一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種煤巷綜掘超前探測電法儀，尤其是涉及一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀。
【背景技術】
[0002]煤礦生產中，礦井突水災害已經對人民的生命和財產造成了巨大的損失，防止礦井水害發生已經成為了煤礦安全生產中急需解決的問題。《煤礦安全規程》規定:礦井必須做好水害分析預報和充水條件分析，堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則。由國家規定可以看出防止煤礦水害的重中之重是“預測預報”。因此，研宄煤礦巷道掘進面超前探測方法與技術，有效預報煤礦掘進面前方隱伏地質構造具有重要意義。
[0003]由于受到煤巷綜掘超前探測技術及掘進面復雜惡劣的作業環境所限，目前尚未有一種成熟有效的巷道綜掘超前探測方法，能在煤巷掘進過程中快速精確預報掘進面前方隱伏的異常地質構造，如突水體、斷層、裂隙、陷落柱等。
[0004]為解決這一問題，本實用新型提出一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀，能夠快速準確地預報掘進面前方的隱伏地質構造。
[0005]本實用新型所述的激電儀主要基于聚焦雙頻激電法。所謂雙頻激電法，主要是利用兩種不同頻率并具有相關性的方波電流進行疊加，同時供入大地，形成雙頻組合電流作為激勵源；并接收含有地質異常信息的極化電勢差，通過儀器內部的斬波放大、相敏檢波等手段，得到其高頻電位差與低頻電位差，從而求得異常構造所產生的激發極化效應。聚焦雙頻激電法源于雙頻激電法，依據空間電場效應，根據同性電場之間互相排斥的性質，在掘進工作面四周布置約束電極以形成約束電場，從而與主發射電極的探測電場進行相互作用，利用電場的約束作用，有效控制電場的傳播方向，使探測電場的發射方向與發射范圍控制一定范圍內；并通過改變各約束電極電流強度，使探測電場發生偏轉，從而實現對掘進面前方進行半空間探測，對含水地質異常構造進行準確定位，達到定方向、定距離探測的目的。
[0006]本實用新型的主要意義有:
[0007](I)快速準確地預報掘進面前方的隱伏地質構造，減少礦井災害尤其水害的發生；
[0008](2)提尚超肖U勘探效率，減少現場勘探工作量，實現巷道超肖U探測快、準、易；
[0009](3)豐富煤巷綜掘超前探測技術研宄經驗，為巷道掘進預警技術發展提供有益幫助。
【實用新型內容】
[0010]本實用新型的主要目的在于，設計一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀，快速準確地預報掘進面前方的隱伏地質構造。
[0011]本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0012]一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀，其特征在于所述激電儀由發送機、接收機、電極和電纜組成；
[0013]所述發送機中，顯示屏、處理器、單端反擊電源模塊和調制模塊依次連接；單端反擊電源模塊連接發送機外部輸入端口和其他各模塊的供電端，負責為各模塊提供工作電源；鍵盤和顯示屏組成人機交互界面并與微處理器相連，微處理器通過A/D轉換和D/A轉換模塊與后級隔離輸出系統相連；調制模塊將直流調制成方波后與外部輸出相連；
[0014]所述接收機中，電源板、顯示屏、信號調理板與接口模塊依次連接；電源板給接收機內部模塊供電；顯示屏是人機交互界面；信號調理板連接與發送機相連的通訊接口，對發送機的輸出電流信號進行控制；接口模塊中包含電源接口、USB接口、485通訊接口和控制接口，負責內部模塊的連接以及與發送機之間的通訊連接。
[0015]該激電儀的工作過程如下:首先進行外部線路連接，包括電源線的接入、電纜和電極的連接、電纜和激電儀的連接以及發送機和接收機之間的通訊連接；其次進行電極的布置，該方法下電極垂直于掘進斷面布置，主要包括發射電極和約束電極，發射電極發射主電流，約束電極位于發射電極四周，每根電極均可發出獨立于發射主電流且可調的約束電流，該電流起到聚焦作用和探測各方位掃描探測的作用；布置好電極以后，設置多組發射主電流及約束電流的數值，進行探測；最后接收機將探測后的數據進行存儲，在導入上位機后進行進一步的處理和分析，預測掘進面前方的地質構造。
[0016]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容予以實施，以下為本實用新型的較佳實施例，并配合附圖詳細說明如后。
[0017]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
【附圖說明】
[0018]圖1是聚焦雙頻激電儀整體結構圖
[0019]圖2是雙頻調制波電流的合成圖
[0020]圖3a是聚焦雙頻激電儀電極布置的巷道截面圖
[0021]圖3b是聚焦雙頻激電儀在全巷道空間內電極布置示意圖
[0022]圖4是發送機和接收機內部模塊連接圖
[0023]圖中:
[0024]1:發送機2:接收機
[0025]3:通訊4:127V交流輸入
[0026]5:發送機電流輸出端□ 6:礦用電纜
[0027]7:電極8:接地電極
[0028]9:約束電極系10:主電極
[0029]11:圍巖介質12:接收機內部模塊
[0030]13:接收機電源板 14:接收機顯示屏
[0031]15:信號調理版16:電源接口
[0032]17:外接USB接口18:接收機485接口
[0033]19:控制接口20:輸入接口
[0034]21:本安電源22
[0035]23:地電位差24:發送機內部模塊
[0036]25:發送機485接口 26:發送機顯示屏
[0037]27:處理器28:鍵盤
[0038]29:單端反擊電源模塊30:調制模塊
【具體實施方式】
[0039]為更進一步闡述本實用新型為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀的【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
[0040]有關實用新型的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖示的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現。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。
[0041]如圖1所示的本實用新型的一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀的整體結構示意圖，發送機I和接收機2之間進行通訊3，二者構成了該裝置的主體結構。外設127V交流輸入4給發送機I供電，電極7通過礦用電纜6與發送機電流輸出端口 5相連將電流發射到圍巖介質中。
[0042]如圖2所示的本實用新型的一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀發出的調制方波電流的示意圖，將高低兩種頻率進行疊加調制，形成雙頻激發電流，對探測區域進行激電激勵，充分發揮了頻率域激電法的優點。
[0043]如圖3a所示的本實用新型的一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀的電極布置的巷道截面圖，圖中的Bi為約束電極，總共4根，分別記為B1、B2、B3和B4，A為主電極，M和Ml均為測量電極。約束電極布置呈正方形狀布置在四周，主電極A位于正中間，測量電極位于與主電極平齊的位置。
[0044]如圖3b所示的本實用新型的一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀在全巷道空間內電極布置的示意圖，接地電極8布置在巷道后部，約束電極系9布置在主電極10四周，起到約束主電極10的作用，同時改變約束電極系9中各個電極中的發射電流強度，可實現探測儀對煤巷綜掘面前方的各個方位的圍巖介質11進行掃描，得到全方位的超前探測數據，從而獲得異常體的位置信息。
[0045]如圖4所示的本實用新型的一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀的發送機和接收機內部模塊連接示意圖，接收機內部模塊12通過控制接口 19、分別位于接收機機和發送機中的接收機485接口 18和發送機485接口 25與發送機內部模塊24相連，485接口進行通訊，控制接口 19傳遞控制信號，控制發送機輸出電流的波形頻率和相位。接收機內部模塊12內部通過電源接口 16連接本安電源21和接收機電源板13，再通過電源板給內部模塊供電。接收機顯示屏14對接收到的激發極化后的高低頻電壓幅值進行顯示，并繪制出該幅值的簡易變化曲線，得到其變化趨勢。顯示屏中的外接USB接口 17與外接U盤相連，將探測數據導出，方便數據在上位機上的處理。信號調理板15主要控制接收機和發送機之間的通訊及控制信息的輸出，同時還接收通過輸入接口 20傳輸的地電位差23，作為控制輸出的參考信息。發送機內部模塊24的單端反擊電源模塊29將外界輸入的127V交流電進行轉換后給內部各模塊供電。發送機顯示屏26和鍵盤28連接處理器27，完成電流輸出的設定及輸出幅值顯示。處理器27還控制單端反擊電源模塊29，調節各路輸出電流值的大小。單端反擊電源模塊29通過調制模塊30后，輸出五路相互隔離的電流信號。
【主權項】
1.一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀，其特征在于所述激電儀由發送機、接收機、電極和電纜組成； 所述發送機中，顯示屏、處理器、單端反擊電源模塊和調制模塊依次連接；單端反擊電源模塊連接發送機外部輸入端口和其他各模塊的供電端，負責為各模塊提供工作電源；鍵盤和顯示屏組成人機交互界面并與微處理器相連，微處理器通過A/D轉換和D/A轉換模塊與后級隔離輸出系統相連；調制模塊將直流調制成方波后與外部輸出相連； 所述接收機中，電源板、顯示屏、信號調理板與接口模塊依次連接；電源板給接收機內部模塊供電；顯示屏是人機交互界面；信號調理板連接與發送機相連的通訊接口，對發送機的輸出電流信號進行控制；接口模塊中包含電源接口、USB接口、485通訊接口和控制接口，負責內部模塊的連接以及與發送機之間的通訊連接。
【專利摘要】本實用新型涉及一種煤巷綜掘超前探測聚焦雙頻激電儀，它由發送機、接收機、電極和電纜組成。發送機輸入127V的井下交流電，通過電纜與電極相連進行電流輸出，其五路調制方波電流相互隔離且幅值單路可調；發送機的顯示屏可顯示每路輸出的電流幅值、電壓值及接地電阻值；發送機與接收機通過電纜連接進行通訊，接收機發出控制信號控制發送機各路電流輸出的波形頻率和相位。電極垂直于斷面布置，且約束電極位于發射主電極的四周，實現電流的約束和偏轉功能。接收機的顯示屏可同時顯示高低頻電壓幅值，并計算出視幅頻率；接收機可將數據進行存儲并通過外設接口導出到移動存儲設備中。本實用新型可實現對煤巷綜掘面前方的隱伏地質構造的超前探測。
【IPC分類】G01V3-08
【公開號】CN204462411
【申請號】CN201520166019
【發明人】吳淼, 周游, 呂一鳴, 張金濤, 劉志民, 劉希高
【申請人】中國礦業大學(北京)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月24日