[发明专利]地下工程聚焦层析激发极化法超前预报发射与测量装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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；②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。

发明内容

本发明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，本发明采用以下技术方案：

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，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。