CN112983402B - 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法 - Google Patents

井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112983402B
CN112983402B CN202110162034.0A CN202110162034A CN112983402B CN 112983402 B CN112983402 B CN 112983402B CN 202110162034 A CN202110162034 A CN 202110162034A CN 112983402 B CN112983402 B CN 112983402B
Authority
CN
China
Prior art keywords
drilling
detection
transient electromagnetic
early warning
bipolar transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110162034.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112983402A (zh
Inventor
武强
刘春生
曾一凡
刘鎏
陶凤娟
胡刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Changsheng Mine Security Technology Ltd
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
Wuhan Changsheng Mine Security Technology Ltd
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Changsheng Mine Security Technology Ltd, China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical Wuhan Changsheng Mine Security Technology Ltd
Priority to CN202110162034.0A priority Critical patent/CN112983402B/zh
Publication of CN112983402A publication Critical patent/CN112983402A/zh
Priority to US17/465,015 priority patent/US11879327B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112983402B publication Critical patent/CN112983402B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/04—Measuring depth or liquid level
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/10—Locating fluid leaks, intrusions or movements
    • E21B47/113—Locating fluid leaks, intrusions or movements using electrical indications; using light radiations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
    • E21B47/0228—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using electromagnetic energy or detectors therefor
    • E21B47/0232—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using electromagnetic energy or detectors therefor at least one of the energy sources or one of the detectors being located on or above the ground surface
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本公开提供一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法。所述装置包括随钻探测预警主机、电磁信号发射器、随钻探测测量探头以及声波通信装置。本说明书实施例所述井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法可实现隧道、巷道掘进的钻孔进行随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警。

Description

井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及地球物理学电磁法探测技术领域，尤其涉及一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法。
背景技术
地质超前探测预报工作是矿井巷道(隧道)掘进的一个重要环节，在掘进过程中，必须预先评估掘进工作面前方的地质条件，才能确保巷道(隧道)的快速、安全掘进；其中水文地质条件是影响巷道(隧道)安全的一个重要因素，因此需要在掘进过程中对其进行探测。
现有技术中一般采用钻孔探测方法(简称“钻探”)和地球物理探测方法(简称“物探”)对水文地质条件进行探测。但是钻探方法成本高、耗时长、探查范围有限且易引发次生事故；而物探因方法自身的敏感特性和巷道掘进空间的限制，多数方法难以在掘进工作面得到应用。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法，以解决隧道、巷道掘进的钻孔进行随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置，包括随钻探测预警主机、电磁信号发射器、随钻探测测量探头以及声波通信装置；其中，
所述电磁信号发射器，与所述随钻探测预警主机连接，设置于钻杆远离钻头的一端。被配置为根据所述随钻探测预警主机的探测控制信号发射瞬变电磁信号；
所述随钻探测测量探头，设置于所述钻杆另一端的内部且靠近所述钻头，被配置为接收所述瞬变电磁信号经围岩激发的二次磁场信号，基于所述随钻探测测量探头的移动位置生成钻孔轨迹信息，并将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息通过所述声波通信装置发送给所述随钻探测预警主机；
所述随钻探测预警主机，被配置为根据所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息确定所述钻孔中的有害地质体位置；
所述声波通信装置，被配置为实现所述随钻探测预警主机与所述随钻探测测量探头之间的通信连接。
可选的，所述钻杆包括靠近所述钻头设置的无磁钻杆以及远离所述钻头设置的普通钻杆，所述无磁钻杆与所述普通钻杆连接，所述随钻探测测量探头设置于所述无磁钻杆内部。
可选的，所述普通钻杆采用金属材料制作，所述无磁钻杆采用无磁金属材料制作。
可选的，所述随钻探测测量探头的壳体采用无磁金属材料制作。
可选的，所述电磁信号发射器包括至少一个瞬变电磁发射线圈，所述瞬变电磁发射线圈被配置为根据所述探测控制信号发射所述瞬变电磁信号；
所述随钻探测预警主机包括与所述瞬变电磁发射线圈连接的瞬变电磁波发射电路，所述瞬变电磁波发射电路被配置为控制所述瞬变电磁发射线圈。
可选的，所述瞬变电磁波发射电路包括：
至少一个瞬变电磁发射单元，每个所述瞬变电磁发射单元与一个所述瞬变电磁发射线圈连接，用于控制所述瞬变电磁发射线圈发射所述瞬变电磁信号；
隔离可控并联发射控制电路，与至少一个所述瞬变电磁发射单元连接，用于向所述瞬变电磁发射单元发送控制信号以使所述瞬变电磁发射单元控制所述瞬变电磁发射线圈。
可选的，所述瞬变电磁发射单元包括全桥发射电路、并联于所述全桥发射电路两端的供电单元以及电阻；所述全桥发射电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；其中，
所述第一绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述供电单元的阳极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端与所述瞬变电磁发射线的一端连接；
所述第二绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述供电单元的阳极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述瞬变电磁发射线圈的另一端连接；
所述第三绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述电阻的一端连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述供电单元的阴极连接；
所述第四绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极与瞬变电磁发射线圈的另一端连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述供电单元的阴极连接；
所述第一二极管的阳极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述第二二极管的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述第三二极管的阳极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述第四二极管的阳极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第四二极管的阴极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
可选的，还包括：
瞬变电磁发射线圈，设置于所述电磁信号发射器上且与所述瞬变电磁发射线圈同心设置，被配置为接收所述瞬变电磁发射线圈发射的所述瞬变电磁信号；
单通道瞬变电磁接收电路，设置于所述随钻探测预警主机上且与所述瞬变电磁发射线圈连接，被配置为对所述瞬变电磁发射线圈接收的所述瞬变电磁信号进行处理以获得瞬变电磁探测数据图。
可选的，所述声波通信装置包括：
第一声波通信发射器，被配置为向所述随钻探测测量探头发送探头启动控制命令以启动所述随钻探测测量探头；
第一声波通信接收器，被配置为接收所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息。
可选的，所述随钻探测预警主机包括：
第一声波通信发射电路，与所述第一声波通信发射器连接，被配置为控制所述第一声波通信发射器发送所述探头启动控制命令；
第一声波通信接收电路，与所述第一声波通信接收器连接，被配置为控制所述第一声波通信接收器接收所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息。
可选的，所述随钻探测测量探头包括：
第二声波通信接收器，被配置为接收所述第一声波通信发射器发射的所述探头启动控制命令；
第二声波通信接收电路，与所述第二声波通信接收器连接，被配置为对所述探头启动控制命令处理后发送至单片机以启动所述随钻探测测量探头；
第二声波通信发射器，被配置为将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息发送给所述第一声波通信接收器；
第二声波通信发射电路，与所述第二声波通信发射器连接，被配置为控制所述第二声波通信发射器发送所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息。
可选的，所述随钻探测预警主机还被配置为：根据所述三维电磁场场强信息判断是否存在某个钻孔坐标点的三维电磁场场强大于整个待测钻孔所有坐标点的三维电磁场场强的三倍均方差，若是则基于该钻孔坐标点确定所述钻孔中的有害地质体位置并进行报警。
本说明书一个或多个实施例的目的还在于提出一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警方法，用于如上述任一项所述的井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置，其特征在于，包括：
将钻杆置于钻孔中，使随钻探测测量探头位于钻孔内部、电磁信号发射器位于钻孔的孔口；
所述电磁信号发射器根据随钻探测预警主机的探测控制信号发射瞬变电磁信号；
所述随钻探测测量探头接收所述瞬变电磁信号经围岩激发的二次磁场信号，基于所述随钻探测测量探头的移动位置生成钻孔轨迹信息，并将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息通过声波通信装置发送给所述随钻探测预警主机；
所述随钻探测预警主机根据所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息确定所述钻孔中的有害地质体位置。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法，将钻探与物探结合，实现随钻钻孔瞬变电磁探测，可以探测钻孔周围不同半径距离的岩层地质特征，判断钻孔周围一定范围内有无含水体等有害地质体，解决了因软岩或围岩破碎造成孔径变形或塌孔堵塞而无法使钻孔瞬变电磁探头推进进行瞬变电磁探测的问题，解决了当使用钻杆推进遇钻孔坍塌堵塞时也无法进行推进探测问题，既可提高物探的探测精度又可减少钻探的钻孔数量，做到掘进巷道超前精准探测。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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说明书一个或多个实施例，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他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置的结构示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例随钻探测预警主机的结构示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例随钻探测测量探头的结构示意图；
图4为本说明书一个或多个实施例电磁信号发射器的结构示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例瞬变电磁波发射电路的结构示意图；
图6为本说明书一个或多个实施例声波通信装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，水文地质条件是影响巷道(隧道)安全的一个重要因素。通常，在巷道(隧道)掘进前方可能存在的含导水类型有：断层破碎带含导水、陷落柱导水、采空区积水，以及岩溶富水区等。
针对上述不良地质因素的探查，常用的手段为钻孔探测和地球物理探测。其中，钻孔钻探方法成本高、耗时长，且钻探结果为一孔之见，探查范围极为有限；此外，施工钻孔易成为隐伏含水体进入巷道的人为通道，从而引发次生事故，故仅采用钻探手段难以满足实际生产的需要。地球物理探测包括矿井地震反射波法、矿井直流电法、矿井电磁法(瞬变电磁法和无线电波坑透)、瑞雷面波法、地质雷达、放射性测量和红外测温等方法，其具有成本低、快速、探查范围大、距离远等优点，但因各种方法自身的敏感特性和巷道掘进空间的限制，多数方法难以在掘进工作面得到应用。
另外，传统的钻孔物探是等钻孔钻好后，拔出钻杆，再将探测探头推入孔中进行探测；若钻孔围岩是软岩，极易塌孔堵塞，致使探测探头不能推进，造成钻孔物探无法探测。还有传统的钻孔物探测是等钻孔钻到终孔后再进行探测，往往在钻孔过程中可能会出现钻穿含水地质体，这样会给堵水及防治带来很多危害，无法做到钻孔时的进行实时预警预报。
申请人在实现本发明的过程中发现，如果能够将探测设备安装于钻头上，将钻探与物探结合对掘进隧道、巷道迎头及工作面正在钻进的钻孔进行实时超前探测，从而探测钻孔周围不同半径距离的岩层地质特征，及时判断钻孔周围一定范围内的含水体等有害地质体并进行预警，即可解决上述问题。
以下，通过具体的实施例进一步详细说明本发明的技术方案。本说明书一个或多个实施例提供一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置。如图1所示，所述井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置包括随钻探测预警主机1、电磁信号发射器3、随钻探测测量探头2以及声波通信装置4。
其中，所述电磁信号发射器3与所述随钻探测预警主机1连接，设置于钻杆远离钻头8的一端；电磁信号发射器3被配置为根据所述随钻探测预警主机1的探测控制信号发射瞬变电磁信号。如图1所示，在进行探测时，钻头8和钻杆插入位于围岩10中的钻孔9的孔内，电磁信号发射器3位于巷道壁的钻孔9的孔口平面，使电磁信号发射器3的信号发射面与钻孔9垂直、电磁信号发射器3的轴线与钻孔9的轴线重合。
所述随钻探测测量探头2与所述随钻探测预警主机1连接，设置于钻杆另一端的内部且靠近所述钻头8设置，所述随钻探测测量探头2被配置为接收所述瞬变电磁信号经围岩10激发的二次磁场信号，同时基于所述随钻探测测量探头2的移动位置生成钻孔轨迹信息，并将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息通过所述声波通信装置发送给所述随钻探测预警主机。本实施例中，电磁信号发射器3发出的瞬变电磁信号即一次电磁场在围岩10中传递过程中，在遇到低电阻体时会在低电阻体内产生蜗流电场，蜗流电场会产生二次电磁场即二次磁场信号，因此基于二次磁场信号的变化可以检测出是否存在含水体等有害地质体。同时，将所述随钻探测测量探头2与所述电磁信号发射器3分别设置于钻杆的两端使得二者之间具有一定的距离，从而给电磁信号发射器3发出的瞬变电磁信号留出传播的空间。传统的煤矿井下的瞬变电磁探测都是将电磁发射装置与电磁接收装置设置在一起进行发射接收，但它们在设置在一起时互感太强，也就是接收到的发射信号产生较大的一次磁场信号，远方传来的二次磁场信号较弱，会被一次磁场信号压制，对分析不利，有时甚至无法分辨。当接收装置远离发射装置时，接收的一次磁场信号减小，接收的远方的二次磁场信号更靠近，会较大，这样，探测效果会更好。
所述随钻探测预警主机1被配置为根据所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息确定所述待测钻孔中的有害地质体位置。本实施例中，基于所述二次磁场信号的变化可以确定是否存在含水体等有害地质体，通过钻孔轨迹信息可以确定随钻探测测量探头2的移动位置，将二次磁场信号及钻孔轨迹信息结合后进行处理，即可得知各个待测坐标点的三维电磁场场强信息并根据预设的条件确定钻孔中的有害地质体位置。
所述声波通信装置4与所述随钻探测预警主机1电连接。声波通信装置4被配置为实现随钻探测预警主机1以及随钻探测测量探头2之间的通信连接以实现二者之间的信号传输，即随钻探测预警主机1或者随钻探测测量探头2将待传输的信号编译为声波代码后通过声波通信装置4以及钻杆进行传输。如图1所示，普通钻机6设置于钻杆的一端，钻头8设置于钻杆的另一端，声波通信装置4靠近普通钻机6设置且位于普通钻机6远离钻头8的一侧，随钻探测测量探头2靠近钻头8设置及且位于钻头8靠近普通钻机6的一侧。
在本实施例中，将钻探与物探结合，实现随钻钻孔瞬变电磁探测，可以探测钻孔周围不同半径距离的岩层地质特征，判断钻孔周围一定范围内有无含水体等有害地质体，解决了因软岩或围岩破碎造成孔径变形或塌孔堵塞而无法使钻孔瞬变电磁探头推进进行瞬变电磁探测的问题，解决了当使用钻杆推进遇钻孔坍塌堵塞时也无法进行推进探测问题，既可提高物探的探测精度又可减少钻探的钻孔数量，做到掘进巷道超前精准探测。
可选的，如图3所示，所述随钻探测测量探头2包括三维磁场传感器2.1、三维磁场接收电路2.2、第二存储器2.6以及单片机2.4，三维磁场传感器2.1可接收二次磁场信号后，通过三维磁场接收电路2.2发送给单片机2.4进行处理后存储于第二存储器2.6中，以便于进行后续处理。
在一些可选的实施例中，所述钻杆包括靠近所述钻头8设置的无磁钻杆5以及远离所述钻头8设置的普通钻杆7，所述无磁钻杆5与所述普通钻杆7连接，所述随钻探测测量探头2设置于所述无磁钻杆5的内部，且随钻探测测量探头2与无磁钻杆5之间具有3-4mm的间隙，以便于打钻通水或通气，通过水或者空气来冷却钻头8，避免因钻头与岩石切割产生高温对探头8性能的急剧降低以及高温引发的瓦斯爆炸。
如图1所示，普通钻杆7的一端设置有随钻探测预警主机1，另一端与无磁钻杆5的一端连接，无磁钻杆5的另一端与钻头8连接。其中，所述普通钻杆7采用金属材料制作，包括30CrMnS i、30CrMnS iA、42CrMo、45MnMoB、XJY850、S135合金钢等优质合金钢；所述无磁钻杆5采用无磁金属材料制作，包括无磁不锈钢和铍铜等合金材料。
本实施例中，普通钻杆7与无磁钻杆5均采用金属材料，而采用金属材料制杆壁作的钻杆是很好的弹性材料，是弹性波最好的载体，因此声波通信装置4可利用金属钻杆的金属特性实现信号的传输。同时，随钻探测测量探头2接收的二次磁场信号是激发出来的磁场信号，若钻杆有磁性，则会压制磁信号的分辨精度，降低接收传感器的灵敏度，因此无磁钻杆5需要采用无磁金属材料制作。因需要随钻探测，钻杆必须是较大强度的材料，所以需要用金属，不能用塑料的材质。因此钻杆采用金属材质，而金属材质对电场有较大的屏蔽作用，因此随钻瞬变电磁探测只能用磁传感器。
可选的，所述随钻探测测量探头2的壳体采用直径为30-50mm的无磁金属材料制作，从而可以避免影响随钻探测测量探头2的灵敏度。
在本说明书一个或多个实施例中，所述电磁信号发射器3包括至少一个瞬变电磁发射线圈，每个瞬变电磁发射线圈由多匝电缆和独立接线接口组成，并被缠绕为方框或圆圈形状；其中瞬变电磁发射线圈为方框时其边长为2-3m，瞬变电磁发射线圈为圆圈形状时其直径为2-3m。所述瞬变电磁发射线圈被配置为根据所述探测控制信号发射所述瞬变电磁信号；如图2所示，所述随钻探测预警主机1包括与所述瞬变电磁发射线圈连接的瞬变电磁波发射电路1.4，所述瞬变电磁波发射电路1.4被配置为控制所述瞬变电磁发射线圈。如图4所示，电磁信号发射器3包括1-4个可控并联的瞬变电磁发射线圈3.1、3.2、3.3、3.4，随钻探测预警主机1可通过瞬变电磁波发射电路1.4控制1-4个可控并联的瞬变电磁发射线圈3.1、3.2、3.3、3.4发射所述瞬变电磁信号，瞬变电磁信号经过围岩10传播并激发生成二次磁场信号后被随钻探测测量探头2的三维磁场传感器2.1接收，经三维磁场接收电路2.2处理后保存在第二存储器2.6中。
可选的，所述瞬变电磁波发射电路1.4包括隔离可控并联发射控制电路1.4.1以及至少一个瞬变电磁发射单元。如图5所示，瞬变电磁波发射电路1.4包括四个瞬变电磁发射单元1.4.4、1.4.5、1.4.6、1.4.7，每个瞬变电磁发射单元与一个瞬变电磁发射线圈连接，用于控制所述瞬变电磁发射线圈发射所述瞬变电磁信号。隔离可控并联发射控制电路与至少一个所述瞬变电磁发射单元连接，用于向所述瞬变电磁发射单元发送控制信号以使所述瞬变电磁发射单元控制所述瞬变电磁发射线圈的发射功率以及瞬变电磁发射线圈的发射数量，即控制瞬变电磁信号是由一个瞬变电磁发射线圈发射，还是两个瞬变电磁发射线圈发射，还是三个瞬变电磁发射线圈发射，还是四个瞬变电磁发射线圈发射。
可选的，每个所述瞬变电磁发射单元包括全桥发射电路、并联于所述全桥发射电路两端的供电单元以及电阻。如图5所示，以瞬变电磁发射单元1.4.4为例，瞬变电磁发射单元1.4.4包括全桥发射电路1.4.2、并联于所述全桥发射电路1.4.2两端的供电单元1.4.3以及电阻R1。其中，所述全桥发射电路1.4.2包括第一绝缘栅双极型晶体管G1、第二绝缘栅双极型晶体管G2、第三绝缘栅双极型晶体管G3、第四绝缘栅双极型晶体管G4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4。
其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管G1的门极与所述隔离可控并联发射控制电路1.4.1连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管G1的集电极与所述供电单元1.4.3的阳极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管G1的发射极与所述电阻R的一端连接，所述电阻R的另一端与所述瞬变电磁发射线3.1的一端连接。所述第二绝缘栅双极型晶体管G2的门极与所述隔离可控并联发射控制电路1.4.1连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管G2的集电极与所述供电单元1.4.3的阳极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管G2的发射极与所述瞬变电磁发射线圈3.1的另一端连接。所述第三绝缘栅双极型晶体管G3的门极与所述隔离可控并联发射控制电路1.4.1连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管G3的集电极与所述电阻R的一端连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管G3的发射极与所述供电单元1.4.3的阴极连接。所述第四绝缘栅双极型晶体管G4的门极与所述隔离可控并联发射控制电路1.4.1连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管G4的集电极与瞬变电磁发射线圈3.1的另一端连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管G4的发射极与所述供电单元1.4.3的阴极连接。
所述第一二极管D1的阳极与所述第一绝缘栅双极型晶体管G1的发射极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一绝缘栅双极型晶体管G1的集电极连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管G2的发射极连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第二绝缘栅双极型晶体管G2的集电极连接；所述第三二极管D3的阳极与所述第三绝缘栅双极型晶体管G3的发射极连接，所述第三二极管D3的阴极与所述第三绝缘栅双极型晶体管G3的集电极连接；所述第四二极管D4的阳极与所述第四绝缘栅双极型晶体管G4的发射极连接，所述第四二极管D4的阴极与所述第四绝缘栅双极型晶体管G4的集电极连接。
在本实施例中，通过隔离可控并联发射控制电路1.4.1交替控制各个绝缘栅双极型晶体管的开启状态从而控制瞬变电磁发射线圈发射信号，包括：在当前周期时，第一绝缘栅双极型晶体管G1、第四绝缘栅双极型晶体管G4开通，而第二绝缘栅双极型晶体管G2、第三绝缘栅双极型晶体管G3关闭；在下一周期时，第一绝缘栅双极型晶体管G1、第四绝缘栅双极型晶体管G4关闭，而第二绝缘栅双极型晶体管G2、第三绝缘栅双极型晶体管G3开通。同时，通过电阻与瞬变电磁发射线圈串联从而控制发射电流，以满足煤矿防爆要求。
可选的，电磁信号发射器3还设置有瞬变电磁接收线圈3.5，瞬变电磁接收线圈3.5与所述瞬变电磁发射线圈同心设置，被配置为接收所述瞬变电磁发射线圈发射的所述瞬变电磁信号作为一次磁场信号；之后，设置于所述随钻探测预警主机1上且与所述瞬变电磁接收线圈3.5连接的单通道瞬变电磁接收电路1.3对所述瞬变电磁发射线圈接收的所述瞬变电磁信号进行处理，并由设置于随钻探测预警主机1内的中央处理器1.8保存到第一存储器1.9中，之后生成瞬变电磁探测数据图显示在随钻探测预警主机1的人机交互设备1.7上。
在本说明书一个或多个实施例中，如图6所示，所述声波通信装置4包括第一声波通信发射器4.1以及第一声波通信接收器4.2。其中，第一声波通信发射器4.1被配置为向所述随钻探测测量探头2发送探头启动控制命令以启动所述随钻探测测量探头；第一声波通信接收器4.2被配置为接收所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息。
本实施例中，当需要开始进行探测时，随钻探测预警主机1控制第一声波通信发射器4.1将探头启动控制命令编译为声波代码后发射出去，探头启动控制命令通过普通钻杆7传送至随钻探测测量探头2，随钻探测测量探头2接收该探头启动控制命令后解译成相应的控制命令来实现随钻探测测量探头2的工作。随钻探测测量探头2采集到二次磁场信号及钻孔轨迹信息之后，也编译为声波代码后发送给第一声波通信接收器4.2，由第一声波通信接收器4.2发送给随钻探测测量探头2进行后续处理。
可选的，所述随钻探测预警主机1还包括第一声波通信发射电路1.2以及第一声波通信接收电路1.1。其中，第一声波通信发射电路1.2与所述第一声波通信发射器4.1连接，被配置为控制所述第一声波通信发射器4.1发送所述探头启动控制命令；第一声波通信接收电路1.1与所述第一声波通信接收器4.2连接，被配置为控制所述第一声波通信接收器4.2接收所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息。可选的，所述随钻探测测量探头2包括第二声波通信接收器2.8、第二声波通信接收电路2.7、第二声波通信发射器2.10以及第二声波通信发射电路2.9。其中，第二声波通信接收器2.8被配置为接收所述第一声波通信发射器4.1发射的所述探头启动控制命令；第二声波通信接收电路2.7与所述第二声波通信接收器2.8连接，被配置为对所述探头启动控制命令处理后发送至单片机以启动所述随钻探测测量探头2；第二声波通信发射器2.10被配置为将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息发送给所述第一声波通信接收器4.2；第二声波通信发射电路2.9与所述第二声波通信发射器2.10连接，被配置为控制所述第二声波通信发射器2.10发送所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息。
在上述实施例中，当需要开始进行探测时，随钻探测预警主机1通过第一声波通信发射电路1.2控制第一声波通信发射器4.1将探头启动控制命令编译为声波代码后发射给第二声波通信接收器2.8，第二声波通信接收器2.8接收探头启动控制命令后通过第二声波通信接收电路2.7发送给随钻探测测量探头2的ARM单片机2.4，ARM单片机2.4解译后控制随钻探测测量探头2的三维磁场接收电路2.2、三维磁场传感器2.1、三维姿态电子罗盘2.3、第二声波通信发射电路2.9以及第二声波通信发射器2.10等开始工作。
当三维磁场传感器2.1接收到二次磁场信号后，通过三维磁场接收电路2.2将二次磁场信号后传输给ARM单片机2.4进行处理并发送到第二存储器2.6进行存储；同时在探测过程中，三维姿态电子罗盘2.3测量随钻探测测量探头2处的钻孔9轨迹，并将钻孔轨迹数据保存到存储器第二存储器2.6中。
之后，ARM单片机2.4将二次磁场信号及钻孔轨迹信息编译为声波代码，并通过第二声波通信发射电路2.9、第二声波通信发射器2.10发送给声波通信装置4，由第一声波通信接收器4.2接收后通过第一声波通信接收电路1.1传输给随钻探测预警主机1的中央处理器1.8，由于中央处理器1.8进行处理，从而获得最终的预警信息。
可选的，所述随钻探测预警主机1还被配置为：根据所述三维电磁场场强信息判断是否存在某个钻孔坐标点的三维电磁场场强大于整个待测钻孔所有坐标点的三维电磁场场强的三倍均方差，若是则基于该钻孔坐标点确定所述钻孔中的有害地质体位置并进行报警。
本说明书一个或多个实施例还提供一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警方法，该方法用于上述任一项实施例所述的井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置。所述方法包括：
步骤S101，将钻杆置于钻孔中，使随钻探测测量探头位于钻孔内部、电磁信号发射器位于钻孔的孔口。
在本步骤中，首先将随钻探测测量探头2安装于无磁钻杆5中，无磁钻杆5的一端与普通钻杆7连接，另一端与钻头8连接。将整个钻杆置于待测钻孔9的孔内，将电磁信号发射器4的瞬变电磁发射线圈置于巷道壁的钻孔9的孔口，并使瞬变电磁发射线圈的平面与待测钻孔9垂直、瞬变电磁发射线圈的轴线与待测钻孔9的轴线重合。
步骤S102，所述电磁信号发射器根据随钻探测预警主机的探测控制信号发射瞬变电磁信号。
本步骤之前中，当钻杆进入钻孔9后，随钻探测预警主机1通过声波通信装置4中的第一声波通信发射电路1.2控制第一声波通信发射器4.1发射探头启动控制命令，经过普通钻杆7和无磁钻杆5传送至随钻探测测量探头2的第二声波通信接收器2.8，并被第二声波通信接收电路2.7接收，启动随钻探测测量探头2工作。
在本步骤中，随钻探测测量探头2启动后，随钻探测预警主机1通过瞬变电磁波发射电路1.4控制电磁信号发射器3中的至少一个瞬变电磁发射线圈发出瞬变电磁信号，瞬变电磁信号经过钻孔9围岩10传播到随钻探测测量探头2的周围并激发二次磁场信号，随钻探测测量探头2的三维磁场传感器2.1接收这些磁场信号，并经三维磁场接收电路2.2进行数据处理保存在第二存储器2.6中，同时随钻探测测量探头2的三维姿态电子罗盘2.3测量随钻探测测量探头2处的钻孔9轨迹，并将钻孔轨迹数据保存到第二存储器2.6中。
步骤S103，所述随钻探测测量探头接收所述瞬变电磁信号经围岩激发的二次磁场信号，基于所述随钻探测测量探头的移动位置生成钻孔轨迹信息，并将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息通过声波通信装置发送给所述随钻探测预警主机。
在本步骤中，随钻探测测量探头2的ARM单片机2.4自动将当点测量的磁场数据和钻孔轨迹数据编译成声波代码，经第二声波通信发射电路2.9、第二声波通信发射器22.10发射出声波编码信号，声波编码信号经无磁钻杆5、普通钻杆7传送到钻孔9外端的第一声波接收器4.2。
步骤S104，所述随钻探测预警主机根据所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息确定所述钻孔中的有害地质体位置。
在本步骤中，经随钻探测预警主机1的第一声波通信接收电路1.1进行信号处理，然后经中央处理器1.8解译成当时随钻探测测量探头2处的瞬变电磁探测数据和钻孔轨迹数据并保存至第一存储器1.9中，并经随钻探测预警主机1的人机交互设备1.7显示出当时随钻探测测量探头2处的瞬变电磁探测数据和钻孔轨迹数据图。
随着钻头8向钻孔9内的进一步钻进，当每完成一根钻杆长度的钻进后，随钻探测预警主机1自动启动完成步骤S101步骤S104的工作，直到整个钻孔9钻进达到设计深度，并完成整个钻孔9深度的随钻瞬变电磁的探测和钻孔9轨迹测量。
同时，随钻探测预警主机1基于获得的二次磁场信号及钻孔轨迹信息进行处理分析从而确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息判断是否存在某个钻孔坐标点的三维电磁场场强大于整个待测钻孔所有坐标点的三维电磁场场强的三倍均方差，若是则基于该钻孔坐标点确定所述钻孔中的有害地质体位置并进行报警。其分析方法如下：
Figure GDA0004049183090000151
其中，Mij表示归一化的二次磁场的某一方向的某一坐标点的二次磁场信号；M0ij表示检测的直达的一次磁场的某一方向的某一坐标点的一次磁场信号；M1ij表示被激励的二次磁场的某一方向的某一点的一次磁场信号；其中，i表示x、y方向，j表示1、2、3、.........n测点数。
由于在进行随钻接收探测时，随着钻孔的深度加深，随钻探测测量探头2与电磁信号发射器3的距离就慢慢增大，随着距离的增大，接收到的一次场信号就变小；同时发射的一次电磁场信号因地层的耦合也有差异；因此，接收的二次磁场信号的变化就会随距离和发射耦合电磁场强弱产生变化。因此，必须消除因发射和距离产生的一次场的变化因素，进行归一化，以便用单位强度的一次场信号来评价产生二次场的大小。
随钻探测预警主机1的中央处理器1.8根据归一化后得到的三维二次磁场信号进行计算处理，生成新的三维磁场瞬变探测图，再结合钻孔9轨迹图，将三维磁场瞬变探测图中所有的数据变化大于三倍以上所有的数据均方差的数据定为异常体产生的异常数据，由于低阻体容易产生较大的磁场信号根据异常体产生的异常数据分析判定待测钻孔9周围岩体10是否有低阻体存在，然后含水体的电阻较低，这样就可以根据异常数据分析判断待测钻孔9周围岩体10是否存在含水体，如果存在含水体，继续得到含水体的具体位置，依此做出预报，实现待测钻孔9的超前探测及预报。
上述实施例中，如果确定出待测钻孔9周围岩体存在含水体，随钻探测预警主机1根据步骤6中得到的待测钻孔9的整个待测钻孔9深度的三维磁场数据图和待测钻孔9轨迹图，利用三维磁场大小和方向(正负)值判定分析含水体在待测钻孔9三维体中的哪一个方向，实现三维定向。
本说明书实施例所述井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法，可以对隧道、巷道掘进的钻孔进行随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警，能够探测出钻孔周围0～40米范围内的富水体和导水通道等有害地质体并进行精细有效的探测预警预报。相比于现有的超前预报设备和方法，说明书实施例所述井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法可实现随钻钻孔瞬变电磁探测，可以探测钻孔周围不同半径距离的岩层地质特征，判断钻孔周围一定范围内有无含水体等有害地质体，解决了因软岩或围岩破碎造成孔径变形或塌孔堵塞而无法使钻孔瞬变电磁探头推进进行瞬变电磁探测的问题，解决了当使用钻杆推进遇钻孔坍塌堵塞时也无法进行推进探测问题；是钻探和物探有机的结合，这样既可提高物探的探测精度又可减少钻探的钻孔数量，做到掘进巷道超前精准探测。
需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置，其特征在于，包括随钻探测预警主机、电磁信号发射器、随钻探测测量探头以及声波通信装置；其中，
所述电磁信号发射器，与所述随钻探测预警主机连接，设置于钻杆远离钻头的一端，被配置为根据所述随钻探测预警主机的探测控制信号发射瞬变电磁信号；
所述随钻探测测量探头，设置于所述钻杆另一端的内部且靠近所述钻头，被配置为接收所述瞬变电磁信号经围岩激发的二次磁场信号，基于所述随钻探测测量探头的移动位置生成钻孔轨迹信息，并将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息通过所述声波通信装置发送给所述随钻探测预警主机；
所述随钻探测预警主机，被配置为根据所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息确定所述钻孔中的有害地质体位置；
所述声波通信装置，被配置为实现所述随钻探测预警主机与所述随钻探测测量探头之间的通信连接；
所述电磁信号发射器包括至少一个瞬变电磁发射线圈，所述瞬变电磁发射线圈被配置为根据所述探测控制信号发射所述瞬变电磁信号；
所述随钻探测预警主机包括与所述瞬变电磁发射线圈连接的瞬变电磁波发射电路，所述瞬变电磁波发射电路被配置为控制所述瞬变电磁发射线圈；
所述瞬变电磁波发射电路包括：
至少一个瞬变电磁发射单元，每个所述瞬变电磁发射单元与一个所述瞬变电磁发射线圈连接，用于控制所述瞬变电磁发射线圈发射所述瞬变电磁信号；
隔离可控并联发射控制电路，与至少一个所述瞬变电磁发射单元连接，用于向所述瞬变电磁发射单元发送控制信号以使所述瞬变电磁发射单元控制所述瞬变电磁发射线圈；
所述声波通信装置包括：
第一声波通信发射器，被配置为向所述随钻探测测量探头发送探头启动控制命令以启动所述随钻探测测量探头；
第一声波通信接收器，被配置为接收所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息；
所述瞬变电磁发射单元包括全桥发射电路、并联于所述全桥发射电路两端的供电单元以及电阻；所述全桥发射电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；其中，
所述第一绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述供电单元的阳极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端与所述瞬变电磁发射线的一端连接；
所述第二绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述供电单元的阳极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述瞬变电磁发射线圈的另一端连接；
所述第三绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述电阻的一端连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述供电单元的阴极连接；
所述第四绝缘栅双极型晶体管的门极与所述隔离可控并联发射控制电路连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极与瞬变电磁发射线圈的另一端连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述供电单元的阴极连接；
所述第一二极管的阳极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述第二二极管的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述第三二极管的阳极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述第四二极管的阳极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第四二极管的阴极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置还包括：
瞬变电磁接收线圈，设置于所述电磁信号发射器上且与所述瞬变电磁发射线圈同心设置，被配置为接收所述瞬变电磁发射线圈发射的所述瞬变电磁信号；
单通道瞬变电磁接收电路，设置于所述随钻探测预警主机上且与所述瞬变电磁发射线圈连接，被配置为对所述瞬变电磁发射线圈接收的所述瞬变电磁信号进行处理以获得瞬变电磁探测数据图；
所述随钻探测测量探头的壳体采用无磁金属材料制作；
所述随钻探测预警主机包括：
第一声波通信发射电路，与所述第一声波通信发射器连接，被配置为控制所述第一声波通信发射器发送所述探头启动控制命令；
第一声波通信接收电路，与所述第一声波通信接收器连接，被配置为控制所述第一声波通信接收器接收所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息；
所述随钻探测测量探头包括：
第二声波通信接收器，被配置为接收所述第一声波通信发射器发射的所述探头启动控制命令；
第二声波通信接收电路，与所述第二声波通信接收器连接，被配置为对所述探头启动控制命令处理后发送至单片机以启动所述随钻探测测量探头；
第二声波通信发射器，被配置为将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息发送给所述第一声波通信接收器；
第二声波通信发射电路，与所述第二声波通信发射器连接，被配置为控制所述第二声波通信发射器发送所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息；
所述随钻探测预警主机还被配置为：
根据所述三维电磁场场强信息判断是否存在某个钻孔坐标点的三维电磁场场强大于整个待测钻孔所有坐标点的三维电磁场场强的三倍均方差，若是则基于该钻孔坐标点确定所述钻孔中的有害地质体位置并进行报警。
2.根据权利要求1所述的井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置，其特征在于，所述钻杆包括靠近所述钻头设置的无磁钻杆以及远离所述钻头设置的普通钻杆，所述无磁钻杆与所述普通钻杆连接，所述随钻探测测量探头设置于所述无磁钻杆内部。
3.根据权利要求2所述的井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置，其特征在于，所述普通钻杆采用金属材料制作，所述无磁钻杆采用无磁金属材料制作。
4.一种井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警方法，用于如权利要求1-3任一项所述的井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置，其特征在于，包括：
将钻杆置于钻孔中，使随钻探测测量探头位于钻孔内部、电磁信号发射器位于钻孔的孔口；
所述电磁信号发射器根据随钻探测预警主机的探测控制信号发射瞬变电磁信号；
所述随钻探测测量探头接收所述瞬变电磁信号经围岩激发的二次磁场信号，基于所述随钻探测测量探头的移动位置生成钻孔轨迹信息，并将所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息通过声波通信装置发送给所述随钻探测预警主机；
所述随钻探测预警主机根据所述二次磁场信号及所述钻孔轨迹信息确定各个待测坐标点的三维电磁场场强信息，并根据所述三维电磁场场强信息确定所述钻孔中的有害地质体位置。
CN202110162034.0A 2021-02-05 2021-02-05 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法 Active CN112983402B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110162034.0A CN112983402B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法
US17/465,015 US11879327B2 (en) 2021-02-05 2021-09-02 System and method of transient electromagnetic advanced detection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110162034.0A CN112983402B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112983402A CN112983402A (zh) 2021-06-18
CN112983402B true CN112983402B (zh) 2023-03-03

Family

ID=76348136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110162034.0A Active CN112983402B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11879327B2 (zh)
CN (1) CN112983402B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113655516B (zh) * 2021-08-11 2022-05-17 中国矿业大学 一种基于定向随钻相变矢量测震的地质构造精准探测方法
CN113740919A (zh) * 2021-09-10 2021-12-03 上海山南勘测设计有限公司 一种深埋电力管线探测方法及装置
CN114895374B (zh) * 2022-05-23 2023-03-21 中国矿业大学 一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法
CN117601923B (zh) * 2023-11-28 2024-04-30 唐山中弘智能科技有限公司 轨道探伤自动巡检系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102129088A (zh) * 2010-12-31 2011-07-20 桂林电子科技大学 探地仪发射机
CN104656153A (zh) * 2015-01-29 2015-05-27 武汉长盛煤安科技有限公司 随钻钻孔电磁波层析成像超前探测装置及方法
CN104777517A (zh) * 2015-03-12 2015-07-15 北京中矿大地地球探测工程技术有限公司 一种瞬变电磁法勘查设备中发射机的发射电路
CN105510979A (zh) * 2015-12-01 2016-04-20 吉林大学 负载并联放电的瞬变电磁发射机电路
CN106208734A (zh) * 2016-08-22 2016-12-07 中国科学院电子学研究所 瞬变电磁勘探系统发射机
CN106321086A (zh) * 2015-07-02 2017-01-11 中石化石油工程技术服务有限公司 裸眼井地层电阻率瞬态测量方法
CN107703552A (zh) * 2017-09-21 2018-02-16 武汉长盛煤安科技有限公司 一种矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置及方法
CN109884720A (zh) * 2019-03-21 2019-06-14 武汉长盛工程检测技术开发有限公司 确定富水性的地井三维复合频率电磁探测装置及方法
CN110275223A (zh) * 2019-06-26 2019-09-24 中国海洋石油集团有限公司 一种深水地质灾害的随钻监测系统及随钻监测与识别方法
CN111948645A (zh) * 2020-08-07 2020-11-17 武汉长盛煤安科技有限公司 煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7816921B2 (en) * 2006-09-20 2010-10-19 Baker Hughes Incorporated Resistivity tools with load-bearing azimuthally sensitive antennas and methods of using same
US8356673B2 (en) * 2007-07-03 2013-01-22 Shell Oil Company Down-hole transmitter system, method of inducing a transient electromagnetic field in an earth formation, method of obtaining a transient electromagnetic response signal, and method of producing a hydrocarbon fluid
US7962287B2 (en) * 2007-07-23 2011-06-14 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for optimizing magnetic signals and detecting casing and resistivity
US8200437B2 (en) * 2008-09-30 2012-06-12 Schlumberger Technology Corporation Method for borehole correction, formation dip and azimuth determination and resistivity determination using multiaxial induction measurements
US9274243B2 (en) * 2012-01-05 2016-03-01 Merlin Technology, Inc. Advanced drill string communication system, components and methods
EP2859484A4 (en) * 2012-06-11 2016-07-13 Landmark Graphics Corp METHODS AND ASSOCIATED SYSTEMS FOR MODELING AND PREDICTING OPERATIONAL RESULTS OF DRILLING OPERATION
US9983276B2 (en) * 2012-06-25 2018-05-29 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole all-optical magnetometer sensor
US9797241B2 (en) * 2013-02-07 2017-10-24 Xact Downhole Telemetry Inc. Acoustic transmitter for transmitting a signal through a downhole medium
EP2965439A1 (en) * 2013-03-05 2016-01-13 Evolution Engineering Inc. System and method for regulating an electromagnetic telemetry signal sent from downhole to surface
WO2014194418A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-11 Evolution Engineering Inc. Method and apparatus for detecting gamma radiation downhole
US9482777B2 (en) * 2014-02-21 2016-11-01 Baker Hughes Incorporated Transient electromagnetic tool mounted on reduced conductivity tubular
CN104035137B (zh) * 2014-06-03 2015-05-06 吉林大学 地下全空间瞬变电磁探测仪及探测方法
GB2540899B (en) * 2014-06-17 2020-12-30 Halliburton Energy Services Inc Reluctance sensor for measuring a magnetizable structure in a subterranean environment
CA2962364C (en) * 2014-10-22 2019-09-24 Halliburton Energy Services, Inc. Magnetic sensor correction for field generated from nearby current
CA2969321C (en) * 2014-12-31 2020-09-08 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and systems employing fiber optic sensors for ranging
WO2017105428A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Halliburton Energy Services, Inc. Multilateral well sensing system
EP3263832A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-03 Openfield Method and device for depth positioning downhole tool and associated measurement log of a hydrocarbon well
WO2018075007A1 (en) * 2016-10-18 2018-04-26 Halliburton Energy Services, Inc. Improved mcilogging for processing downhole measurements
CN207751937U (zh) * 2017-11-14 2018-08-21 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的探测装置
CN108337006B (zh) * 2018-02-05 2020-08-07 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102129088A (zh) * 2010-12-31 2011-07-20 桂林电子科技大学 探地仪发射机
CN104656153A (zh) * 2015-01-29 2015-05-27 武汉长盛煤安科技有限公司 随钻钻孔电磁波层析成像超前探测装置及方法
CN104777517A (zh) * 2015-03-12 2015-07-15 北京中矿大地地球探测工程技术有限公司 一种瞬变电磁法勘查设备中发射机的发射电路
CN106321086A (zh) * 2015-07-02 2017-01-11 中石化石油工程技术服务有限公司 裸眼井地层电阻率瞬态测量方法
CN105510979A (zh) * 2015-12-01 2016-04-20 吉林大学 负载并联放电的瞬变电磁发射机电路
CN106208734A (zh) * 2016-08-22 2016-12-07 中国科学院电子学研究所 瞬变电磁勘探系统发射机
CN107703552A (zh) * 2017-09-21 2018-02-16 武汉长盛煤安科技有限公司 一种矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置及方法
CN109884720A (zh) * 2019-03-21 2019-06-14 武汉长盛工程检测技术开发有限公司 确定富水性的地井三维复合频率电磁探测装置及方法
CN110275223A (zh) * 2019-06-26 2019-09-24 中国海洋石油集团有限公司 一种深水地质灾害的随钻监测系统及随钻监测与识别方法
CN111948645A (zh) * 2020-08-07 2020-11-17 武汉长盛煤安科技有限公司 煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The Development of the Water-Richness Evaluation Model for the Unconsolidated Aquifers Based on the Extension Matter-Element Theory;Shen J et al.;《Geotechnical and Geological Engineering》;20200601;第38卷(第3期);全文 *
一种新型瞬变电磁仪发射电路设计;徐亚昆等;《工矿自动化》;20140731;第40卷(第7期);全文 *
基于多匝小线圈的瞬变电磁发射系统设计;彭良玉等;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20160915(第9期);全文 *
基于感性负载的瞬变电磁发射波形调控技术研究;杨宇等;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20160915(第9期);全文 *
基于钻孔激发极化法的井下超前探水技术研究;刘春生等;《煤炭工程》;20180630;第50卷(第3期);全文 *
瞬变电磁测井低压大功率发射电路设计;张守伟等;《自动化仪表》;20170831;第38卷(第8期);全文 *
矿井瞬变电磁收发端结构优化设计;李国才等;《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》;20150215(第2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20220251945A1 (en) 2022-08-11
CN112983402A (zh) 2021-06-18
US11879327B2 (en) 2024-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112983402B (zh) 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法
US10845503B2 (en) Three-dimensional directional transient electromagnetic detection device and method for mining borehole
US10613245B2 (en) Mine TEM three-component detection method
US9817148B2 (en) Borehole while drilling electromagnetic tomography advanced detection apparatus and method
CN103995296B (zh) 瞬变电磁法地孔探测方法与装置
CA2765306C (en) Drilling collision avoidance apparatus, methods, and systems
CN1869400B (zh) 随钻双感应电阻率测量仪
CN109143378A (zh) 一种在煤矿巷道内顺层超前探测含水构造的二次时差方法
CN103995295A (zh) 直流电法地孔探测方法与装置
CN104007472A (zh) 孔中直流电法超前探测方法
WO2010132927A1 (en) Forward looking borehole radar to determine proximity of adjacent interface of different seams or layers
CN111948645A (zh) 煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法
US6318463B1 (en) Slickline fluid indentification tool and method of use
CN114035237A (zh) 一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法
CN109884720B (zh) 确定富水性的地井三维复合频率电磁探测装置及方法
CN113093292A (zh) 一种地-孔瞬变电磁监测煤层顶板注浆方法
CN112485833A (zh) 基于小回线源地孔瞬变电磁的城市隧道异常体探测方法
CN109738964B (zh) 地震波和电磁波联合反演的隧道预报装置、掘进机及方法
CN116927757A (zh) 用于煤矿井下防冲钻孔的多参数随钻测量智能钻杆及方法
CN113309506B (zh) 基于孔中电偶极子发射的超前观测方法与装置
CN203502601U (zh) 老窑巷道赋水与否超前探测装置
CN102678103B (zh) 随钻电磁波电阻率类仪器钻铤凹槽尺寸的制定方法
CN112540415A (zh) 煤矿井下孔中瞬变电磁空间透视装置及方法
CN211293288U (zh) 一种实验室内交流电测井测量系统
CN214011542U (zh) 煤矿井下孔中瞬变电磁空间透视装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40053560

Country of ref document: HK

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant