一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置及方法，用于发射电磁信号的钻孔中随钻发射装置，用于接收所述发射装置所发送信号的随钻接收装置，信号发射电路，信号接收电路，钻孔随钻瞬变电磁透视施工布置方法，钻孔随钻瞬变电磁透视探测流程，钻孔随钻瞬变电磁透视数据处理流程。本发明专利技术针对两个钻孔进行透视，透视结果能保证获得整个探测区域内的地质信息，可进行中间重叠透视区域的信息相互空间交汇与验证，降低了井下电磁等随机干扰的影响。通过沿钻孔逐点进行透视工作，可追踪识别地质异常体的发育规律，实现异常的高精度空间定位。度空间定位。度空间定位。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置及方法，适用于煤矿地球物理探测


技术介绍

[0002]近年来随着浅部煤炭资源的濒临枯竭，煤炭开采逐渐向更深处进行采掘，但随之而来的复杂地质条件很大程度上增大了开采难度，特别是裂隙发育带等隐蔽地质构造是酿成突水事故的重大隐患，如何准确识别与定位这些隐蔽地质构造，是当下煤矿安全高效开采的关键。
[0003]煤炭矿井地质构造探测方法主要有钻探法和地球物理探测法。其中钻探法最直接有效，但存在施工成本大，且只是“一孔之见”。由于构造导水后，其电阻率较围岩明显变低，显示低阻异常特征，这为以电阻率差异为基础的地球物理方法应用提供了探测基础。矿井瞬变电磁法具有对低阻异常灵敏、分辨率高的优势在探查煤矿地质构造及其富水性方面应用广泛。常规的矿井瞬变电磁法由于在巷道中完成发射与接收，受采掘机、锚杆锚网及液压支架等金属干扰影响严重，采集的二次场数据容易发生畸变，给资料解释带来很大的困难，而现有的干扰压制方法处理效果一般。
[0004]针对以上难题，有学者考虑改进矿井瞬变电磁法的施工方法，在矿井巷道中发射，钻孔中接收；在钻孔中完成随钻瞬变电磁场的发射与接收。
[0005]专利公布号为CN106970424A的中国专利技术专利，公开了一种煤矿井下孔巷瞬变电磁叠加超前探测装置及方法，竖直放置于井下钻孔孔口位置的小线框发射瞬变电磁波形，旋转外发射框，在孔中用探头接收磁场多分量。但该装置采用孔口发射，受到金属干扰影响，且孔口附近线圈互感导致有探测盲区。巷道空间限制了发射线框的大小，发射功率有限，导致随着接收线框到孔口距离的逐渐加大，接收信号均越来越弱，无法获取孔口附近及钻孔深处的地质异常信息，钻孔利用率不足。
[0006]专利公布号为CN10327858A的中国专利技术专利，公开了一种煤矿井下孔中多分量瞬变电磁法，测量采用孔中双发射线圈，接收六个方向的径向分量信号，实现了孔内激发与接收。但该装置同样无法解决发射与接收线框间的互感问题，不能对浅部探测盲区进行地质解释，且不能对地质异常体准确定位。工作面宽度超过其穿透深度有限，在巷道中则接收不到信号，且无法对迎头前方的地质情况进行探测。
[0007]专利公布号为CN112540415A的中国专利技术专利，公开了煤矿井下孔中瞬变电磁空间透视装置及方法。以避开矿井内金属体的干扰，能解决浅部探测盲区，获取整个瞬变电磁探测范围内的地质信息，形成对整个探测区域的透视，包括发射装置和用于接受所述发射装置所发送信号的接受装置。
[0008]矿井瞬变电磁法的探测盲区造成浅部信息损失，以及目前技术手段难以实现地质异常体的精确定位是现有技术存在的主要缺陷。因此，如何能够快速获取整个探测范围内的地质信息，实现对地质构造的识别及高精度定位是迫切需要解决的技术难题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置及方法，以避开矿井内金属体的干扰，能解决浅部探测盲区，快速获取整个瞬变电磁探测范围内的地质信息，形成对整个探测区域的透视。
[0010]本专利技术所采用的技术方案是：
[0011]一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，设置随钻发射装置和随钻接收装置；随钻发射装置包括信号发射探管和信号发射电路；随钻接收装置包括信号接收探管和信号接收电路；所述的信号发射探管至少设置发射线圈绕线器，其上分别缠绕设置X方向发射线圈和Y方向发射线圈；所述的信号接收探管至少设置磁棒，磁棒外设置接收线圈绕线器，接收线圈绕线器上沿轴向螺旋缠绕接收线圈。
[0012]可选的，所述的发射线圈绕线器为长方体形结构；所述的信号发射探管还设置信号发射壳体，信号发射壳体为圆柱体形结构，在所述的信号发射壳体的一端封装有发射探管插头，发射探管插头上设置发射探管线接口，X方向发射线圈和Y方向发射线圈与发射探管线接口连接。
[0013]可选的，所述的接收线圈绕线器为圆柱体形结构；所述的信号接收探管还设置信号接收壳体，信号接收壳体的形状为圆柱体形，信号接收壳体内设置有接收线圈绕线器，接收线圈绕线器上绕设有接收线圈，接收线圈绕线器内设置有磁棒；信号接收壳体的端部封装有接收探管插头，接收探管插头上设置接收探管接线口，接收线圈与接收探管接线口连接。
[0014]可选的，所述的信号发射电路控制X方向发射线圈和Y方向发射线圈发射双极性脉冲方波；所述的信号发射电路至少包含信号放大单元和信号整流单元，信号放大单元是将发射的信号进行放大，信号整流单元是将放大后的信号进行整流。与信号放大单元并联设置电容C9，与信号放大单元并联设置电容C10和电阻R4，整流信号单元与二极管D1串联后再与信号放大单元并联。
[0015]可选的，信号放大单元包括与输入端连接的电容C1，与电容C1通过基极端和集电极端并联的三极管Q1，与三极管的集电极和发射极并联的电容C3；与三极管Q1的发射极通过集电极串联的三极管Q2，电容C4与三极管Q2的集电极和发射极并联，与电容C1连接的电容C2，电容C2与三极管Q2的发射极连接；与三极管Q1和三极管Q2并联设置的线路一上串联设置电容C5、电容C6和电阻R3，并联设置的线路二上串联设置三极管Q3和三级管Q4，连接三级管Q1的基极端和三级管Q3的基极端串联设置电阻R1和电阻R2，三级管Q3的集电极和发射极并联电容C7，集电极和基极端并联电容C9；三级管Q4的集电极和发射极并联电容C8，集电极和基极端的并联线路上串联设置电容C10和电阻R4；三极管Q1与电容C3组成的电路作用是将经过电容C1流过的电流进行放大；三极管Q2与电容C4组成的电路作用是将经过电容C2流过的电流进行放大；三极管Q3与电容C7组成的电路作用是将经过电容C5流过的电流进行放大；三极管Q4与电容C8组成的电路作用是将经过电阻R2流过的电流进行放大。
[0016]可选的，信号整流单元包括与电容C9、电容C10和电阻R4并联的线路一，线路一上串联设置电容C11和电阻R5；并联的线路二，线路二上串联设置电容C12和三极管Q5，三级管Q5的集电极和发射极并联设置电容C14，线路一和线路二之间串联二极管D2，二极管D2的作用是整流，使电路中的电流由电容C12流向电容C11；三极管Q5与电容C14组成的电路作用是
将经过电容C12流过的电流进行放大；并联的线路三，线路三上串联设置电容C13和电阻R7，线路三和线路二之间串联电阻R6；并联的线路四，线路四上串联设置电阻R8和电容C15，电容C15对应输出端；二极管D1的作用是整流，使电路中的电流由电阻R8流向电容C9。
[0017]可选的，所述的信号接收电路将接收线圈21接收的电磁波转换成电流信号进行存储；所述的信号接收电路包括串联的一次信号放大单元和二次信号放大单元；一次信号放大单元设置运算放大器U1，将接收到的信号进行初次放大；二次信号放大单元设置运算放大器U2，将初次放大后的信号进行二次放大；具体包括：与供电电源Vcc连接的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，设置随钻发射装置和随钻接收装置；随钻发射装置包括信号发射探管(1)和信号发射电路；随钻接收装置包括信号接收探管(2)和信号接收电路；所述的信号发射探管(1)至少设置发射线圈绕线器(13)，其上分别缠绕设置X方向发射线圈(11)和Y方向发射线圈(12)；所述的信号接收探管(2)至少设置磁棒(23)，磁棒(23)外设置接收线圈绕线器(22)，接收线圈绕线器(22)上沿轴向螺旋缠绕接收线圈(21)。2.根据权利要求1所述的煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，所述的发射线圈绕线器(13)为长方体形结构；所述的信号发射探管(1)还设置信号发射壳体(14)，信号发射壳体(14)为圆柱体形结构，在所述的信号发射壳体(14)的一端封装有发射探管插头(15)，发射探管插头(15)上设置发射探管线接口(16)，X方向发射线圈(11)和Y方向发射线圈(12)与发射探管线接口(16)连接。3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，所述的接收线圈绕线器(22)为圆柱体形结构；所述的信号接收探管(2)还设置信号接收壳体(24)，信号接收壳体(24)的形状为圆柱体形，信号接收壳体(24)内设置有接收线圈绕线器(22)，接收线圈绕线器(22)上绕设有接收线圈(21)，接收线圈绕线器(22)内设置有磁棒(23)；信号接收壳体(24)的端部封装有接收探管插头(25)，接收探管插头()25上设置接收探管接线口(26)，接收线圈(21)与接收探管接线口(26)连接。4.根据权利要求1或2所述的煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，所述的信号发射电路控制X方向发射线圈(11)和Y方向发射线圈(12)发射双极性脉冲方波；所述的信号发射电路至少包含信号放大单元和信号整流单元，信号放大单元是将发射的信号进行放大，信号整流单元是将放大后的信号进行整流。与信号放大单元并联设置电容C9，与信号放大单元并联设置电容C10和电阻R4，整流信号单元与二极管D1串联后再与信号放大单元并联。5.根据权利要求4所述的煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，信号放大单元包括与输入端连接的电容C1，与电容C1通过基极端和集电极端并联的三极管Q1，与三极管的集电极和发射极并联的电容C3；与三极管Q1的发射极通过集电极串联的三极管Q2，电容C4与三极管Q2的集电极和发射极并联，与电容C1连接的电容C2，电容C2与三极管Q2的发射极连接；与三极管Q1和三极管Q2并联设置的线路一上串联设置电容C5、电容C6和电阻R3，并联设置的线路二上串联设置三极管Q3和三级管Q4，连接三级管Q1的基极端和三级管Q3的基极端串联设置电阻R1和电阻R2，三级管Q3的集电极和发射极并联电容C7，集电极和基极端并联电容C9；三级管Q4的集电极和发射极并联电容C8，集电极和基极端的并联线路上串联设置电容C10和电阻R4；三极管Q1与电容C3组成的电路作用是将经过电容C1流过的电流进行放大；三极管Q2与电容C4组成的电路作用是将经过电容C2流过的电流进行放大；三极管Q3与电容C7组成的电路作用是将经过电容C5流过的电流进行放大；三极管Q4与电容C8组成的电路作用是将经过电阻R2流过的电流进行放大。
6.根据权利要求4所述的煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，信号整流单元包括与电容C9、电容C10和电阻R4并联的线路一，线路一上串联设置电容C11和电阻R5；并联的线路二，线路二上串联设置电容C12和三极管Q5，三级管Q5的集电极和发射极并联设置电容C14，线路一和线路二之间串联二极管D2，二极管D2的作用是整流，使电路中的电流由电容C12流向电容C11；三极管Q5与电容C14组成的电路作用是将经过电容C12流过的电流进行放大；并联的线路三，线路三上串联设置电容C13和电阻R7，线路三和线路二之间串联电阻R6；并联的线路四，线路四上串联设置电阻R8和电容C15，电容C15对应输出端；二极管D1的作用是整流，使电路中的电流由电阻R8流向电容C9。7.根据权利要求1或2所述的煤矿井下钻孔随钻瞬变电磁透视探测装置，其特征在于，所述的信号接收电路将接收线圈21接收的电磁波转换成电流信号进行存储；所述的信号接收电路包括串联的一次信号放大单元和二次信号放大单元；一次信号放大单元设置运算放大器U1，将接收到的信号进行初次放大；二次信号放大单元设置运算放大器U2，将初次放大后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，王信文，王霄菲，王昊星，宫浩，王智聪，范涛，李渊，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：