CN205643736U - 一种用于坑道超前探测的勘探试验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于坑道超前探测的勘探试验设备。所述设备包括：至少一个屏蔽电极、至少一个测量电极、供电电极、接地电极以及测量装置，所述至少一个屏蔽电极、所述至少一个测量电极以及所述供电电极均设置于坑道的掌子面上，所述接地电极，设置于所述坑道的无穷远处；在所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极均被供电的情况下，所述至少一个屏蔽电极与所述接地电极形成的屏蔽电场，使得所述供电电极与所述接地电极形成的勘探电场呈束状聚集分布，并沿所述坑道纵深传播；所述测量装置，与所述至少一个测量电极连接，用于测量所述至少一个测量电极的电位值，并根据所述电位值随坑道深度的变化曲线判断所述掌子面的前方是否存在异常体。

Description

一种用于坑道超前探测的勘探试验设备

技术领域

本实用新型涉及坑道勘探领域，具体地，涉及一种用于坑道超前探测的勘探试验设备。

背景技术

国内外对坑道超前预报的方法技术研究一直非常重视，研究出基于直流电阻率法、无线电波透视法、地质雷达法、地震波反射法、瑞雷波法和红外测温法等方法的坑道超前预报方法，研制出了专用仪器。这些仪器和方法为探测和预报井下地质灾害做出了重大贡献。

直流电阻率法由于原理比较简单、仪器价格便宜、现场工作容易操作等特点，在坑道超前探测中得到广泛应用。目前，用于巷道头超前探测的直流电阻率法，主要是定点电源法，其井下观测方法是将供电电极A布置在巷道工作面上，另一电极B放至无穷远，测量电极MN沿巷道向内逐点观测；探测巷道顶底板及两侧，则常采用偶极—偶极装置。工作原理是当工作面前方存在有充水溶洞、断层等低阻体时，由于低阻矿化水吸引电流，会使所观测的电阻率减小，反之当工作面前方存在高阻地质体时，观测的电阻率就会增大。

目前对直流电阻率超前探测的数据解释还是建立在理想的状态下，即周围无干扰体、电极距大时假定地下场为全空间分布、极距小时假定电流场是半空间分布，反演时往往忽略巷道的影响。但这些假定通常是不存在的，实际上坑道的周围不仅会有地质体的存在，而且坑道内部也会有积水、轨道、运输、用电等种种人为干扰体的存在。无论是大供电极距、小的供电极距，干扰体的影响都不能勿略。如果忽略这些影响，超前预报就会出现致命性的失误。因此，为了生命和财产安全，研究准确的直流电阻率超前探测方法技术非常重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于坑道超前探测的勘探试验设备。所述设备通过屏蔽电极使得勘探电场向探测区聚集，不仅避免了旁侧干扰的影响，而且还增加了坑道的勘探深度。

为了实现上述目的，本实用新型提供种用于坑道超前探测的勘探试验设备。所述设备包括：

至少一个屏蔽电极、至少一个测量电极、供电电极、接地电极以及测量装置，

所述至少一个屏蔽电极、所述至少一个测量电极以及所述供电电极均设置于坑道的掌子面上，所述接地电极，设置于所述坑道的无穷远处；

在所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极均被供电的情况下，所述至少一个屏蔽电极与所述接地电极形成的屏蔽电场，使得所述供电电极与所述接地电极形成的勘探电场呈束状聚集分布，并沿所述坑道纵深传播；

所述测量装置，与所述至少一个测量电极连接，用于测量所述至少一个测量电极的电位值，并根据所述电位值随坑道深度的变化曲线判断所述掌子面的前方是否存在异常体。

可选地，所述至少一个屏蔽电极通过铜导线连接在一起呈圆形，且所述至少一个屏蔽电极对称。

可选地，所述至少一个测量电极通过铜导线连接在一起呈圆形，且所述至少一个测量电极对称。

可选地，所述至少一个测量电极形成的圆形位于所述至少一个屏蔽电极形成的圆形之内，并共圆心，且所述供电电极处于所述圆心的位置。

可选地，所述至少一个屏蔽电极通过铜导线连接在一起呈正方向形，且所述至少一个屏蔽电极对称。

可选地，所述至少一个测量电极通过铜导线连接在一起呈正方形，且所述至少一个测量电极对称。

可选地，所述至少一个测量电极形成的正方形位于所述至少一个屏蔽电极形成的正方形之内，并共中心，且所述供电电极处于所述中心的位置。

可选地，所述设备还包括：

供电装置，与所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极连接，用于为所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极提供电流。

可选地，所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值没有突变的情况下，则所述掌子面前方不存在所述异常体；

所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值发生突变的情况下，则所述掌子面前方存在所述异常体。

可选地，所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值变小的情况下，则所述掌子面前方存在低阻异常体；

所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值变大的情况下，则所述掌子面前方存在高阻异常体。

通过上述技术方案，在屏蔽电极和供电电极均被供电的情况下，屏蔽电极与接地电极形成的屏蔽电场，使得供电电极与接地电极形成的勘探电场呈束状聚集分布，并沿坑道纵深传播，不仅避免了旁侧干扰的影响，而且还增加了坑道的勘探深度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的勘探试验装置应用于掌子面时的截面图；

图2是本实用新型一实施例提供的勘探试验装置的电极布置示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的勘探试验装置的电极布置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型一实施例提供一种用于坑道超前探测的勘探试验设备。所述设备包括：至少一个屏蔽电极、至少一个测量电极、供电电极、接地电极以及测量装置，所述至少一个屏蔽电极、所述至少一个测量电极以及所述供电电极均设置于坑道的掌子面上，所述接地电极，设置于所述坑道的无穷远处；在所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极均被供电的情况下，所述至少一个屏蔽电极与所述接地电极形成的屏蔽电场，使得所述供电电极与所述接地电极形成的勘探电场呈束状聚集分布，并沿所述坑道纵深传播；所述测量装置，与所述至少一个测量电极连接，用于测量所述至少一个测量电极的电位值，并根据所述电位值随坑道深度的变化曲线判断所述掌子面的前方是否存在异常体。

在具体的实施方式中，所述至少一个屏蔽电极通过铜导线连接在一起呈圆形，且所述至少一个屏蔽电极对称。所述至少一个测量电极通过铜导线连接在一起呈圆形，且所述至少一个测量电极对称。所述至少一个测量电极形成的圆形位于所述至少一个屏蔽电极形成的圆形之内，并共圆心，且所述供电电极处于所述圆心的位置。

在本实用新型的另一实施方式中，所述至少一个屏蔽电极通过铜导线连接在一起呈正方向形，且所述至少一个屏蔽电极对称。所述至少一个测量电极通过铜导线连接在一起呈正方形，且所述至少一个测量电极对称。所述至少一个测量电极形成的正方形位于所述至少一个屏蔽电极形成的正方形之内，并共中心，且所述供电电极处于所述中心的位置。

优选地，所述设备还包括：供电装置，与所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极连接，用于为所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极提供电流。藉此，能够根据所提供电流形成电场。

具体地，所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值没有突变的情况下，则所述掌子面前方不存在所述异常体；所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值发生突变的情况下，则所述掌子面前方存在所述异常体。更为具体地，所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值变小的情况下，则所述掌子面前方存在低阻异常体；所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值变大的情况下，则所述掌子面前方存在高阻异常体。

通过本实验，在屏蔽电极和供电电极均被供电的情况下，屏蔽电极与接地电极形成的屏蔽电场，使得供电电极与接地电极形成的勘探电场呈束状聚集分布，并沿坑道纵深传播，不仅避免了旁侧干扰的影响，而且还增加了坑道的勘探深度。

本实用新型提供的勘探试验装置，为适应不同掌子面需要，电极布置可以是环状的、也可以是正方形的。其中，电极环状布置主要由屏蔽电极环、测量电极环、供电电极、接地电极等构成。在掘进工作面上设置的屏蔽电极环形成屏蔽电场，使供电电极产生的电场呈放射状向隧道纵深传播得更远，观测掘进面上测量电极环的电位随掘进深度的变化情况；接地电极置于“无穷远”处。正方形布置采用九点电源布极方式，屏蔽电极束、测量电极束成正方形对称分布在掌子面上，供电电极位于屏蔽电极束和测量电极束中心，接地电极至于“无穷远”处。

探测时，通过供电装置供电，产生屏蔽电场，观测掌子面上测量电极的电位随掘进深度的变化情况。当掌子面前方没有异常体时，测量电极处的电位不变，而当掌子面前方有低阻(高阻)异常体时，由于低阻(高阻)异常体对电场的吸引(排斥)，测量电极处的电位变小(大)，且随着掌子面距离低阻(高阻)异常体越近，电位越小(大)，异常曲线下降或者上升的梯度越大，从而可达到超前预报的目的。

图1是本实用新型一实施例提供的勘探试验装置应用于掌子面时的截面图。如图1所示，A和A₁为屏蔽电极，A₀为供电电极，B为接地电极，M和M₁为测量电极，I为供电电流。屏蔽电极A和A₁形成屏蔽电场，使供电电极A₀产生的电场呈放射状向隧道纵深传播得更远，观测掘进面上测量电极M和M₁的电位随掘进深度的变化情况；B电极作为接地电极置于“无穷远”处。

图2是本实用新型一实施例提供的勘探试验装置的电极布置示意图。如图2所示，屏蔽电极环A由四个对称的电极组成，电极之间用铜导线连接，测量电极环M由四个对称的电极组成，电极之间用铜导线连接，A₀是供电电极。

图3是本实用新型一实施例提供的勘探试验装置的电极布置示意图。如图3中的(a)和(b)所示，屏蔽电极束A、测量电极束M₁～M₄成正方形对称分布在掌子面上，供电电极A₀位于屏蔽电极束和测量电极束中心，B极置于隧道外“无穷远”处，使用时屏蔽电极束和供电电极同时供应1安培的电流，测量电极可采用任意M₁～M₄作为观测点，也可在M₁～M₄点上同时观测。屏蔽电极束A由九个对称的电极组成，电极之间用铜导线连接，测量电极束M₁-M₄由四个对称的电极组成，电极之间用铜导线连接，A₀是供电电极。

本实用新型提供的勘探试验装置通过设立不同功能的环状观测装置，使一次场电流具有像探照灯一样的聚焦功能，从而避免各种旁侧影响；这种设备将非常容易从随着坑道的开挖实时监测得到的电场(电位差)或电阻率实测曲线变化，判断出工作面前方是否存在有不均匀地质体(特别是低阻水体)，地质体距离工作面还有多远。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述设备包括：

至少一个屏蔽电极、至少一个测量电极、供电电极、接地电极以及测量装置，

所述至少一个屏蔽电极、所述至少一个测量电极以及所述供电电极均设置于坑道的掌子面上，所述接地电极，设置于所述坑道的无穷远处；

在所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极均被供电的情况下，所述至少一个屏蔽电极与所述接地电极形成的屏蔽电场，使得所述供电电极与所述接地电极形成的勘探电场呈束状聚集分布，并沿所述坑道纵深传播；

所述测量装置，与所述至少一个测量电极连接，用于测量所述至少一个测量电极的电位值，并根据所述电位值随坑道深度的变化曲线判断所述掌子面的前方是否存在异常体。

2.根据权利要求1所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述至少一个屏蔽电极通过铜导线连接在一起呈圆形，且所述至少一个屏蔽电极对称。

3.根据权利要求2所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述至少一个测量电极通过铜导线连接在一起呈圆形，且所述至少一个测量电极对称。

4.根据权利要求3所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述至少一个测量电极形成的圆形位于所述至少一个屏蔽电极形成的圆形之内，并共圆心，且所述供电电极处于所述圆心的位置。

5.根据权利要求1所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述至少一个屏蔽电极通过铜导线连接在一起呈正方向形，且所述至少一个屏蔽电极对称。

6.根据权利要求5所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述至少一个测量电极通过铜导线连接在一起呈正方形，且所述至少一个测量电极对称。

7.根据权利要求6所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述至少一个测量电极形成的正方形位于所述至少一个屏蔽电极形成的正方形之内，并共中心，且所述供电电极处于所述中心的位置。

8.根据权利要求1所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，所述设备还包括：

供电装置，与所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极连接，用于为所述至少一个屏蔽电极和所述供电电极提供电流。

9.根据权利要求1所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，

所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值没有突变的情况下，则所述掌子面前方不存在所述异常体；

所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值发生突变的情况下，则所述掌子面前方存在所述异常体。

10.根据权利要求1所述的用于坑道超前探测的勘探试验设备，其特征在于，

所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值变小的情况下，则所述掌子面前方存在低阻异常体；

所述测量装置根据所述变化曲线判断所述电位值变大的情况下，则所述掌子面前方存在高阻异常体。