一种用于水文地质勘查的节理分析系统技术方案

本发明专利技术涉及勘测技术领域，具体公开了一种用于水文地质勘查的节理分析系统，包括节理信号收集装置、节理分析模块、预警模块，所述节理信号收集装置通过对节理周围环境的动态检测确保信号收集环境的稳定对节理发展过程中振动信号的收集，所述节理分析模块用于对所述待测节理的振动信号进行分析处理，所述预警模块根据所述节理分析模块的分析结果判定矿山岩体的开挖是否安全并作出预警，基于激光测振的非接触式振动监测技术建立对节理实时动态的分析系统用于水文地质勘查，有效解决了在岩体表面安装传感器时受矿山复杂地理环境的限制，为矿产开挖的进行提供更有效的数据支撑以及时对因矿产开采工作导致的地质灾害进行预警。时对因矿产开采工作导致的地质灾害进行预警。时对因矿产开采工作导致的地质灾害进行预警。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水文地质勘查的节理分析系统


[0001]本专利技术涉及勘测
，具体是一种用于水文地质勘查的节理分析系统。

技术介绍

[0002]水文地质勘查可用于对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、地下水、地貌等地质情况进行重点有所不同的调查研究，其中，矿产水文地质主要服务于矿产的勘探与开采，节理常作为矿液的流动通道和停积场所，直接控制着脉状金属矿床的分布，矿产开采过程中节理裂隙会发生一系列的变化，节理裂隙发展到一定程度会导致地下水突涌等地质灾害，所以在矿产开发的过程对节理裂隙的发展进行动态监测可以有效对地质灾害作出预警，但目前的岩体裂隙监测技术大都依赖于在岩体表面安装传感器进行监测，但因地形环境复杂使传感器的布设难度较大进而造成安装成本高，而且安装过程会对岩体构造造成一定影响，可能还会发生不可预知的的事件，因此还需要研究和开发一些具有针对性的勘查方法和技术，来提高地质勘查工作效率，为后期的矿产开采工作提供有效数据，来制定矿产开采方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于水文地质勘查的节理分析系统，根据岩石发生破坏的不同阶段微裂纹生成时的不同特征对节理发展过程中不同阶段微裂纹生成时的振动信号进行收集分析可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于水文地质勘查的节理分析系统，其特征在于，包括节理信号收集装置、节理分析模块、预警模块，所述节理信号收集装置包括激光发射装置、环境检测装置、振动信号采集装置，所述激光发射装置包括第一光源、第二光源，分别作为环境检测装置和振动信号采集装置的激光发射源，所述环境检测装置用于检测激光束的传播路径中环境因素对激光束的传播影响，所述振动信号采集装置用于对待测节理发展过程中振动信号的收集并将数据信号传输到节理分析模块，所述节理分析模块用于对待测节理的振动信号进行分析处理，所述节理分析模块的输入端与所述节理信号收集装置的输出端连接，所述节理分析模块的输出端与所述预警模块连接，所述预警模块根据所述节理分析模块的分析结果判定矿山岩体的开挖是否安全并作出预警。
[0005]作为本专利技术再进一步的方案：所述环境检测装置包括粉尘浓度传感器、除尘装置，所述粉尘浓度传感器用于检测激光束传播路径的粉尘浓度，所述粉尘浓度传感器分两路与除尘装置和第二光源连接形成一个反馈系统对检测环境做预处理，所述除尘装置用于待所测粉尘浓度超过粉尘浓度阈值时对激光传播路径进行除尘以此保证激光信号的透过率，防止因粉尘对激光束传播影响不利于节理振动信号的采集进而影响数据的准确性。
[0006]作为本专利技术再进一步的方案：所述振动信号采集装置包括激光测振传感器、信号处理器，由于激光束作用在节理上会发生反射现象，反射光作用在所述激光测振传感器表
面，节理的振动会使反射光与入射光的频率产生干涉，所述激光测振传感器由此收集待测节理的振动信号，所述信号处理器用于通过反射光与入射光之间的频差以及反射光与入射光到达传感器表面的时间差可得到节理变化速度，根据速度与位移之间的关系可绘制出位移
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时间曲线从曲线图中提取振幅和频率。
[0007]作为本专利技术再进一步的方案：所述节理分析模块包括节理数据筛选模块、节理信号分析模块、节理预测模块，所述节理数据筛选模块将节理振动时的振幅和频率作为离散数值采用求平均值的方法，对超出平均值倍的异常节理数据进行剔除，排除异常数据对分析结果造成的影响，所述节理信号分析模块根据不同时间段节理振动的振幅和频率的变化值构建节理的振幅
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时间以及频率
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时间变化曲线，所述节理预测模块用于建立待测节理的有序振动预测模型。
[0008]作为本专利技术再进一步的方案：所述节理预测模块包括节理数据标准库、节理变化曲线预测模块，所述节理数据标准库将标准试验下对完整岩体加载直到掩体发生完全破坏的振幅
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时间、频率
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时间变化图作为数据标准，用于对实测数据的曲线走向进行比较，所述节理变化曲线预测模块将节理数据标准库中所记录的标准试验下对完整岩体加载直到掩体发生完全破坏的振幅
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时间、频率
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时间变形曲线作为参考，基于节理破坏曲线与完整岩体破坏曲线的走向基本一致的原理，通过将实测节理变形曲线走向与数据库中变形曲线走向进行对比来模拟节理频率变化曲线。
[0009]作为本专利技术再进一步的方案，一种用于水文地质勘查的节理分析系统，包括如下使用方法：步骤一：根据待测节理的不同角度和高度选取不同的固定支座，将所述节理信号收集装置固定在测定点位置防止装置发生振动位移对检测数据造成干扰，并且调节所述节理信号收集装置的激光发射装置使激光发射方向垂直向下与待测节理相对；步骤二：待所述激光探头的位置调整结束，仔细检查各部件之间的连线是否正确，确保各部件处于关闭状态，然后打开激光发射装置的第一光源的电源开关，依次打开节理分析模块、预警模块，系统进入待运行状态，首先通过利用环境检测装置检测激光束的传播路径中环境因素对激光束的传播影响，由所述第一光源向待测节理方向发射激光束，利用激光束遇到粉尘会发生散射现象，收集区域内散射光传至粉尘浓度传感器，根据粉尘浓度在0~97g/m3范围时，激光信号的透过率基本保持不变的原理，在所述粉尘浓度传感器上设定阈值，当所述粉尘浓度传感器超过阈值时激发除尘装置运转并且此时所述粉尘浓度传感器与第二光源的电路处于断开状态，所述除尘装置可采用喷雾降尘的方法降低测定区域的粉尘浓度，保证激光信号的透过率不受到环境影响，当所述粉尘浓度传感器的粉尘浓度低于阈值时所述除尘装置自动关闭并且此时所述粉尘浓度传感器与第二光源的电路连通刺激第二光源对振动信号采集装置发射激光束，由于激光束照射在节理上会发生反射现象，反射光作用在所述激光测振传感器表面，节理的振动会使反射光与入射光的频率产生差异，所述激光测振传感器根据不同频率在传感器表面发生干涉的原理由此收集待测节理的振动信号并将收集到的振动信号传输至信号处理器，所述信号处理器通过反射光与入射光之间的频差以及反射光与入射光到达传感器表面的时间差可得到节理变化速度，根据速度与位移之间的关系可绘制出位移
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时间曲线从曲线图中提取振幅和频率；步骤三：待所述节理信号收集装置收集所述待测节理振动信息完成，由信号处理
器通过无线传输方式将数据传至所述节理分析模块，记所述待测节理的振动离散信号为Xn,n=0,1,2...n
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1,由所述节理分析模块对数据信号进行分析处理，首先由节理数据筛选模块对离散数值求出平均值，对超出平均数倍的异常样本进行剔除，排除异常数据对分析结果造成的影响，然后由节理信号分析模块对数据进行分析处理，所述节理信号分析模块根据振幅和频率的变化值构建待测节理的振幅变化图以及频率变化图，高频率值对应小尺度微裂纹， 低频率值对应于大的裂隙，所述节理预测模块通过提取节理数据标准库中标准试验下对完整岩体加载直到掩体发生完全变化的振幅频率变化图作为参考由节理变化曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水文地质勘查的节理分析系统，其特征在于，包括节理信号收集装置（1）、节理分析模块（2）、预警模块（3），所述节理信号收集装置（1）包括激光发射装置（11）、环境检测装置（12）、振动信号采集装置（13），所述激光发射装置（11）包括第一光源（111）、第二光源（112），分别作为环境检测装置（12）和振动信号采集装置（13）的激光发射源，所述环境检测装置（12）用于检测激光束的传播路径中环境因素对激光束的传播影响，所述振动信号采集装置（13）用于对待测节理发展过程中振动信号的收集并将数据信号传输到节理分析模块（2），所述节理分析模块（2）用于对待测节理的振动信号进行分析处理，所述节理分析模块（2）的输入端与所述节理信号收集装置（1）的输出端连接，所述节理分析模块（2）的输出端与所述预警模块（3）连接，所述预警模块（3）根据所述节理分析模块（2）的分析结果判定矿山岩体的开挖是否安全并作出预警。2.根据权利要求1所述的一种用于水文地质勘查的节理分析系统，其特征在于，所述环境检测装置（12）包括粉尘浓度传感器（121）、除尘装置（122），所述粉尘浓度传感器（121）用于检测激光束传播路径的粉尘浓度，所述粉尘浓度传感器（121）分两路与除尘装置（122）和第二光源（112）连接形成一个反馈系统对检测环境做预处理，所述除尘装置（122）用于待所测粉尘浓度超过粉尘浓度阈值时对激光传播路径进行除尘以此保证激光信号的透过率，防止因粉尘对激光束传播影响不利于节理振动信号的采集进而影响数据的准确性。3.根据权利要求1所述的一种用于水文地质勘查的节理分析系统，其特征在于，所述振动信号采集装置（13）包括激光测振传感器（131）、信号处理器（132），由于激光束作用在节理上会发生反射现象，反射光作用在所述激光测振传感器（131）表面，节理的振动会使反射光与入射光的频率产生干涉，所述激光测振传感器（131）由此收集待测节理的振动信号，所述信号处理器（132）用于通过反射光与入射光之间的频差以及反射光与入射光到达传感器表面的时间差得到节理变化速度，根据速度与位移之间的关系绘制出位移
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时间曲线从曲线图中提取振幅和频率。4.根据权利要求1所述的一种用于水文地质勘查的节理分析系统，其特征在于，所述节理分析模块（2）包括节理数据筛选模块（21）、节理信号分析模块（22）、节理预测模块（23），所述节理数据筛选模块将节理振动时的振幅和频率作为离散数值采用求平均值的方法，对超出平均值2倍的异常节理数据进行剔除，排除异常数据对分析结果造成的影响，所述节理信号分析模块（22）根据不同时间段节理振动的振幅和频率的变化值构建节理的振幅
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时间以及频率
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时间变化曲线，所述节理预测模块（23）用于建立待测节理的有序振动预测模型。5.根据权利要求4所述的一种用于水文地质勘查的节理分析系统，其特征在于，所述节理预测模块（23）包括节理数据标准库（231）、节理变化曲线预测模块（232），所述节理数据标准库（231）将标准试验下对完整岩体加载直到掩体发生完全破坏的振幅
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时间、频率
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时间变化图作为数据标准，用于对实测数据的曲线走向进行比较，所述节理变化曲线预测模块（232）将所述节理数据标准库（231）中所记录的标准试验下对完整岩体加载直到掩体发生完全破坏的振幅
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时间、频率
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时间变形曲线作为参考，基于节理破坏曲线与完整岩体破坏曲线的走向基本一致的原理，通过将实测节理变形曲线走向与数据库中变形曲线走向进行对比来模拟节理频率变化曲线。6.根据权利要求1所述的一种用于水文地质勘...

【专利技术属性】
技术研发人员：申永斌，闫小龙，王冬，
申请(专利权)人：山东省鲁南地质工程勘察院山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，
类型：发明
国别省市：