cè)電極組-3、掌子面-4、巷道-5。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。本專利技術(shù)的目的是提供本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種巷道超前探測(cè)裝置，其特征在于，包括：附加電極組，包括多個(gè)附加電極，多個(gè)所述附加電極設(shè)于巷道內(nèi)；無(wú)窮遠(yuǎn)電極，布設(shè)于所述巷道內(nèi)距掌子面預(yù)設(shè)距離處，所述無(wú)窮遠(yuǎn)電極與所述附加電極組形成附加電場(chǎng)；供電電極組，布設(shè)于巷道內(nèi)，所述供電電極組與所述附加電極組的電性相同，所述附加電場(chǎng)使所述供電電極組的電場(chǎng)方向向巷道的掘進(jìn)方向聚焦；觀測(cè)電極組，布設(shè)于所述掌子面上，所述觀測(cè)電極組在所述附加電場(chǎng)和所述供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電位和電位差。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種巷道超前探測(cè)裝置，其特征在于，包括：附加電極組，包括多個(gè)附加電極，多個(gè)所述附加電極設(shè)于巷道內(nèi)；無(wú)窮遠(yuǎn)電極，布設(shè)于所述巷道內(nèi)距掌子面預(yù)設(shè)距離處，所述無(wú)窮遠(yuǎn)電極與所述附加電極組形成附加電場(chǎng)；供電電極組，布設(shè)于巷道內(nèi)，所述供電電極組與所述附加電極組的電性相同，所述附加電場(chǎng)使所述供電電極組的電場(chǎng)方向向巷道的掘進(jìn)方向聚焦；觀測(cè)電極組，布設(shè)于所述掌子面上，所述觀測(cè)電極組在所述附加電場(chǎng)和所述供電電極組產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電位和電位差。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道超前探測(cè)裝置，其特征在于，所述附加電極組布設(shè)在巷道內(nèi)的掌子面上；所述供電電極組布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面上，且所述供電電極組位于所述附加電極組構(gòu)成的形狀內(nèi)部，所述供電電極組包括一個(gè)供電電極或多個(gè)供電電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道超前探測(cè)裝置，其特征在于，所述附加電極組布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面與所述巷道內(nèi)壁的連接處；所述供電電極組布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面上，所述供電電極組包括一個(gè)供電電極或多個(gè)供電電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道超前探測(cè)裝置，其特征在于，所述附加電極組布設(shè)在所述巷道的內(nèi)壁上；所述供電電極組布設(shè)在位于所述附加電極組與所述掌子面之間的所述巷道的內(nèi)壁上，所述供電電極組包括多個(gè)供電電極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道超前探測(cè)裝置，其特征在于，所述供電電極組為所述附加電極組，所述附加電極組布設(shè)在巷道內(nèi)的掌子面上或布設(shè)在所述巷道內(nèi)的掌子面與所述巷道內(nèi)壁的連接處或布設(shè)在所述巷道的內(nèi)壁上。6.一種巷道超前探測(cè)方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1所述的巷道超前探測(cè)裝置進(jìn)行超前探測(cè)，所述巷道超前探測(cè)裝置包括：附加電極組，包括多個(gè)附加電極，多個(gè)所述附加電極設(shè)于巷道內(nèi)；無(wú)窮遠(yuǎn)電極，布設(shè)于所述巷道內(nèi)距掌...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂玉增，趙榮春，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：桂林理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣西,45