CN113309506B - 基于孔中电偶极子发射的超前观测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
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***,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。
Description
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***,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;
所述主机与发射机、接收电极系通过导线连接,被配置为控制发射机的动作,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,所述主机包括:控制模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块,所述控制模块用于控制发射机发射电流的频率和大小,以及接收电极的采集方式和次序;数据采集模块连接接收电极,用于采集视电阻率;数据处理模块被配置为将采集到的视电阻率进行反演,绘制为三维图像,并标定致灾含水体的可能方位;数据存储模块用于存储视电阻率数据和生成的三维示意图。
作为可选择的实施方式,各电偶极子依次连接在发射机上,顺序激发。
作为可选择的实施方式,各电偶极子等间距布置。
作为可选择的实施方式,所述接收电极为不锈钢电极。
作为可选择的实施方式,所述固定装置为机械弹出装置。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明针对隧道前方致灾含水体严重影响隧道施工期安全的问题,提出了一种新的孔内电偶极子发射的频率域激发极化超前探水方法与装置。在掌子面空间有限的情况下,把电偶极子放置在钻孔内,使得电偶极子与含水体更加接近,能够获得更加精确的结果。
本发明提出一种孔内电偶极子发射的频率域激发极化超前探水方法,能够实现电偶极子的自动安装、数据的智能采集、处理和识别。电偶极子线缆安置在钻孔内,避免了掌子面后方的电磁干扰,同时装置可以通过主机发射不同频率和大小的电流,电偶极子距离异常体更近,能够最大程度的反映出探测区域的致灾含水体的方位和三维形态,对隧道施工期的安全保障有重要的意义。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施流程图;
图2为本发明装置示意图;
其中,1、接收电极系;2、电偶极子;3、掌子面;4、钻孔;5、发射机;6、主机。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的目的在于提供一种孔内电偶极子发射的隧道频率域激发极化方法和基于钻孔的电偶极子发射隧道频率域激发极化超前探水装置。
首先介绍一种孔中电偶极子发射的隧道频率域激发极化超前探水方法,其流程如图1所示,步骤包括:
A.地质分析,分析待探测区域的地质条件,包括该区域的历史自然条件和隧道已开挖的揭示的岩层信息。
B.划定重点探测区域后,选择合适的钻孔位置,打入钻孔。电偶极子线缆放置在钻孔内。以掌子面中心为零点,建立激发极化三维坐标系,z轴为钻孔,x轴垂直于地面,y轴平行于地面,接收电极点在掌子面上矩阵式排列。
C.选择适合的频率作为激发源,发射机给电偶极子线缆电流信号,接收电极按照从左上到右下的次序顺序采集。
D.一次采集结束后,电偶极子线缆中的供电电极同步向前移动,接收电极继续顺次采集,直至供电电极移动到钻孔的末端。
E.所有数据采集结束后,使用最小二乘反演方法进行数据处理,得到前方致灾含水体的方位和三维形态。
一种孔中电偶极子发射的隧道频率域激发极化超前观测装置,装置示意图如图2所示,包括电极系、固定装置、主机、发射机等组件,所述装置中发射机可以发射不同频率、不同大小的交流电。
所述装置中固定装置为一机械弹出装置,用于固定放入钻孔的电偶极子。
所述装置中电极系包括接收电极系和电偶极子线缆。接收电极系阵列式排布在掌子面上,电偶极子系为一长的带有若干等间距电极的线缆。探测时电偶极子线缆连接在发射机上,顺序激发。
所述的装置中主机与发射机、接收电极系、电偶极子线缆使用导线连接。主机包括:控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块。控制模块用以控制发射机发射电流的频率和大小,以及接收电极的采集方式和次序;数据采集模块连接接收电极实现采集视电阻率的功能;数据处理模块能够将采集到的视电阻率进行反演,绘制为三维图像,并智能标定致灾含水体的可能方位;数据存储模块能够存储视电阻率数据和生成的三维示意图。
上述装置的使用方法如下:
A.根据先期地质条件,选定钻孔位置打入钻孔;
B.将电偶极子线缆放置在钻孔内,接收电极系放置在掌子面上,主机与发射机、接收电极相连接,电偶极子固定在钻孔内部并与发射机相连接;
C.主机控制发射机发出合适频率和大小的电流;
D.电偶极子发射,接收电极顺次测量视电阻率数据;
E.所有接收电极都测得一次数据之后,主机控制供电点沿着电偶极子线缆向前推进,接收电极继续采集;
F.采集完成后,视电阻率数据进行处理分析,(在本实施例中,可以用最小二乘法处理数据)绘制成三维图像,并标定出致灾含水体的方位和三维形态。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法,其特征是: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;各电偶极子等间距布置;
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;
各电偶极子依次连接在发射机上,顺序激发;
接收电极按照从左上到右下的次序顺序采集。
2.如权利要求1所述的一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法,其特征是: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。
3.如权利要求1所述的一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法,其特征是: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。
4.如权利要求1所述的一种基于孔中电偶极子发射的超前观测方法,其特征是: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。
5.一种基于孔中电偶极子发射的超前观测***,其特征是:包括电极系、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;各电偶极子等间距布置;
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;
所述主机与发射机、接收电极系通过导线连接,被配置为控制发射机的动作,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;
各电偶极子依次连接在发射机上,顺序激发;
接收电极按照从左上到右下的次序顺序采集。
6.如权利要求5所述的一种基于孔中电偶极子发射的超前观测***,其特征是:所述主机包括:控制模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块,所述控制模块用于控制发射机发射电流的频率和大小,以及接收电极的采集方式和次序;数据采集模块连接接收电极,用于采集视电阻率;数据处理模块被配置为将采集到的视电阻率进行反演,绘制为三维图像,并标定致灾含水体的可能方位;数据存储模块用于存储视电阻率数据和生成的三维示意图。
7.如权利要求5所述的一种基于孔中电偶极子发射的超前观测***,其特征是:所述接收电极为不锈钢电极。
8.如权利要求5所述的一种基于孔中电偶极子发射的超前观测***,其特征是:所述固定装置为机械弹出装置。
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