專利名稱：電場約束法煤安型綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種超前探測領域的煤礦井下作業(yè)的超前探測儀器，屬于應用地球物理學電法超前探測技術，特別是涉及一種電場約束法煤安型綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)。
背景技術：
我國煤礦采掘方式的機械化程度逐漸增強，對綜掘工作面的工作效率要求越來越高。掘進過程中必須遵循“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，來保證工作面內(nèi)人員和機器的安全生產(chǎn)。礦井水害在煤礦五大災害即瓦斯、水災、火災、粉塵、動カ地質(zhì)災害中位居第二，每年因水害造成的礦難死亡人數(shù)居高不下。隨著煤炭開采技術的發(fā)展和對安全生產(chǎn)更高的要 求，如何有效探測掘進面前方隱伏的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，特別是含水地質(zhì)構(gòu)造如溶洞、斷層、陷落柱，已成為煤炭生產(chǎn)中急需解決的問題。而這些隱伏的地質(zhì)構(gòu)造在地質(zhì)普查的宏觀探查過程中很難發(fā)現(xiàn)和準確定位，因此，研究綜掘工作面的超前探測技術和設備，成為人們重點關注的課題和研究方向?！坝芯虮靥?，先探后掘”是煤礦生產(chǎn)過程中必須堅持的原則。在掘進之前，對掘進面前方的隱伏地質(zhì)構(gòu)造如不能及時查明，則會誘發(fā)巖爆、瓦斯突出、巷道底鼓、突水、頂板冒落、巷道片幫等災害性地質(zhì)現(xiàn)象，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，特別是在掘進頭前方更是容易引發(fā)這些災害。掘進面突水事故的頻頻發(fā)生，嚴重制約煤礦正常生產(chǎn)的順利進行。災難性突水的ー個重要來源是隱伏地質(zhì)小構(gòu)造造成的底板高壓水突入。采用傳統(tǒng)的鉆探工作手段查明隱伏地質(zhì)構(gòu)造，不能得到令人滿意的效果，成本也比較高，費時費力，而且打鉆網(wǎng)度有限，往往控制不住小斷層及小陷落柱。因而隱伏地質(zhì)構(gòu)造及其含水性探測，特別是巷道掘進超前探測是煤炭生產(chǎn)中急需解決的問題，也是國內(nèi)外一大技術難題。近幾年由于礦井巷道超前預報技術的發(fā)展，越來越多的地面電法勘探技術開始應用于井下，如礦井直流電法中的“直流電三點三極探測法”、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達法、地震波法等。這些物探方法在煤礦巷道的超前預報中沒有突出的優(yōu)勢，存在的問題是都不能實現(xiàn)與掘進機的一體化，“探、掘”分離影響了工作效率；預報準確率低，探測方向性差，易受到掘進后方地質(zhì)狀況的影響；電極布置或準備工作較為繁瑣，費時，造成可操作性能差；目前煤礦把鉆探法與上述ー種或幾種方法相結(jié)合使用，造成工作量大大增加，成本相應提高。因此，盡快研究ー種工作方法簡單、探測精度高，能與掘進設備配合使用且能滿足煤礦掘進面特殊的環(huán)境要求的超前探測方法，意義重大。鑒于以上論述，為了實現(xiàn)“探、掘一體化”，提高煤巷掘進面超前探測的準確率，減少探測用時，保證掘進工作安全高效進行，本發(fā)明人經(jīng)過不斷的研究、設計，并經(jīng)反復驗證后，終于創(chuàng)設出具有實用價值的本實用新型。
發(fā)明內(nèi)容[0008]本實用新型的主要目的在干，克服現(xiàn)有的掘進面超前探測方法存在的不足，而提出一種電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，完成煤礦掘進面對水、斷層、陷落柱等有害地質(zhì)構(gòu)造的超前探測任務。由于該實用新型考慮了煤巷形狀和尺寸因素，設計了合理的電極布置方式，采用約束電極控制發(fā)射電極產(chǎn)生電場的傳播方向，解決了探測方向性難于控制的問題。本實用新型的主要目的還在于，提供一種與可以與掘進機協(xié)同工作的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，適于在煤礦井下煤塵環(huán)境中安全使用，由于可以實現(xiàn)邊掘邊探、實時探測與顯示，可簡化煤巷掘進面的エ序，提高掘進工作效率。本實用新型的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本實用新型提出的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，包括有掘進機、煤巷綜掘超前探測儀、液壓式探測發(fā)射電極、多個約束電極、接地電極和數(shù)據(jù)庫與資料解釋軟件。其中，所述的液壓式探測發(fā)射電極，包括液壓缸和發(fā)射電極兩部分，該液壓缸缸體固定在掘進機機身上，該發(fā)射電極安裝在液壓缸活塞桿端頭，探測時，活塞桿伸出，將發(fā)射電極插入待測區(qū)域煤巖中，發(fā)射雙頻交流電流，使前方煤巖產(chǎn)生激發(fā)極化效應，液壓缸壓力油液來自掘進機的液壓系統(tǒng)。 該4個以上約束電扱，以掘進面為探測面，所述的液壓式探測發(fā)射電極3置于掘進面的幾何中心位置，在平行于掘進面的同一投影面上，該些約束電極的布置方式是以發(fā)射電極在該投影面上的投影點為中心對稱點，以r為半徑均勻包圍對稱布置在發(fā)射電極周圍，電極的連接線形成正多邊形，該些約束電極所在平面位于掘進面前方一定距離內(nèi)且與掘進面平行，該約束電極與發(fā)射電極投影點的距離以2-5米發(fā)射與發(fā)射電極波形相同、同極性的雙頻交流電流，使發(fā)射電極形成的電場得以約束。該接地電極，放置于掘進巷道后方70-80米處，可使液壓式探測發(fā)射電極和約束電極形成回路。該煤巷綜掘超前探測儀由發(fā)射和接收兩部分組成，發(fā)射部分包括雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器，接收部分包括信號接收采集模塊、信號調(diào)理計算模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊、數(shù)據(jù)記錄存儲模塊，該信號接收采集模塊、信號調(diào)理計算模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊及數(shù)據(jù)記錄存儲模塊順序串接集為一體，放置在掘進機司機操縱臺上，實現(xiàn)信號接收、處理、顯示與存儲功能，利用所顯示的數(shù)據(jù)來初歩判定掘進前方的地質(zhì)構(gòu)造。另，該信號接收采集模塊與液壓式探測發(fā)射電極通過導線連接；該雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器，安裝在掘進機司機操縱臺上分別并與約束電極和液壓式探測發(fā)射電極通過導線連接，能夠根據(jù)需要發(fā)射不同頻率不同組合的雙頻交流調(diào)制波電流，分別提供給液壓式探測發(fā)射電極和約束電極，可以單獨控制和調(diào)節(jié)各個電極電流強度大小，以便實現(xiàn)超前探測的角度掃描與深度掃描。所述的資料解釋軟件，是與本探測系統(tǒng)配套的專用軟件，用于將數(shù)據(jù)記錄存儲模塊存儲的數(shù)據(jù)做進一歩分析，與數(shù)據(jù)庫資料對比，得出詳細的地質(zhì)構(gòu)造結(jié)果。其中，雙頻波調(diào)制發(fā)射與控制器產(chǎn)生的雙頻調(diào)制波經(jīng)導線與電極發(fā)送到煤巷掘進面前方的煤巖中，產(chǎn)生激發(fā)電場和極化效應。信號接收采集模塊負責將極化信息中的高、低頻電位差及電流強度值等測量數(shù)據(jù)送至信號調(diào)理計算模塊，計算后得到的視電阻率及PFE值(Percent frequency effect,視幅頻率)，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊處理后經(jīng)顯示屏輸出，并由數(shù)據(jù)記錄存儲模塊將數(shù)據(jù)放入存儲介質(zhì)內(nèi)。資料解釋軟件結(jié)合數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)分析的自動化以及計算結(jié)果顯示的傻瓜化。利用角度掃描和深度掃描方式實現(xiàn)異常體的定向和定位判斷，從而完成煤巷綜掘面的無損超前探測。本實用新型的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進ー步實現(xiàn)。前述的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其中所述的約束電極布置方式為對稱正多邊形布置，即以掘進面為探測的面，探測液壓缸的活塞桿伸出，將液壓式探測發(fā)射電極3頂?shù)骄蜻M面的幾何中心位置，在平行于掘進面的同一投影面上，該些約束電極以液壓式探測發(fā)射電極在該投影面上的投影點為對稱中心，以r為半徑，均勻包圍對稱布置在發(fā)射電極的周圍，電極的連接線形成正多邊形，所述的約束電極為巷道內(nèi)現(xiàn)有的錨桿或通過鉆孔插入掘進面，所述的發(fā)射電極為不極化材質(zhì)。本實用新型的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進ー步實現(xiàn)。前述的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其中所述的接地電極放置于掘進機后方70-80米處，系統(tǒng)除電極以外的其余部分均安裝在掘進機司機操作臺上。本實用新型的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進ー步實現(xiàn)。前述的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其中所述的電場約束效率高低是由約束電極電流強度與發(fā)射電極電流強度的比值大小來決定，電流強度比值越大，約束電場效率越高。通過改變約束電場效率來判定異常體的大致規(guī)模。本實用新型的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進ー步實現(xiàn)。前述的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其中所述的異常體定位方法采用了角度掃描和深度掃描方式，滿足定向和定深的要求。在正多邊形電極布置方式中，相對增大位于正多邊形某一邊上約束電極的電流強度，被約束的電場傳播方向偏向?qū)牧愆`側(cè)，相對增大位于兩條相交邊上的約束電極的電流強度，被約束的電場傳播方向偏向另ー對角方向，以此角度掃描方式實現(xiàn)異常體的定向要求。當電場傳播方向一定，增大發(fā)射電極電流強度時，探測距離増大，反之，減小發(fā)射極電流強度時，探測距離減少，以此深度掃描方式實現(xiàn)異常體的定位要求。本實用新型的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進ー步實現(xiàn)。前述的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其中所述的探測儀器在設計與研制時按照煤安認證標準，采用低耗能、防爆、防震、防潮性能的電氣元件，保證在煤巷工作面內(nèi)的作業(yè)安全。本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，具有明顯的優(yōu)點與有益效果。借由上述技術方案，本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，可達到相當?shù)募夹g進步性及實用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛推廣價值，其至少具有下列優(yōu)點(I)本實用新型利用電場同性相拆的性質(zhì)，采用電場約束法控制電場傳播方向，解決了用傳統(tǒng)方法探測時易受掘進面后方地質(zhì)狀況及設備干擾的影響，即方向控制性能強。(2)本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，使用本安型電子元件，滿足煤礦井下特殊環(huán)境對電氣設備的要求，安全性能好。(3)本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，充分考慮了煤巷掘面現(xiàn)有的機械與設備，實現(xiàn)超前探測儀與掘進機一體化設計，可利用打好的錨桿作為探測電極，克服了掘進面機械設備繁多、空間有限而造成的雜亂、擁堵，即簡捷性能好。(4)本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，采用角度掃描和深度掃描方式，實現(xiàn)異常體的定向和定深，即定位準確。(5)本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，各電極電流強度可調(diào)，使電場約束效率可變，從而可以確定異常體的規(guī)模，結(jié)合優(yōu)點(2)可為掘進工作提供精準的探測資料，為煤巷掘進工作制定工序流程提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。(6)本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，采用智能化輸入、自動化處理、傻瓜化顯示、危險等級語音報警，節(jié)省了探測用時，縮短探測周期，操作簡單、探測結(jié)果易懂，降低了操作人員的難度，可實現(xiàn)實時探測。(7)本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，鑒于以上優(yōu)點,故而探測成本低,省時省力，經(jīng)濟性能好。 綜上所述，本實用新型電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，目的在于提出一種新的煤巷綜合機械化掘進面的超前探測系統(tǒng)，實現(xiàn)對掘進前方地質(zhì)構(gòu)造如水、斷層、陷落柱的實時探測與預警預報，達到“探、掘”一體化的目標，保證煤巷掘進工作的安全高效進行。該系統(tǒng)適用于煤巷掘進工作面，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，其探測定位方式和結(jié)構(gòu)設計未見公開發(fā)表及實用的效果，與已經(jīng)公開的相近專利在探測定位方式和結(jié)構(gòu)設計上有大的不同，且具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。

圖I是本實用新型結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成俯視示意圖；圖3是本實用新型超前探測儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型圖I的A-A布極方式示意圖圖5是本實用新型圖I的A-A布極方式示意圖圖6a :本實用新型煤巷綜掘超前探測儀角度與深度掃描示意圖；圖6b :本實用新型煤巷綜掘超前探測儀角度與深度掃描示意圖；圖6c :本實用新型煤巷綜掘超前探測儀角度與深度掃描示意圖；其中I :掘進機2 :煤巷綜掘超前探測儀3:液壓式探測發(fā)射電極4:約束電極4B1 :約束電極4B2 :約束電極4B3:約束電極4B4:約束電極4B5:約束電極4B6:約束電極[0048]4B7:約束電極4B8:約束電極5 :掘進待測區(qū)域6 :接地電極7 :雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器8 :信號接收采集模塊9 :信號調(diào)理計算模塊10 :數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊11 :數(shù)據(jù)記錄存儲模塊
具體實施方式
為進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì) 構(gòu)造探測系統(tǒng)的具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。有關本實用新型的前述及其他技術內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖示的較佳實例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實施方式
的說明，可對本實用新型為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說明之用，并非用來對本實用新型加以限制。本實用新型較佳實施例的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，如圖I、圖2、圖3所示，由掘進機I、煤巷綜掘超前探測儀2、液壓式探測發(fā)射電極3、約束電極4和接地電極6組成。其中該煤巷綜掘超前探測儀2安裝在掘進機I司機操作臺上，實現(xiàn)探掘一體化。該煤巷綜掘超前探測儀2由發(fā)射部分和接收部分組成。該發(fā)射部分包括雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7。接收部分包括信號接收采集模塊8、信號調(diào)理計算模塊9、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊10、數(shù)據(jù)記錄存儲模塊11。該煤巷綜掘超前探測儀2也可以不放在掘進機上，與電極一起構(gòu)成獨立的探測系統(tǒng)。該液壓式探測發(fā)射電極3，包括液壓缸和發(fā)射電極兩部分。該液壓缸缸體固定在掘進機I機身上，該發(fā)射電極安裝在液壓缸活塞桿端頭。探測時，活塞桿伸出，將發(fā)射電極插入待測區(qū)域5煤巖中，發(fā)射雙頻交流電流，使前方煤巖產(chǎn)生激發(fā)極化效應，液壓缸壓力油液來自掘進機I的液壓系統(tǒng)。如圖4和圖5所示，本實施例設8約束電極481、482、483、484、485、486、487、488。該些約束電極以掘進面為探測面，所述的發(fā)射電極置于掘進面的幾何中心位置，在平行于掘進面的同一投影面上，該些約束電極4的布置方式是以發(fā)射電極在該投影面上的投影點為中心對稱點，以r為半徑均勻包圍對稱布置在發(fā)射電極周圍，電極的連接線形成正四邊形(如圖4所示)或正六邊形(如圖5所示)，該些約束電極所在平面位于掘進面前方一定距離內(nèi)且與掘進面平行，該約束電極與發(fā)射電極投影點的距離以3米發(fā)射與發(fā)射電極波形相同、同極性的雙頻交流電流，使發(fā)射電極形成的電場得以約束。所述的約束電極4巷道內(nèi)現(xiàn)有的錨桿或通過鉆孔插入掘進面，所述的發(fā)射電極為不極化材質(zhì)。該接地電極6，放置于掘進巷道后方70-80米處，可使液壓式探測發(fā)射電極3和8個約束電極4形成回路。該煤巷綜掘超前探測儀2由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分包括雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7。接收部分包括信號接收采集模塊8、信號調(diào)理計算模塊9、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊10、數(shù)據(jù)記錄存儲模塊11。該信號接收采集模塊8、信號調(diào)理計算模塊9、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊10及數(shù)據(jù)記錄存儲模塊11順序串接集為一體，放置在掘進機I司機操縱臺上。實現(xiàn)信號接收、處理、顯示與存儲功能，利用所顯示的數(shù)據(jù)來初步判定掘進前方的地質(zhì)構(gòu)造。另，該信號接收采集模塊8與液壓式探測發(fā)射電極3通過導線電連接。該雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7安裝在掘進機I司機操縱臺上分別并與8個約束電極4和液壓式探測發(fā)射電極3通過導線連接，能夠根據(jù)需要發(fā)射不同頻率不同組合的雙頻交流調(diào)制波電流，分別提供給液壓式探測發(fā)射電極3和約束電極4，可以單獨控制和調(diào)節(jié)各個電極電流強度大小，以便實現(xiàn)超前探測的角度掃描與深度掃描。所述的煤巷綜掘超前探測儀2用來控制液壓式探測發(fā)射電極3和八個約束電極4發(fā)射探測電流，并對接收到的極化信息進行處理和顯示。煤巷綜掘超前探測儀2中的雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器8控制液壓式探測發(fā)射電極3和八個約束電極4發(fā)射同頻率、同極性的雙頻交流調(diào)制波電流。由于液壓式探測發(fā)射電極3和約束電極4發(fā)射電流的極性相同，發(fā)射電場在約束電場的約束下向前方待測掘進區(qū)域5進行傳播，從而解決了電場的全空間效應。 所述液壓式探測發(fā)射電極3與煤巷綜掘超前探測儀2中的雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7和信號接收采集模塊8相連，雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7控制液壓式探測發(fā)射電極3發(fā)射雙頻交流調(diào)制波電流，在液壓式探測發(fā)射電極3與掘進待測區(qū)域5產(chǎn)生發(fā)射電場。發(fā)射電極在發(fā)射電流的同時也作為測量電極，將極化信息傳給信號接收采集模塊8。所述八個約束電極4與煤巷綜掘超前探測儀2中的雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7相連，雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器7控制約束電極4發(fā)射與液壓式探測發(fā)射電極3同頻率、同極性的雙頻交流調(diào)制波電流，在與待測區(qū)域5產(chǎn)生約束電場。因約束電極4的電流極性與液壓式探測發(fā)射電極3的電流極性相同，利用電場同性相斥的性質(zhì)，便可以控制電場的傳播的方向。如圖4、5所示，所述的八個約束電極4以對稱正四邊形或正六邊形的布極方式，均勻、對稱的布置在液壓式探測發(fā)射電極3的四周的八個方向上，分別為約約束電極4B1、約束電極4B2、約束電極4B3、約束電極4B4、約束電極4B5、約束電極4B6、約束電極4B7、約束電極4B8。AO (+)為液壓式探測發(fā)射電極3，Al (+)代表八個約束電極4。電極工作時，液壓式探測發(fā)射電極3與八個約束電極4同時工作，且每個電極的電流強度大小都可以單獨調(diào)節(jié)。如圖6(a)所示，液壓式探測發(fā)射電極3和八個約束電極4同時向掘進待測區(qū)域5發(fā)射同極性的雙頻交流電流。根據(jù)同性電流相排斥原理，液壓式探測發(fā)射電極3產(chǎn)生的發(fā)射電場和八個約束電極4產(chǎn)生的約束電場相互作用，使發(fā)射電場得以約束，并在探測前方呈喇叭口狀，當八個約束電極4的電流強度大小一致時，可以使探測電流沿水平方向呈放射狀向掘進深處傳播。如圖6(a)所示，欲加大探測深度，須加大發(fā)射電流的強度。當電場傳播方向一定，增大液壓式探測發(fā)射電極3電流強度時，探測距離增大，探測區(qū)域從截面2增大到截面I的位置。反之，減小液壓式探測發(fā)射極3電流強度時，探測距離減少，探測區(qū)域從截面I到達截面2的位置，以此深度掃描方式實現(xiàn)異常體的定位要求。如圖6b、6c所示，相對增大位于正多邊形某一邊上兩個約束電極4的電流強度，被約束的電場傳播方向偏向?qū)牧硪粋?cè)，相對增大位于兩條相交邊中點上的約束電極4和頂角約束電極4的電流強度，被約束的電場傳播方向偏向另一對角方向，以此角度掃描方式實現(xiàn)異常體的定向要求。將深度掃描和角度掃面相結(jié)合便可以準確地快判定異常方向和距離。所述的掘進待測區(qū)域5為掘進面前方的錐形區(qū)域。在液壓式探測發(fā)射電極3與約束電極4發(fā)射的雙頻電流相互作用形成的電場即一次電場的作用下掘進待測區(qū)域5內(nèi)的介質(zhì)會發(fā)生復雜的電化學過程，即極化現(xiàn)象，并形成一個隨時間增加而增長的極化電場即二次電場。為了獲得明顯的激發(fā)極化效應，使液壓式探測發(fā)射電極3和約束電極4發(fā)射的雙頻交流電流中的低頻成分頻率充分低(記為4)，在它作用下掘進待測區(qū)域5中的介質(zhì)可，以得到充分極化，測得的低頻電位差中含有足夠的二次場電位；使液壓式探測發(fā)射電極3和約束電極4發(fā)射的雙頻交流電流中的高頻成分頻率充分高(記為fH)，在它作用下探測區(qū)域的介質(zhì)來不及產(chǎn)生激發(fā)極化效應，測得的高頻電位差AVm中幾乎沒有二次場電位，則AVm的值接近于一次場電位。這時就可以通過公式(1.1)計算得到二次場電位差占激發(fā)極化總場的百分比，即PFE值。
權(quán)利要求1.一種電場約束法煤安型綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，包括有掘進機(I)，其特征在于還包括煤巷綜掘超前探測儀(2)、液壓式探測發(fā)射電極(3)、多個約束電極(4)和接地電極出)，其中，所述的液壓式探測發(fā)射電極(3)，包括液壓缸和發(fā)射電極兩部分，該液壓缸缸體固定在掘進機(I)機身上，該發(fā)射電極安裝在液壓缸活塞桿端頭，探測時，活塞桿伸出，將發(fā)射電極插入待測區(qū)域(5)煤巖中，發(fā)射雙頻交流電流，使前方煤巖產(chǎn)生激發(fā)極化效應，液壓缸壓力油液來自掘進機(I)的液壓系統(tǒng)； 所述的4個以上約束電極(4)，以掘進面為探測面，所述的發(fā)射電極置于掘進面的幾何中心位置，在平行于掘進面的同一投影面上，該些約束電極(4)的布置方式是以發(fā)射電極在該投影面上的投影點為中心對稱點，以r為半徑均勻包圍對稱布置在發(fā)射電極周圍，該些約束電極所在平面位于掘進面前方一定距離內(nèi)且與掘進面平行，該約束電極與發(fā)射電極投影點的距離以2-5米發(fā)射與發(fā)射電極波形相同、同極性的雙頻交流電流，使發(fā)射電極形成的電場得以約束； 所述的接地電極出)，放置于掘進巷道后方70-80米處，可使液壓式探測發(fā)射電極(3)和約束電極⑷形成回路； 所述的煤巷綜掘超前探測儀(2)由發(fā)射部分和接收部分組成，發(fā)射部分包括雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器(7)，接收部分包括信號接收采集模塊(8)、信號調(diào)理計算模塊(9)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊(10)、數(shù)據(jù)記錄存儲模塊(11)，該信號接收采集模塊(8)、信號調(diào)理計算模塊(9)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與圖形顯示模塊(10)及數(shù)據(jù)記錄存儲模塊(11)順序串接集為一體，放置在掘進機(I)司機操縱臺上，實現(xiàn)信號接收、處理、顯示與存儲功能，利用所顯示的數(shù)據(jù)來初步判定掘進前方的地質(zhì)構(gòu)造；另，該信號接收采集模塊(8)與液壓式探測發(fā)射電極(3)電連接；該雙頻調(diào)制波發(fā)射與控制器(7)，安裝在掘進機(I)司機操縱臺上分別并與約束電極(4)和液壓式探測發(fā)射電極(3)通過導線連接，能夠根據(jù)需要發(fā)射不同頻率不同組合的雙頻交流調(diào)制波電流，分別提供給液壓式探測發(fā)射電極(3)和約束電極(4)，可以單獨控制和調(diào)節(jié)各個電極電流強度大小，以便實現(xiàn)超前探測的角度掃描與深度掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電場約束法煤安型綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其特征在于其中所述的約束電極(4)布置方式為對稱正多邊形布置，即以掘進面為探測的面，探測液壓缸的活塞桿伸出，將液壓式探測發(fā)射電極3，頂?shù)骄蜻M面的幾何中心位置，在平行于掘進面的同一投影面上，該些約束電極(4)以液壓式探測發(fā)射電極3在該投影面上的投影點為對稱中心，以r為半徑，均勻包圍對稱布置在發(fā)射電極的周圍，電極的連接線形成正多邊形，所述的約束電極(4)為巷道內(nèi)現(xiàn)有的錨桿或通過鉆孔插入掘進面，所述的發(fā)射電極為不極化材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一項所述的電場約束法煤安型綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，其特征在于所述的煤巷綜掘超前探測儀(2)安裝在掘進機(I)上，實現(xiàn)探掘一體化要求。
專利摘要本實用新型涉及電場約束法煤安型綜掘機載地質(zhì)構(gòu)造探測系統(tǒng)，用于探測煤礦井下掘進面前方隱伏的地質(zhì)構(gòu)造，由煤巷綜掘超前探測儀、發(fā)射電極、約束電極和接地電極組成。通過發(fā)射電極和約束電極向待測區(qū)域發(fā)射雙頻調(diào)制波電流，在煤巖中產(chǎn)生激發(fā)極化效應。極化信息由探測儀的接收部分進行采集和處理、自動計算視電阻率及視幅頻率即PFE值，并轉(zhuǎn)換為坐標圖形顯示，據(jù)此判斷掘進前方的地質(zhì)構(gòu)造，采用角度掃描和深度掃描方式確定異常體的位置。探測數(shù)據(jù)自動存儲，通過專門的資料解釋軟件進行進一步分析，得到掘進前方的地質(zhì)構(gòu)造，完成煤巷綜掘面的超前探測。本實用新型符合煤安認證標準，實現(xiàn)了與掘進機協(xié)同作業(yè)，且探測速度快、精高度，實時性好、操作方便。
文檔編號G01V3/24GK202649483SQ201120536930
公開日2013年1月2日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者吳淼, 張偉杰, 張維振, 郝明銳, 杜毅博, 王蘇彧, 楊子賢 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)