CN105116457A - 一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置。本装置包括底座，底座上设置有与底座构成转动配合的基轴，所述基轴上分别设置有测距仪和收发天线，本装置还包括驱动基轴转动的驱动机构。基轴安装在底座上，底座用于保证测距仪和收发天线在勘探过程中的稳定性，从而确保测距仪和收发天线能够在探测过程中进行精确的定位；工作时驱动机构驱动基轴转动，由于测距仪和收发天线都固定在基轴上，因此当基轴转动时，测距仪和收发天线即可对巷道断面面积和断面形状进行连续精确地观测。本装置能够解决现有的井下区域内探地雷达勘探装置勘探过程不稳定、探测结果无法进行精确定位、无法对巷道断面进行连续精确勘探的问题。

Description

一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置

技术领域

本发明属于巷道围岩勘探领域，具体涉及一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置。

背景技术

巷道围岩是一个极其复杂的地质体，岩层复杂多变，存在断层、褶曲等各种复杂的地质构造，一切与围岩有关的工作，如工作面开采、巷道布置、巷道支护设计等，都离不开对区域内围岩地质特征的充分了解。探地雷达系统将高频(100～1000MHz或更高)电磁波以宽频带脉冲形式由发射天线向被探测物发射，根据反射波信号的时延形状及频谱特性等参数，可以解译出目标深度、介质结构及性质，在数据处理的基础上，应用数字图像的恢复与重建技术，对探测目标进行成像处理，以期达到对探测目标真实和直观的再现。

根据电磁波在地下介质的传播规律，在区域内通过多次布点，探地雷达可以对区域内岩层、空洞、断层、地质结构、地下水以及地下矿藏等目标进行查找和描述，对区域内的巷道围岩地质变化形初步的认知，合理的划分区域内巷道围岩的类型，着重注意对地质异常区域的处理，指导矿井的绿色安全高效开采。目前区域内巷道围岩地质变化的探地雷达勘探装置，存在以下不足：

①没有充分考虑连续探测过程中巷道断面的变化；

②测线布置少，无法对巷道断面探测结果进行精确定位；

③无法形成区域内准确有效的巷道围岩三维地质变化图。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，本装置能够解决现有的井下区域内探地雷达勘探装置勘探过程不稳定、探测结果无法进行精确定位、无法对巷道断面进行连续精确勘探的问题，有助于形成准确有效的区域内巷道围岩三维地质变化图。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，本装置包括底座，底座上设置有与底座构成转动配合的基轴，所述基轴上分别设置有测距仪和收发天线，本装置还包括驱动基轴转动的驱动机构。

优选的，所述底座包括沿着基轴的长度方向分设在基轴两端的支架，两支架之间设置有连接彼此的横杆；所述底座还包括分别固定在两支架上的承托基座，所述基轴的两端部分别架设在两承托基座上；所述承托基座的端面上设有转动指示角度。

优选的，所述驱动机构包括电机，所述电机固定在承托基座上，电机的输出轴轴线与基轴的轴线相平行，所述基轴的外圆周面上在靠近电机输出轴的一侧设置有皮带轮槽，所述驱动机构还包括连接电机输出轴和皮带轮槽的皮带。

优选的，所述底座上还设置有使基轴的端部与承托基座固定联接的固定销或紧固螺钉。

进一步的，所述承托基座的端部设置有方位指针。

优选的，所述基轴呈圆柱状，基轴的两端设置有细长杆状的轴头，所述轴头架设在两承托基座上；所述基座上设置有测距仪卡槽和固定孔，所述测距仪固定在测距仪卡槽处，所述收发天线固设在固定孔处。

优选的，所述固定孔中穿设固定有固定杆，所述固定杆中套设有伸缩杆，所述伸缩杆与固定杆构成滑动配合，所述固定杆中还设置有驱动伸缩杆沿固定杆的杆长方向滑动的伸缩机构，所述收发天线固定在伸缩杆的杆头部。

优选的，所述伸缩杆的杆头部设置有可旋转固定托盘，所述可旋转固定托盘与伸缩杆构成转动配合；所述收发天线固定在可旋转固定托盘的上侧；所述固定杆上设置有电缆卡槽。

优选的，所述伸缩机构包括设置在固定杆中的圆柱弹簧，所述圆柱弹簧的一端固定在伸缩杆的底部，另一端固定在固定杆的内部；所述伸缩机构还包括拉线，所述拉线的一端与伸缩杆的底部固接，另一端穿过圆柱弹簧后绕设在固定杆中的缠线轮上；所述缠线轮的伸出在固定杆的一端形成转动把手；所述缠线轮可沿垂直于固定杆杆长的方向移动，且固定杆上设置有供缠线轮定位的定位卡槽。

优选的，所述支架上设有滚轮，所述支架在滚轮的旁侧设置有定位板，定位板上设有定位孔，所述定位孔处插设有固定钢钎。

本发明的有益效果在于：

1)、本装置中包括底座、基轴、驱动基轴转动的驱动机构、测距仪和收发天线。基轴安装在底座上，底座用于保证测距仪和收发天线在勘探过程中的稳定性，从而确保测距仪和收发天线能够在探测过程中进行精确的定位；工作时驱动机构驱动基轴转动，由于测距仪和收发天线都固定在基轴上，因此当基轴转动时，测距仪和收发天线即可对巷道断面面积和断面形状进行连续精确地观测，从而有助于形成准确有效的区域内巷道围岩三维地质变化图。

2)、本装置中的底座上设置有滚轮和固定钢钎，当需要沿着巷道的纵深方向进行探测时，可以推动底座前进，滚轮的设置极大地降低了探测工作人员的劳动强度；此外，当推送到探测位置时，即可采用固定钢钎将本装置固定，从而可以实现多点探测，且能够实现对巷道断面探测结果进行精确定位。

3)、本装置采用皮带驱动方式，通过在基座的端部设置皮带轮槽，不但实现了减速的效果，而且简化了驱动结构，使得转动过程较为平稳，确保了探测结果的精确性。

4)、本装置中还设置有使基轴的轴头与承托基座固定联接的固定销或紧固螺钉，则当需要在特定位置(也可以理解为基轴转动时的任意角度)进行探测时，采用固定销或紧固螺钉使基轴不再转动即可，进一步可以连续勘探巷道轴线方向的地质状况，也保证了探测结果的精确性。

5)、本装置中的收发天线设置在伸缩杆的杆头部，伸缩杆和固定杆之间设置有伸缩机构，伸缩机构包括圆柱弹簧、拉线和缠线轮，本装置利用圆柱弹簧的推力使收发天线与巷道内壁保持紧密接触；同时利用伸缩杆的自由伸缩，可使设备适应不同的巷道断面形状和尺寸；此外，本装置中的收发天线通过可旋转固定托盘固定在伸缩杆的杆头部，从而使得收发天线在巷道断面内旋转时具有一定的柔性和调节度，极大地提高了本装置的适用性。

6)、本装置还在固定杆的杆身上设置有电缆卡槽，工作时可将电缆的一端拉直固定在固定赶上，这种结构能够尽量避免电缆的电磁信号对收发天线的影响，有助于提高探测的精确度。

附图说明

图1为本发明的工作状态结构示意图。

图2为勘探装置的主视图。

图3为勘探装置的侧视图。

图4为图3的A-A剖面图。

图5为底座的滚轮结构示意图。

图6a为缠线轮的侧视图。

图6b为缠线轮的侧剖面图。

图7a为可旋转固定托盘的主视图。

图7b为可旋转固定托盘的侧视图。

图7c为可旋转固定托盘的俯视图。

图中附图标记的含义如下：

1-三角架2-连接横杆3-滚轮4-固定孔5-固定钢钎

6-承托基座7-端部凹槽8-基轴9-电机10-皮带

11-电源控制台12-固定孔13-固定盖板14-测距仪卡槽

15-测距仪16-皮带轮槽17-方位指针18-U型销

19-圆柱弹簧20-固定杆21-伸缩杆22-电缆卡槽

23-缠线轮24-可旋转固定托盘25-收发天线

26-综合控制电缆27-便携式主机28-巷道断面测线

29-巷道轴向测线轴头-30拉线-31

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本装置包括底座、基轴8、驱动基轴8转动的驱动机构、固定杆20、伸缩杆21、伸缩机构、测距仪15和收发天线25，下面逐一进行介绍：

1.底座

如图1～4所示，所述底座包括沿着基轴8的长度方向分设在基轴8两端的支架，支架为三角架1，横杆2通过螺栓螺母连接在两个三角架1之间，并将两个三角架1之间的距离固定。所述底座还包括分别固定在两个三角架1上的承托基座6，所述承托基座6的端面上设有转动指示角度和方位指针17。

如图1、5所示，三角架1的下侧设有滚轮3，三角架1在滚轮3的旁侧设置有定位板，定位板上设有定位孔，所述定位孔处插设有固定钢钎5。需要定位时所述固定钢钎5穿过固定孔扎入地面并固定整个装置。

2.基轴和驱动机构

如图2、4所示，所述基轴8呈圆柱状，所述基轴8的两端部设置有细长杆状的轴头30，两个轴头30分别架设在底座的两个承托基座6上，所述基轴8通过轴头30与承托基座6构成转动配合。

所述基轴8上设置有测距仪卡槽14和固定孔12，所述测距仪15为PD5激光测距仪，测距仪15固定在测距仪卡槽14处；所述固定孔12设置在基轴8的中部，固定杆20插设固定在固定孔12中，所述基轴8上还设置有用于紧固固定杆20的固定盖板13。收发天线25通过伸缩杆21、固定杆20设置在固定孔12处，。

如图1、2、4所示，所述驱动机构包括电机9，所述电机9为直流调速正反转电机，电机9通过螺母固定在承托基座6的下侧。电源控制台11设置在底座的旁侧，所述电源控制台11可控制电机9的正反转、电机转速以及向电机9提供直流电源。

电机9的输出轴轴线与基轴8的轴线相平行，所述基轴8的外圆周面上在靠近电机输出轴的一侧设置有皮带轮槽16，所述驱动机构还包括连接电机输出轴和皮带轮槽16的皮带10。因此所述驱动机构实际为皮带传动机构。

如图4所示，所述底座上还设置有使基轴8的端部与承托基座6固定联接的固定销即U型销18，所述U型销18通过承托基座6的端部凹槽7将基轴8的轴头30卡死，U型销的设置使得测距仪15和收发天线25能够在以任意角度精确测量基轴中心到巷壁的距离，并可连续勘探巷道轴线方向的地质状况。

3.固定杆、伸缩杆、伸缩机构

如图1、2、4所示，所述固定杆20中套设有伸缩杆21，所述伸缩杆21通过滑槽与固定杆20构成滑动配合，所述固定杆20中还设置有驱动伸缩杆21沿固定杆20的杆长方向滑动的伸缩机构，所述收发天线25固定在伸缩杆21的杆头部。

如图4所示，所述伸缩机构包括设置在固定杆20中的圆柱弹簧19，所述圆柱弹簧19的一端固定在伸缩杆21的底部，另一端固定在固定杆20的内部；所述伸缩机构还包括拉线30，所述拉线30的一端与伸缩杆21的底部固接，另一端穿过圆柱弹簧19后绕设在固定杆20中的缠线轮23上；所述缠线轮23的伸出在固定杆20的一端形成转动把手；所述缠线轮23可沿垂直于固定杆20杆长的方向移动，且固定杆20上设置有供缠线轮23定位的定位卡槽。如图6a、6b所示。

使用时，当基轴8距离某处的巷壁较近时，用手旋转转动把手，缠线轮23转动使拉线31缠绕在缠线轮23上，从而固定杆20中的拉线31长度缩短，拉线31随即克服圆柱弹簧19的弹力将伸缩杆21向下拉，伸缩杆21在拉线31的拉力下回缩到固定杆20的中空杆腔中，从而伸缩杆21伸出在外侧的杆身变短；当基轴8距离某处的巷壁较远时，反向操作即可，因此本发明中的这种结构有利于勘探装置适应不同的巷道断面形状和尺寸。

当需要固定杆长长度时，左右移动缠线轮23，使得缠线轮23固定在固定杆20上的定位卡槽里即可。

4.测距仪和收发天线

所述测距仪15固定在测距仪卡槽14处。

如图7a、7b、7c所示，所述伸缩杆21的杆头部设置有可旋转固定托盘24，所述可旋转固定托盘24与伸缩杆21构成转动配合；所述收发天线25固定在可旋转固定托盘24的上侧。

如图2所示，所述固定杆20上设置有电缆卡槽22，电缆卡槽22上设置有与便携式主机27相连的综合控制电缆26。

具体说来，本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过各个部件组装而成，组装过程灵活方便，便于运输；本发明通过基轴8的旋转和PD5激光测距仪，可精确基轴中心到巷壁的距离，结合绘图软件，可以确定巷道断面面积和断面形状的变化；本装置利用电缆卡槽22将综合控制电缆26的一端拉直固定在固定杆20上，能够尽量避免电缆的电磁信号对收发天线25的影响；本装置利用可旋转固定托盘24有一定的旋转度，使整个装置在巷道断面内旋转具有一定柔性，同时由于圆柱弹簧19的推力使收发天线25与巷道壁保持紧密接触；利用伸缩杆21的自由伸缩，可使设备适应不同的巷道断面形状和尺寸；利用电机9使伸缩杆21在巷道断面内匀速旋转，大大减少了劳动强度，本装置分析数据处理图像上的距离与中心轴的旋转角度存在的线性关系，通过此关系可将探测结果进行精确定位；本装置利用U型销通过承托基座6的端部凹槽7将基轴轴头31卡死在任意角度，可连续勘探巷道轴线方向的地质状况；利用巷道断面测线和巷道轴向测线的密集布置，保证数据的可靠性，通过三维绘图软件，可绘制区域内准确有效的巷道围岩三维地质变化图。

本发明根据探地雷达的基本原理，通过测线的密集布置，利用信号采集系统、信号处理系统和三维绘图软件，能够观测巷道断面面积和断面形状在连续观测过程的中改变，实现巷道断面探测结果的精确定位和形成有效的区域内巷道围岩三维地质变化图。

该勘探装置可进行如下观测任务：1)观测巷道断面面积和断面形状在连续观测过程的改变；2)观测任意巷道断面内的地质变化，并实现探测结果的精确定位；3)观测巷道轴线方向任意位置的地质变化；4)绘制区域内有效的巷道围岩三维地质变化图。

上述4项实验需要完成的基本的工序是：1)根据观测任务和观测区域的大小，合理布置测线，并对巷道断面测线和巷道轴向测线进行标识；2)按照设备图纸，在井下巷道完成底座与转轴的组装；3)完成直流调速正反转电机、自由伸缩杆和探地雷达的设备组装。

各项观测任务通过不同的操作完成，分别为：

观测任务1)：在完成上述基本工序2)的基础上，根据皮带轮槽16的指示，按照一定的角度人工旋转基轴8，每旋转一次角度，利用测距仪15测量一次距离，并记录数据，直至完成整个断面的观测，后推动设备到下一个观测线，根据记录的数据和几何关系，利用绘图软件绘制三维图，从而确定测线巷道断面面积和巷道断面形状的变化；

观测任务2)：在完成观测任务1)的基础上，完成基础工序3)，将固定钢钎5分别插入四支车轮的固定孔4中使该设备固定，根据观测得到的距离，调整缠线轮23保证在距离最大处收发天线25依然能够紧贴巷壁，再调整电源控制台11和控制便携式主机27，使固定杆20在巷道断面内匀速旋转至结束位置，此时记录旋转时间，并分析数据处理图像上的距离与中心轴的旋转角度存在的线性关系，通过此关系，利用绘图软件绘制的三维图，将探测结果在图纸上进行精确定位；

观测任务3)：参照观测任务2)，调整23保证在距离最大处收发天线25依然能够紧贴巷壁，利用固定销18通过端部凹槽7将基轴8固定在设定的角度，再控制便携式主机27，通过滚轮3的滚动，匀速推动整个勘探装置至结束位置，最后将探测结果在图纸上进行定位；

观测任务4)：参照观测任务2)和3)，分别沿着巷道断面测线28和巷道轴向测线29对区域内巷道围岩地质变化进行密集观测，将探测结果在图纸上进行定位，形成区域内准确有效的巷道围岩三维地质变化图。

Claims (10)

1.一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：本装置包括底座，底座上设置有与底座构成转动配合的基轴(8)，所述基轴(8)上分别设置有测距仪(15)和收发天线(25)，本装置还包括驱动基轴转动的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述底座包括沿着基轴(8)的长度方向分设在基轴(8)两端的支架，两支架之间设置有连接彼此的横杆(2)；所述底座还包括分别固定在两支架上的承托基座(6)，所述基轴(8)的两端部分别架设在两承托基座(6)上；所述承托基座(6)的端面上设有转动指示角度。

3.根据权利要求2所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机(9)，所述电机(9)固定在承托基座(6)上，电机(9)的输出轴轴线与基轴(8)的轴线相平行，所述基轴(8)的外圆周面上在靠近电机输出轴的一侧设置有皮带轮槽(16)，所述驱动机构还包括连接电机输出轴和皮带轮槽(16)的皮带(10)。

4.根据权利要求2所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述底座上还设置有使基轴(8)的端部与承托基座(6)固定联接的固定销或紧固螺钉。

5.根据权利要求2所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述承托基座(6)的端部设置有方位指针(17)。

6.根据权利要求2所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述基轴(8)呈圆柱状，基轴(8)的两端设置有细长杆状的轴头(30)，所述轴头(29)架设在两承托基座(6)上；所述基座(8)上设置有测距仪卡槽(14)和固定孔(12)，所述测距仪(15)固定在测距仪卡槽(14)处，所述收发天线(25)固设在固定孔(12)处。

7.根据权利要求6所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述固定孔(12)中穿设固定有固定杆(20)，所述固定杆(20)中套设有伸缩杆(21)，所述伸缩杆(21)与固定杆(20)构成滑动配合，所述固定杆(20)中还设置有驱动伸缩杆(21)沿固定杆(20)的杆长方向滑动的伸缩机构，所述收发天线(25)固定在伸缩杆(21)的杆头部。

8.根据权利要求6所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述伸缩杆(21)的杆头部设置有可旋转固定托盘(24)，所述可旋转固定托盘(24)与伸缩杆(21)构成转动配合；所述收发天线(25)固定在可旋转固定托盘(24)的上侧；所述固定杆(20)上设置有电缆卡槽(22)。

9.根据权利要求7所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述伸缩机构包括设置在固定杆(20)中的圆柱弹簧(19)，所述圆柱弹簧(19)的一端固定在伸缩杆(21)的底部，另一端固定在固定杆(20)的内部；所述伸缩机构还包括拉线(31)，所述拉线(31)的一端与伸缩杆(21)的底部固接，另一端穿过圆柱弹簧(19)后绕设在固定杆(20)中的缠线轮(23)上；所述缠线轮(23)的伸出在固定杆(20)的一端形成转动把手；所述缠线轮(23)可沿垂直于固定杆(20)杆长的方向移动，且固定杆(20)上设置有供缠线轮(23)定位的定位卡槽。

10.根据权利要求2～9任一项所述的一种探测区域内巷道围岩三维地质变化的勘探装置，其特征在于：所述支架上设有滚轮(3)，所述支架在滚轮(3)的旁侧设置有定位板，定位板上设有定位孔，所述定位孔处插设有固定钢钎(5)。