CN110531427A - 一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法，涉及地球物理勘探技术领域，该电极结构简单、易于布置，能够节省钻孔、电极布线等等工序，大大提高探测效率和精度；该锚杆电极包括导电杆体和设于其尾部的信号收发模块；所述信号收发模块包括CPU单元、无线收发单元、电压释放单元和电压测试单元；各单元分别与CPU单元连接；所述无线收发单元与电法测试主机无线连接；所述电压释放单元分别与供电电源和导电杆体连接，CPU单元通过控制电压释放单元来控制供电时间；所述电压测试单元与所述铜制夹具连接，用于测量岩壁中的电信号，并将其电压值传送给所述CPU单元。本发明提供的技术方案适用于井下电法勘探的过程中。

Description

一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法

【技术领域】

本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法。

【背景技术】

矿井直流电法勘探是矿井地球物理勘探的重要分支。它以岩石导电性差异为基础，通过测量和分析巷道或采场附近电场的分布变化规律来研究矿井地质问题。由于断裂构造、岩石孔隙度、含水量和矿化度、外界压力、温度等对岩石导电性影响很大，因此矿井直流电法勘探在采区构造探测和矿井突水、瓦斯突出、冲击地压等地质灾害的预测预报中具有良好的应用前景。

目前井下电法勘探的电极均布置在岩体上，存在着电极与煤岩体耦合不佳导致测试结果不准确的问题。此外，在目前的电极布置及数据传输过程中，煤岩体钻孔、电极布置以及布线过程需要较长的准备时间，操作人员工作效率低，不利于高效、便捷地开展电法测试。

因此，有必要研究一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法，所述电极结构简单、易于布置，能够节省钻孔、电极布线等等工序，大大提高探测效率和精度。

一方面，本发明提供一种直流电法导电锚杆电极装置，其特征在于，所述锚杆电极装置包括导电杆体和信号收发模块；所述信号收发模块设置在所述导电杆体的尾部；所述信号收发模块采用导电夹具夹紧，使信号收发模块和导电杆体的导电性连通；

所述导电杆体的首端插入固定物中。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述信号收发模块包括CPU单元、无线收发单元、电压释放单元和电压测试单元；所述无线收发单元、所述电压释放单元和所述电压测试单元分别与所述CPU单元连接；

所述无线收发单元与用于控制所述锚杆电极装置进行探测的电法测试主机无线通信连接；

所述电压释放单元分别与供电电源和所述导电夹具连接，所述CPU单元通过控制所述电压释放单元来控制供电电源对所述锚杆电极装置的供电时间；

所述电压测试单元与所述导电夹具连接，用于测量经固定物传输的电信号，并将其电压值传送给所述CPU单元。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述供电电源可以有多组，每组具有不同的供电电压。

另一方面，本发明提供一种如上任一所述的直流电法导电锚杆电极装置的布置方法，其特征在于，若干所述锚杆电极装置插设在待勘测的岩石断面上，所述锚杆电极装置的间距均匀；所述锚杆电极装置通过其电压释放单元与供电电源连接。

再一方面，本发明提供一种使用如上任一所述的直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、将若干所述锚杆电极装置插设在待勘测岩石断面上；

S2、将所述锚杆电极装置的序号和位置信息记录在电法测试主机中；

S3、所述电法测试主机根据探测要求和所述锚杆电极装置的位置信息生成信号收发指令；

S4、所述电法测试主机将所述信号收发指令无线传输给用作发射电极的锚杆电极装置；

S5、用作发射电极的所述锚杆电极装置根据接收到的信号收发指令打开供电电源供电并将电压传递至岩石断面；

S6、用作接收电极的所述锚杆电极装置从岩石断面中接收到电信号后将其电压值无线发送给所述电法测试主机；

S7、重复S3-S6，直至所有锚杆电极装置均作为发射电极使用过至少一次，得到该岩石断面的所有电位信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述信号收发指令的信息包括发射电极序号、供电电压以及供电时长。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述发射电极序号的选用方法具体为：选择相邻的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历，直至所有锚杆电极装置均被作为发射电极使用过至少一次；接收电极为除去发射电极外的其他锚杆电极装置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，选择相邻的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历时，从靠近所述电法测试主机的两个锚杆电极装置开始。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述发射电极序号的选用方法具体为：

若相邻的两个锚杆电极装置的间距为x，x＞0，则

先选择间距为x的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历，直至所有锚杆电极装置均被作为发射电极使用过至少一次；

再选择间距为2x的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历；直至所有锚杆电极装置均被作为发射电极使用过至少一次；

接收电极为除去发射电极外的其他锚杆电极装置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，选择间距为x或2x的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历时，从靠近所述电法测试主机的两个锚杆电极装置开始。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：本发明的锚杆电极结构简单、易于布置，能够节省钻孔、电极布线等等工序，大大提高探测效率；该锚杆电极的使用，提高了电极与煤岩体的接触效果，大大提高探测精度；该锚杆电极可以在矿井中实时布置，且与煤岩体耦合良好，能够有效利用锚杆作为电极进行电信号的接收、采集和与主机间的数据交换。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的锚杆电极的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的直流电法导电锚杆电极在无线探测时使用方法的原理图；

图3是本发明一个实施例提供的直流电法无线探测系统现场测试示意图。

其中，图中：

1、导电杆体；2、导电锚固剂；3、信号收发模块；4、铜制夹具；5、围岩边界；6、锚杆托盘。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的″一种″、″所述″和″该″也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明的一种直流电法导电锚杆电极装置，利用正常支护且具有导电性的锚杆(即导电杆体)作为电极本体，每个电极(导电杆体)尾部通过铜质夹具将一个无线信号收发模块与锚杆相连。导电的锚杆电极即可作为发射电极，又可作为接收电极，并与电法测试主机通过Wi-Fi技术实现信息交互。信号收发模块具备以下4项功能：接收电法测试主机的电信号、向锚杆释放电信号、接收锚杆采集的电信号、将电信号发射给电法测试主机。

图1是本发明一个实施例提供的锚杆电极的结构示意图。如图1所示，锚杆电极包括导电杆体1，导电杆体1靠近尾端的1/2范围内设有锚杆托盘6(锚杆电极插入岩壁的一端为首端，另一端为尾端)。锚杆电极的尾部，即锚杆托盘6与导电杆体1的尾端之间，固定设有信号收发模块3，采用铜制夹具4将信号收发模块3与导电杆体1夹紧，并起到导通信号收发模块3和导电杆体1的作用。导电杆体1的首部被插入到岩石后，导电杆体1与围岩边界5之间填充导电锚固剂2。锚杆托盘采用锚固螺栓固定连接在导电杆体1上。这里的岩石指的是普通岩石、煤岩体、煤体以及其他地壳物质，锚杆电极固定于其上用于对其进行电法勘探。

信号收发模块3包括CPU单元、无线收发单元、电压释放单元和电压测试单元；无线收发单元、电压释放单元和电压测试单元分别与CPU单元电连接。无线收发单元采用WiFi技术实现信号的非接触式无线传输。电压释放单元实际为一个电源开关，电压释放单元与供电电源连接，CPU单元通过控制该电源开关控制给锚杆电极供电的时间。供电电源可以有多组，每组具有不同的供电电压，CPU单元根据接收到的信号收发指令(即电法测试主机发送给锚杆电极的指令)中的电压信息选择匹配的电源进行供电。电压测试单元与铜制夹具连接，接收岩壁中的电压信号并将其电压值传输给CPU单元，CPU单元经无线收发单元将该测量出的电压值实时传输给电法测量主机。

为了满足锚杆作为电极使用，锚杆、锚固剂及用于锚固螺栓都需要具有良好的导电性，锚杆电极端部应进行清洁处理。信号收发模块3通过铜质夹具固定在锚杆电极的尾部，不与煤岩体直接接触。

图2是本发明一个实施例提供的直流电法导电锚杆电极在其无线探测过程中的使用方法的原理图。如图2所示，步骤包括：

(1)在矿井范围内布置Wi-Fi系统，实现矿井范围内信号的无线传输；

(2)对锚杆电极编号，将锚杆电极序号与位置信息对应记录于电法测试主机中，生成与锚杆匹配的定位信息；

(3)电法测试主机根据位置信息生成包括发射电极序号、供电电压以及供电时长的信号收发指令，并将该指令通过Wi-Fi系统发送到作为发射电极的锚杆电极的信号收发模块3；

发射电极序号的确定方式具体为：先以间距为x的两个电极(即相邻的两个电极)为发射电极，并进行遍历，再以间距为2x的两个电极为发射电极，并进行遍历；通常情况下，先从距离电法测试主机最近的电极开始；

(4)作为发射电极的锚杆电极的信号收发模块3接收到信号收发指令后，根据指令内容打开供电开关，使电压通过铜制夹具、导电杆体传输到岩壁；电压又通过煤岩介质传输给周围的其他锚杆电极，此时其他锚杆电极作为接收电极，其信号收发模块3中的电压测试单元通过铜质夹具和导电杆体获取锚杆附近的电信号，并将其电压值传送给信号收发模块的CPU单元；

(5)信号收发模块3采集到电信号后，将电信号的电压值经A/D转换后发送给电法测试主机，供主机进行数据分析与处理；

(6)电法测试主机发送另一条信号收发指令，该指令自动切换下一组锚杆作为放电电极，重复以上测量步骤，直到所有电极均作为发射电极发射信号一次，最终得到该区域的所有电位信号。

图3为本发明中所述的直流电法无线探测系统现场测试示意图。其中，1、2、3、4......n为布置在工作面巷道的锚杆电极。在进行直流电法无线探测系统现场测试时，首先将锚杆序号与位置信息对应记录于电法测试主机，生成与锚杆匹配的定位信息；之后主机根据锚杆定位信息，按锚杆编号从1～n顺序选择两个锚杆作为供电电极发射供电信号。一般地，电法测试主机首先选择最近的锚杆电极1和2作为供电电极，其他电极3～n测量电位信号依次通过其导电杆体、铜制夹具和信号收发装置无线传输到电法测试主机。测量完成后，向前移动一个电极距，选择锚杆电极2和3作为供电电极。直到电极间距为x的整条剖面观测完为止。之后，再选择电极间距为2x的电极，重复以上观测，即可得到整个断面的视电阻率图。选择从最靠近的锚杆电极开始供电，能够使得到的电位数据更规律。

本发明提供了一种直流电法导电锚杆电极及其无线探测使用方法，基于锚杆在矿井开采中实时布置以及与煤岩体耦合良好的特点，有效利用锚杆作为电极并采用无线系统传输数据，节省了钻孔、电极布置及布线的工序，大大提高了探测效率与精度。

以上对本申请实施例所提供的一种直流电法电极布置方法与无线实时探测系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的″包含″、″包括″为一开放式用语，故应解释成″包含/包括但不限定于″。″大致″是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句″包括一个......″限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语″和/或″仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符″/″，一般表示前后关联对象是一种″或″的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流电法导电锚杆电极装置，其特征在于，所述锚杆电极装置包括导电杆体和信号收发模块；所述信号收发模块设置在所述导电杆体的尾部；所述信号收发模块采用导电夹具夹紧，使信号收发模块和导电杆体的导电性连通；

所述导电杆体的首端插入固定物中。

2.根据权利要求1所述的直流电法导电锚杆电极装置，其特征在于，所述信号收发模块包括CPU单元、无线收发单元、电压释放单元和电压测试单元；所述无线收发单元、所述电压释放单元和所述电压测试单元分别与所述CPU单元连接；

所述无线收发单元与用于控制所述锚杆电极装置进行探测的电法测试主机无线通信连接；

所述电压释放单元分别与外部的供电电源和所述导电夹具连接，所述CPU单元通过控制所述电压释放单元来控制供电时间；

所述电压测试单元与所述导电夹具连接，用于测量经固定物传输的电信号，并将其电压值传送给所述CPU单元。

3.根据权利要求2所述的直流电法导电锚杆电极装置，其特征在于，所述供电电源可以有多组，每组具有不同的供电电压。

4.一种如权利要求1-3任一所述的直流电法导电锚杆电极装置的布置方法，其特征在于，若干所述锚杆电极装置插设在待勘测的岩石断面上，所述锚杆电极装置的间距均匀；所述锚杆电极装置通过其电压释放单元与供电电源连接。

5.一种使用如权利要求1-3任一所述的直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、将若干所述锚杆电极装置插设在待勘测岩石断面上；

S2、将所述锚杆电极装置的序号和位置信息记录在电法测试主机中；

S3、所述电法测试主机根据探测要求和所述锚杆电极装置的位置信息生成信号收发指令；

S4、所述电法测试主机将所述信号收发指令无线传输给用作发射电极的锚杆电极装置；

S5、用作发射电极的所述锚杆电极装置根据接收到的信号收发指令打开供电电源供电并将电压传递至岩石断面；

S6、用作接收电极的所述锚杆电极装置从岩石断面中接收到电信号后将其电压值无线发送给所述电法测试主机；

S7、重复S3-S6，直至所有锚杆电极装置均作为发射电极使用过至少一次，得到该岩石断面的所有电位信号。

6.根据权利要求5所述的使用直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，所述信号收发指令的信息包括发射电极序号、供电电压以及供电时长。

7.根据权利要求6所述的使用直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，所述发射电极序号的选用方法具体为：选择相邻的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历，直至所有锚杆电极装置均被作为发射电极使用过至少一次；接收电极为除去发射电极外的其他锚杆电极装置。

8.根据权利要求7所述的使用直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，选择相邻的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历时，从靠近所述电法测试主机的两个锚杆电极装置开始。

9.根据权利要求6所述的使用直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，所述发射电极序号的选用方法具体为：

若相邻的两个锚杆电极装置的间距为x，则

先选择间距为x的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历，直至所有锚杆电极装置均被作为发射电极使用过至少一次；

再选择间距为2x的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历；直至所有锚杆电极装置均被作为发射电极使用过至少一次；

接收电极为除去发射电极外的其他锚杆电极装置。

10.根据权利要求9所述的使用直流电法导电锚杆电极装置进行无线探测的方法，其特征在于，选择间距为x或2x的两个锚杆电极装置作为发射电极进行遍历时，从靠近所述电法测试主机的两个锚杆电极装置开始。