[发明专利]一种矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置及方法

摘要

本发明公开了一种矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置，它的中央处理器和瞬变电磁发射模块的总线通信端均接入系统总线，瞬变电磁发射模块的信号输出端与待测钻孔外的瞬变电磁发射线圈连接，电磁信号接收模块的信号输入端连接三维磁场传感器和一维Z向电场传感器的信号输出端，电磁信号接收模块的信号输出端连接单片机的电磁信号输入端，第一存储器的通信端连接单片机的数据存储端，三维电子罗盘的通信端连接单片机的罗盘信号通信端，单片机的主机数据通信依次通过第一光缆口和光纤电缆连接现场主机的第二光缆口；本发明可探测钻孔周围的富水体和导水通道等有害地质体并进行精细有效的探测预报。

主权项

1.一种矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置的矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测方法，所述矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置包括现场主机(1)、探头(2)、光纤电缆(3)、电磁发射线圈(6)，设置在探头(2)内的三维磁场传感器(2.1)、一维Z向电场传感器(2.2)、电磁信号接收模块(2.3)、单片机(2.4)、第一光缆口(2.5)、第一存储器(2.6)、三维电子罗盘(2.7)，所述主机(1)包括中央处理器(1.1)、系统总线(1.5)和瞬变电磁发射模块(1.7)，中央处理器(1.1)和瞬变电磁发射模块(1.7)的总线通信端均接入系统总线(1.5)，瞬变电磁发射模块(1.7)的信号输出端与待测钻孔(5)外的瞬变电磁发射线圈(6)连接，电磁信号接收模块(2.3)的信号输入端连接三维磁场传感器(2.1)和一维Z向电场传感器(2.2)的信号输出端，电磁信号接收模块(2.3)的信号输出端连接单片机(2.4)的电磁信号输入端，第一存储器(2.6)的通信端连接单片机(2.4)的数据存储端，三维电子罗盘(2.7)的通信端连接单片机(2.4)的罗盘信号通信端，单片机(2.4)的主机数据通信依次通过第一光缆口(2.5)和光纤电缆(3)连接现场主机(1)的第二光缆口(1.6)；所述瞬变电磁发射线圈(6)用于在瞬变电磁发射模块(1.7)和中央处理器(1.1)的控制下向在待测钻孔(5)发射脉冲瞬变电磁信号，所述探头(2)的一维Z向电场传感器(2.2)用于接收瞬变电磁发射线圈(6)发射的脉冲瞬变电磁信号中的电磁直达信号和待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的Z向二次电场信号，所述三维磁场传感器(2.1)用于接收待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的三维二次磁场信号，三维电子罗盘(2.7)用于测量探头(2)在待测钻孔(5)内的轨迹数据；所述单片机(2.4)用于将接收到的所述电磁直达信号、待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的Z向二次电场信号、待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的三维二次磁场信号进行数字化处理，得到电磁直达信号、Z向二次电场信号和三维二次磁场信号的数字化信号，并将该电磁直达信号、Z向二次电场信号和三维二次磁场信号的数字化信号与三维电子罗盘(2.7)得到的探头(2)在待测钻孔(5)内的探头轨迹数据一起保存在第一存储器(2.6)中；所述中央处理器(1.1)用于根据上述电磁直达信号、Z向二次电场信号、三维二次磁场信号的数字化信号和探头(2)在待测钻孔(5)内的轨迹数据生成对应的三维二次磁场与Z向二次电场成像图以及钻孔轨迹图；其特征在于，矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测方法包括如下步骤：步骤1：将电磁发射线圈(6)置于巷道(7)壁的待测钻孔(5)孔口平面，使电磁发射线圈(6)平面与待测钻孔(5)垂直，并使待测钻孔(5)的轴线与电磁发射线圈(6)的轴线重合，将探头(2)置于待测钻孔(5)孔口；步骤2：中央处理器(1.1)控制瞬变电磁发射模块(1.7)通过瞬变电磁发射线圈(6)向在待测钻孔(5)发射脉冲瞬变电磁信号；步骤3：所述探头(2)的一维Z向电场传感器(2.2)接收瞬变电磁发射线圈(6)发射的脉冲瞬变电磁信号中的电磁直达信号和待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的Z向二次电场信号，所述三维磁场传感器(2.1)接收待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的三维二次磁场信号，三维电子罗盘(2.7)测量探头(2)在待测钻孔(5)内的轨迹数据；步骤4：单片机(2.4)将接收到的所述电磁直达信号、待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的Z向二次电场信号、待测钻孔(5)周围岩体被脉冲瞬变电磁信号激励的三维二次磁场信号进行数字化处理，得到电磁直达信号、Z向二次电场信号和三维二次磁场信号的数字化信号，并将该电磁直达信号、Z向二次电场信号和三维二次磁场信号的数字化信号与三维电子罗盘(2.7)得到的探头(2)在待测钻孔(5)内的探头轨迹数据一起保存在第一存储器(2.6)中；步骤5：将探头(2)由待测钻孔(5)孔口向孔底逐步推进，并利用步骤2～步骤4所述的待测钻孔(5)超前探测方法对待测钻孔(5)进行逐点扫描探测，即在每个预设的探测点进行探测，得到待测钻孔(5)孔口至孔底每个预设探测点的电磁直达信号、Z向二次电场信号、三维二次磁场信号和探头轨迹数据。