【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地球物理勘探领域，特别涉及一种钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置及方法。
技术介绍
1、煤矿水害事故探查是日常工作中的重要环节，通常在掘进/开采前进行，通过常规地球物理勘探手段或提前施工钻孔，在钻孔中进行探查以达到提前对水害/构造进行探查的目的。在煤矿地质灾害/水害超前探查领域，探查工作基本是独立的，即在其他工序完成或等待过程中开展。
2、以往的各种水害超前探测方法，超前探测距离一般在100m以内，原先的探查距离已经远远不能满足要求，若不在探查距离或探查模式上加以改变，为满足安全需求，探测工作必须维持1-2天1次的频率，这无疑会带来掘进的停滞并给探测施工人员带来沉重的负担，对于高效运行的矿井，是不可接受的。
3、井下各类地球物理探查数据，目前还停留在自存储到部分数据接入环网的状态，还无法达到探查结果与钻探/掘进施工无缝衔接并指导钻探的目的，尤其是对于钻孔内的水害探查结果，与指导钻探方向，揭露构造、水害提前预警的目标，还有较大差距，普遍存在无法对孔底进行全方位探查、无法解决孔底设备长时间供电，且难以将钻孔底数据向孔口传输的问题，也就无法实现动态实时传输、连续处理、及时反馈的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置及方法，以解决现有技术中的孔底水害探测装置无法满足动态实时传输、连续处理和及时反馈的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种钻孔
4、所述的探测装置内中部同轴固定设置有发射管，所述的发射管与探测装置之间存在环空区，形成过水通道；所述的探测装置内前部同轴转动设置有发电桨叶；
5、所述的探测装置内同轴且转动式穿入一根转动轴，所述的转动轴上由前至后依次设置有姿态测量装置、转动线圈、旋转阻尼器和旋转桨叶；所述的姿态测量装置和转动线圈位于发射管内部，所述的旋转阻尼器和旋转桨叶位于发射管后部；
6、所述的发射管内部还设置有充供电组件，所述的充供电组件包括充电电池、供电电池、控制器、无线传输器和接收器；
7、所述的转动线圈用于发射、接收电压和电流数据并传输至接收器；
8、所述的控制器用于控制转动线圈中的发射电流，进而切换转动线圈的发射和接收状态；
9、所述的发电桨叶输出端与充电电池连接，用于为充电电池供电；
10、所述的充电电池用于在供电电池电量耗尽后向转动线圈、控制器、无线传输器和接收器供电；
11、所述的供电电池用于向转动线圈、控制器、无线传输器和接收器供电；
12、所述的接收器用于接收转动线圈传输的数据并传输至无线传输器；
13、所述的无线传输器用于将接收到的信息传输至外部无线接收装置。
14、进一步的，所述的探测装置为非金属钻杆。
15、进一步的所述的探测装置通过内管支撑环与发射管固定连接。
16、进一步的还包括发电机，所述的发电桨叶与发电机输入端连接，所述的发电机输出端与充电电池连接。
17、一种钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测方法，该方法基于上述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，包括以下步骤：
18、步骤1，确定待钻探区域，在待探测区域内设计原始钻孔轨迹和钻探终点；
19、步骤2，按照原始钻孔轨迹展开钻探，下入第一根钻杆后，将探测装置连接在第一根钻杆后部；在探测装置后部再接入一根钻杆继续钻探；
20、步骤3，使用探测装置实时进行孔中瞬变电磁探测；直至本次接入的钻杆完全进入钻孔内部，完成本次钻探；
21、步骤4，外部无线接收装置接收本次钻探中探测装置检测到的电压、电流数据并传输给地面服务器，地面服务器根据接收到的电压数据获得孔中瞬变电磁探测数据，进而判断是否需要调整钻孔轨迹；
22、若是，重新设计钻孔轨迹，在上一根钻杆后部再接入一根钻杆，根据重新设计的钻孔轨迹进行钻探；
23、若否，在上一根钻杆后部再接入一根钻杆，按照最近一次设计的钻孔轨迹继续进行钻探；
24、步骤5，重复步骤3-4，直至抵达钻探终点，完成钻探作业；获得孔中瞬变电磁探测数据。
25、进一步的，步骤4中孔中瞬变电磁探测数据包括电阻率随时间和深度变化的数据，其中，电阻率通过下式获取：
26、
27、其中，ρs表示电阻率；
28、μ0表示真空磁导率；
29、s表示接收线圈面积；
30、n表示接收线圈匝数；
31、s表示发射线圈面积；
32、n表示接收线圈匝数；
33、其中，发射线圈和接收线圈均为转动线圈，s＝s；n＝n；
34、t表示观测时的实时时间；
35、v表示观测时转动线圈6的电压；
36、i表示观测时转动线圈的电流；
37、c表示调节系数，与测量点的岩性相关。
38、进一步的，步骤4中的电阻率在某一时刻对应的深度通过以下步骤获取：
39、步骤a，使用下式，获取每一个时刻下的探测深度对应的计算深度：
40、
41、其中，hi表示第i个时刻下的探测深度对应的计算深度；
42、ti表示第i个时刻对应的观测时的时间；
43、ρi表示第i个时刻对应的电阻率；
44、σ表示第i个时刻对应的电阻率倒数；
45、步骤b，使用下式，每一个时刻下的实际深度hi：
46、
47、其中，k表示全空间系数。
48、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
49、(ⅰ)本专利技术的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，采用水力推动转动线圈方式实现对钻孔底部径向一定范围内隐伏水害进行探查，使用孔底中继和通缆钻杆内部信号传输线等常规方法即可实现与探测装置的连接，实现孔底数据的实时传输，为钻探提供时效性指导，突破了二次推送工作量增加、时效性不够的弊端。
50、同时，在探测装置内部设置了水力发电原理驱动的充供电组件，能够满足长时间使用下对设备的供电，两块独立的电池充电、供电周期性切换的方式持续支撑旋转发射转动线圈工作，突破了电池电量限制，为实时探测提供保障。
51、(ⅱ)本专利技术的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测方法公开了电阻率和深度的计算方法，通过以上方法能够得到电阻率随着时间和钻孔径向深度的变化规律，进而为判断钻探区域是否存在水害提供了有利的理论依据，为水害超前探测提供了数据支持，适于工业上大规模使用与推广。
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1.一种钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，包括钻头，其特征在于，所述的钻头后部连接一根钻杆，该钻杆后部连接有探测装置(1)，所述的探测装置(1)为与钻杆规格相同的管形，探测装置(1)后部能够依次连接多根钻杆；
2.如权利要求1所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，所述的探测装置(1)为非金属钻杆。
3.如权利要求2所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，所述的探测装置(1)通过内管支撑环(10)与发射管(2)固定连接。
4.如权利要求3所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，还包括发电机(11)，所述的发电桨叶(3)与发电机(11)输入端连接，所述的发电机(11)输出端与充电电池连接。
5.一种钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测方法，该方法基于权利要求4所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测方法，其特征在于，步骤4中孔中瞬变电磁探测数据包括电阻率随时间和深度变化的数据，其中，电阻率通过下式获取：
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...【技术特征摘要】
1.一种钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，包括钻头，其特征在于，所述的钻头后部连接一根钻杆，该钻杆后部连接有探测装置(1)，所述的探测装置(1)为与钻杆规格相同的管形，探测装置(1)后部能够依次连接多根钻杆；
2.如权利要求1所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，所述的探测装置(1)为非金属钻杆。
3.如权利要求2所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，所述的探测装置(1)通过内管支撑环(10)与发射管(2)固定连接。
4.如权利要求3所述的钻孔孔底瞬变电磁水害实时探测装置，其特征在于，还包...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，赵睿，王云宏，范涛，邢修举，王程，田小超，李博凡，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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