[发明专利]基于孔中电偶极子发射的超前观测方法与装置

说明书

本发明提供了一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法及系统，对待探测区域进行先期的地质分析，结合现有的地质资料和已开挖隧道的状况，初步圈定致灾含水体可能存在的范围；选择合适的位置打入钻孔，选择钻孔与掌子面的交界点作为原点建立频率域激发极化三维坐标系，在孔内阵列式布设电偶极子，在掌子面上阵列式布设接收电极，所有接收电极顺序进行采集，获取视电阻率，根据收集到的视电阻率数据，进行数据处理分析，得到前方致灾含水体的方位和三维形态。本发明能够克服隧道内空间狭小的问题，同时发射源放置在钻孔内，更加靠近掌子面前方含水体，能够获得更加精准的结果。

技术领域

本发明属于频率域激发极化超前探测技术领域，具体涉及一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法与装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

突水突泥灾害是隧道建设中常见的地质灾害，会威胁隧道施工安全，往往会造成严重的经济损失和生产安全问题。在隧道建设期间，提前探明隧道掌子面前方的致灾含水体对避免突水突泥灾害具有重要的作用，隧道超前预报可以提前探明掌子面前方的致灾体，为隧道的施工安全提供保证。隧道超前预报法对隧道的施工期的突水突泥灾害起到了预防和防控的作用，激发极化、直流电阻率和瞬变电磁等电磁类方法对水体的敏感度高，在对造成严重突水突泥危害的致灾含水体的探测中广泛使用。

目前应用电磁法类方法在隧道超前探水方面取得了一定的效果，但传统的超前预报在掌子面上进行，隧道施工时掌子面环境狭小，且掌子面附近钢拱架等金属易产生电磁干扰，严重影响超前预报效果，安装在掌子面的发射源距离深处的含水异常体过远，探测场源辐射能量随距离增加而递减，远处接收信号的信噪比不高，会造成结果的偏差。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法与装置，本发明能够克服隧道内空间狭小的问题，同时发射源放置在钻孔内，更加靠近掌子面前方含水体，能够获得更加精准的结果。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法，包括以下步骤：

A.对待探测区域进行先期的地质分析，结合现有的地质资料和已开挖隧道的状况，初步圈定致灾含水体可能存在的范围；

B.选择合适的位置打入钻孔，选择钻孔与掌子面的交界点作为原点建立频率域激发极化三维坐标系，在孔内阵列式布设电偶极子，在掌子面上阵列式布设接收电极；

C.给电偶极子供电，所有接收电极顺序进行采集，获取视电阻率；当接收电极采集完成后，电偶极子顺次向前移动，重复电极采集的步骤，直至电偶极子到达钻孔末端；

D.根据收集到的视电阻率数据，进行数据处理分析，得到前方致灾含水体的方位和三维形态。

作为可选择的实施方式，所述步骤B中，频率域激发极化三维坐标系中z轴为隧道掘进方向沿着钻孔向前，x轴垂直于地面，y轴平行于地面。

作为可选择的实施方式，所述步骤C中，根据拟探测的距离，选择合适的激发频率和钻孔深度。

作为可选择的实施方式，所述步骤D中，根据采集到的视电阻率数据对数据进行最小二乘反演，得到三维图像，反映出含水低阻体的方位和形态。

一种基于孔中电偶极子发射的超前观测系统，包括电机系、固定装置、主机和发射机，其中：

所述发射机用于发射信号；

所述固定装置用于固定放入钻孔的电偶极子；

所述电极系包括接收电极系和电偶极子系，接收电极系包括多个阵列式排布在掌子面上的接收电极，电偶极子系包括若干间隔设置的电偶极子，各电偶极子之间通过线缆连接，所述电偶极子系与发射机连接；