地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置，其结构包括智能电极、屏蔽电极和电极自动控制装置。电极自动控制装置包括解码器、智能电极切换电路、智能电极开关电路、屏蔽电极开关电路。利用本实用新型专利技术，实现了对智能电极发射或接收功能的自动转换，控制智能电极按照用户定义的指令实现电极序列的自动切换，并能控制屏蔽电极的数目，从而实现聚焦层析激发极化的自动化程度高的发射与接收功能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种隧道或者坑道等地下工程中聚焦层析激发极化超前预报装置，具体地说是一种地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置。
技术介绍
激发极化法作为一种重要的电磁勘探方法，以其独特的优点(经济、无损、快速及信息丰富等)广泛应用于资源勘探与工程勘察中。激发极化法是通过接收和分析各种异常体的激发极化效应来达到探测预报的目的。它有对隧道不良水体反映灵敏的特点，可用来预报工作面前方突水异常体情况，尤其可以预报隧道前方涌水量的情况。在隧道及地下坑道的超前地质预报中，激发极化法对隧道水体不良地质体的预报具有明显的效果。聚焦层析激发极化法是在聚焦电法的基础上，引入层析成像的概念，发展的一种新方法，可实现对隧道前方不良地质构造的层析成像，并能实现涌水量的估算，可以说，聚焦激发极化是目前所有超前探测方法中最有发展前景的方法之一。聚焦层析激发极化法依靠屏蔽电极和主供电电极供电，测量电极接收地质体响应后的信号，来达到数据信号采集的目的，电极等测量装置的布置是影响聚焦层析激发极化法超前预报工作效率和预报精度的重要因素之一。聚焦层析激发极化法工作时需要在工作面周围打孔布置若干屏蔽电极，在工作面上打孔布置较多数量(20-40个)的测量电极，打如此多的电极孔，费时费工，严重影响施工；工作面上的电极在测量中既要作为供电电极向工作面供电，又要作为接收电极接收工作面的电压信号，需要在一个电极位置布置两个电极，一个铜电极作为供电电极，一个是不极化电极作为接收电极，增加了一倍电极孔和电极数量，且一般工作面断面较大，安装电极、连接电缆极为不便，须借助装载车，不易操作，危险系数较大且个别位置无法完成；且电极的测量跑极需要人工手动操作，操作不便、工作效率低下。聚焦层析激发极化法，存在以下问题:①需要开发一种电极支撑体系，可以快速的安装供电电极与接收电极，且 能够 自动适应掌子面大小需要研发一种新型智能电极，能够实现供电电极与测量电极于一体，能够实现供电电极与测量电极的自动切换，且能够与岩石接触良好，避免在工作面上打孔；③需要研发供电与测量的自动控制装置，实现对电极的自动控制和切换，提高测量效率。
技术实现思路
本技术为克服上述现有技术的不足，提供一种集发射与接收于一体的智能电极，并能实现对智能电极自动化控制和切换，无须在工作面打孔，操作方面、自动化程度高的聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案:—种地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置，包括智能电极、屏蔽电极、电极自动控制装置。智能电极固定在工作面上，屏蔽电极布置在工作面的周围发射屏蔽电流，在电极自动控制装置的控制下，控制智能电极的发射或接收功能切换，并控制智能电极按照用户定义的指令实现电极序列的自动切换，从而实现聚焦层析激发极化的自动化发射与接收功能。所述电极自动控制装置包括解码器、智能电极切换电路、智能电极开关电路、屏蔽电极开关电路组成，解码器连接智能电极切换电路与智能电极开关电路，同时解码器连接屏蔽电极开关电路，在用户指令的控制下，控制智能电极切换电路实现智能电极的发射/接收功能转换，控制智能电极开关电路实现智能电极序列的跑极，控制屏蔽电极开关电路实现屏蔽电极的导通，实现屏蔽电极的供电电极数目的自动控制与智能电极发射/接收的智能转换，从而实现聚焦层析激发极化法的自动化探测。所述智能电极包括电极外壳、铜电极、铜电极导向架、硫酸铜电解液、圆形磁铁、磁场线圈和不极化电极接触块，铜电极的一端穿过电极外壳下端的不极化电极接触块，铜电极的另一端连接圆形磁铁，圆形磁铁的上部为磁场线圈，通过控制磁场线圈电流的方向，磁场线圈产生与圆形磁铁极性相同或相反的磁场，实现铜电极的上下切换；当磁场线圈产生的磁性与圆形磁铁相异时，圆形磁铁拉动铜电极向磁场线圈移动，铜电极的另一端收缩到不极化电极接触块的内部，不极化电极接触块与围岩接触，实现不极化电极接收功能；当磁场线圈产生的磁性与圆形磁铁相同时，圆形磁铁推动铜电极背离磁场线圈移动，铜电极的另一端伸出不极化电极接触块与围岩接触，实现供电电极供电功能。电极外壳采用高强PVC材料，为中空的圆柱状，内部充满硫酸铜电解液，电极外壳的下端采用疏松多孔的陶瓷材料制作的不极化电极接触块，当不极化电极接触块与围岩接触时，可以实现不极化电极接收功能；不极化电极接触块中间有圆形孔并设有防漏圆管，且智能电极的上部设置有铜电极导向架，铜电极导向架为中间带有圆孔的PVC板，既防止硫酸铜电解液污染智能电极上方电路，又可以对铜电极起到导向作用，保证铜电极可以自由移动，从而实现智能电极发射/接收功能的转换。所述智能电极切换电路与智能电极的磁场线圈连接，包括继电器开关和极性转换电路，在解码器控制下，控制电流方向的变化进而控制智能电极磁场线圈产生磁场的方向，推动智能电极的铜电极运动，实现智能电极发射/接收功能转换。所述智能电极开关电路采用继电器开关，在解码器的控制下，实现智能电极与供电电极、接收电极的导通，可以智能的实现电极的导通，从而实现多个电极的自动跑极。所述屏蔽电极开关电路主要由继电器电路组成，在解码器的控制下，控制屏蔽电极是否与屏蔽电流导通，实现屏蔽电极电极数目的自动调整。所述屏蔽电极为自吸附屏蔽电极，自吸附屏蔽电极呈“品”字型，包括电极外壳、铜电极和吸附材料，铜电极底部尺寸大于顶部尺寸，底部设置有吸附材料，缩短了铜电极杆体的尺寸减轻自重，可以方面的将屏蔽电极固定到工作面上，同时可以有效的增大接触面积，降低接地电阻，提高屏蔽电极的供电效果；吸附材料采用导电胶，既可以将屏蔽电极粘结到工作面上，又能够较好的传导电流，屏蔽电极外壳采用PVC套管，可以避免隧道等地下工程复杂环境的绝缘保护，同时屏蔽电极外壳设置有接线插槽，可以方便的连接供电电缆，提高了工作效率。所述地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置还包括电极导向轨，智能电极通过电极导向轨固定在工作面上，所述电极导向轨采用轻质高强的树脂材料，包括导轨杆、调整阀、刻度盘与固定卡。导轨杆上设置电极安装孔，每一个电极安装孔上安装一个电极，通过电极固定螺栓固定，可以快捷的固定智能电极；电极安装孔的两端各设置一个固定卡，通过弹簧卡槽安装在导轨杆侧面上，并可以通过按压实现固定卡的开/合；导轨杆上还设有调整阀，调整阀上设置有若干个调整孔，固定卡卡在调整孔中实现导轨杆与调整阀的固定，可以通过按压导轨杆上的固定卡，推动调整导轨杆穿入调整阀的长度，实现智能电极间距的任意调整，使得智能电极的安装数目可以调整，可以适应不同类型的工作面大小，同时导轨上可以设置有刻度盘，可以读出相邻两个智能电极的电极间距。本技术的工作原理为，通过电极导向轨将智能电极固定在工作面上，屏蔽电极布置在工作面的周围发射屏蔽电流，在电极自动控制装置的控制下，控制智能电极的发射或接收功能切换，并控制智能电极按照用户定义的指令实现电极序列的自动切换，从而实现聚焦层析激发极化的自动化发射与接收功能。本技术的有益效果是:1>本技术通过解码器、多路继电器开关实现了电极自动控制，实现了对智能电极发射或接收功能的自动转换，并控制智能电极按照用户定义的指令实现电极序列的自动切换，并能控制屏蔽电极的数目，从而实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置，其特征是，包括智能电极、屏蔽电极、电极自动控制装置；智能电极固定在工作面上，屏蔽电极布置在工作面的周围发射屏蔽电流，在电极自动控制装置的控制下，控制智能电极的发射或接收功能切换，并控制智能电极按照用户定义的指令实现电极序列的自动切换，从而实现聚焦层析激发极化的自动化发射与接收功能；所述电极自动控制装置包括解码器、智能电极切换电路、智能电极开关电路、屏蔽电极开关电路组成，解码器连接智能电极切换电路与智能电极开关电路，同时解码器连接屏蔽电极开关电路，在用户指令的控制下，控制智能电极切换电路实现智能电极的发射/接收功能转换，控制智能电极开关电路实现智能电极序列的跑极，控制屏蔽电极开关电路实现屏蔽电极的导通，实现屏蔽电极的供电电极数目的自动控制与智能电极发射/接收的智能转换，从而实现聚焦层析激发极化法的自动化探测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂利超，刘斌，李术才，宋杰，刘征宇，林春金，徐磊，许新骥，王传武，郝亭宇，周浩，牛健，张孝健，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：