一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細(xì)成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細(xì)成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道不良地質(zhì)的探查對(duì)于預(yù)防隧道施工災(zāi)害具有重要的作用，由于激發(fā)極化法對(duì)水構(gòu)造等突涌水災(zāi)害源反映敏感，被廣泛用于隧道災(zāi)害源探測(cè)。對(duì)于隧道施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低的常規(guī)段落，通常采用普通的激發(fā)極化探測(cè)方式，供電與測(cè)量電極布置在工作面或者邊墻，在較理想的探測(cè)條件下可實(shí)現(xiàn)隧道工作面前方的突涌水災(zāi)害源等不良地質(zhì)的探查。激發(fā)極化最為電法探測(cè)方法，受體積效應(yīng)影響較大，隨著勘探深度的增加，分辨率將快速下降，從而只能對(duì)淺層地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行探測(cè)。同時(shí)，在復(fù)雜探測(cè)條件下易受到掌子沒后方低阻干擾(如后方含水體或錨桿、鋼拱架等金屬體)，使得探測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確而無法滿足隧道復(fù)雜環(huán)境探查的工程需求。
[0003]目前對(duì)于復(fù)雜環(huán)境隧道探查情況，尤其是隧道突涌水高風(fēng)險(xiǎn)段落的探查，通常采用鉆探方法。而普通的鉆探方法以鉆孔取芯方式進(jìn)行探測(cè)，如果鉆孔能夠直接揭露不良地質(zhì)體，其結(jié)果較為直觀明了，但是如果所鉆孔的位置不在不良地質(zhì)體的賦存區(qū)，容易產(chǎn)生一孔之見的問題，僅能預(yù)報(bào)鉆孔直接揭露的地質(zhì)情況，容易造成對(duì)突涌水災(zāi)害源等不良地質(zhì)的漏報(bào)，且無法對(duì)整個(gè)工作面進(jìn)行三維的探查。
[0004]—種較好的解決思路是在鉆孔中搭載孔中探測(cè)系統(tǒng)，通過孔中探測(cè)系統(tǒng)可以較好的解決單純鉆探方法“一孔之見”的問題。同時(shí)位于孔中的供電電極由于距離突涌水等災(zāi)害源較近，可以實(shí)現(xiàn)不良地質(zhì)體的精細(xì)化探測(cè)，且避免了工作面附近金屬設(shè)備的干擾，從而探測(cè)精度更高，目前鉆孔探測(cè)的方法與技術(shù)主要有:[1]非隨鉆孔中電阻率探查方法:該方法將探測(cè)裝置放入提前鉆好的鉆孔中，雖然采用陣列式的測(cè)量電極，但未實(shí)現(xiàn)隨鉆桿的實(shí)時(shí)探測(cè)功能，在實(shí)際探測(cè)中需要停止鉆桿工作并將鉆桿取出以便探測(cè)系統(tǒng)放入鉆孔進(jìn)行探測(cè)，將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，也無法獲取前方三維的地質(zhì)狀況。[2]隨鉆孔中激發(fā)極化探查方法:該方法將探測(cè)系統(tǒng)通過套筒布設(shè)在鉆桿上面，其中供電電極A、觀測(cè)電極Μ和N以及輔助電極Α1和Α2均安裝在套筒上，供電電極系統(tǒng)與測(cè)量電極系統(tǒng)呈線性布置，為一維的觀測(cè)系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)工作面前方不良地質(zhì)的三維成像。同時(shí)，目前的隨鉆探查方式中鉆桿高速旋轉(zhuǎn)過程中套筒易損壞，且連接供電與測(cè)量電極的電纜在鉆孔中也容易損壞，實(shí)際應(yīng)用中效率較低。
[0005]因此，綜上所述孔中激發(fā)極化探查技術(shù)主要面臨的問題如下:
[0006]大部分的孔中激發(fā)極化無法實(shí)現(xiàn)隨鉆探測(cè)，探測(cè)需要在鉆頭推進(jìn)結(jié)束后重新布設(shè)來探測(cè)，耗費(fèi)大量時(shí)間；而已有的隨鉆激發(fā)極化方法，旋轉(zhuǎn)套筒以及連接電纜易損壞，在實(shí)際應(yīng)用中效率較低。
[0007]隨鉆與非隨鉆的孔中激發(fā)極化探測(cè)方法的供電與測(cè)量電極布設(shè)在孔中，屬于一維的觀測(cè)方式，無法實(shí)現(xiàn)三維反演成像。
[0008]在鉆進(jìn)過程中未進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理，僅能在鉆孔施做完畢后給出探測(cè)結(jié)果，不能在鉆進(jìn)過程中實(shí)時(shí)顯示探測(cè)結(jié)果。
[0009]其中，參考文件為:
[0010][1]聶利超，隧道施工含水構(gòu)造激發(fā)極化定量超前地質(zhì)預(yù)報(bào)理論及其應(yīng)用[山東大學(xué)博士論文][D]、濟(jì)南:山東大學(xué)，2014.
[0011][2]李術(shù)才，劉斌，王傳武，等；隧道施工隨鉆定向激發(fā)極化實(shí)時(shí)超前探水裝置與方法[P]，中國:ZL201210583138.X。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細(xì)成像裝置，本實(shí)用新型可對(duì)隧道工作面前方地質(zhì)情況做出三維成像，且可連續(xù)探測(cè)，效率高，精度準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)系統(tǒng)隨鉆測(cè)量、三維數(shù)據(jù)獲取和實(shí)時(shí)反演成像的功能。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0014]一種三維隨鉆激發(fā)極化巖體精細(xì)成像裝置，包括隨鉆供電系統(tǒng)、供電電極、鉆頭定位裝置、三維陣列測(cè)量電極系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)反演成像系統(tǒng)，其中，
[0015]所述隨鉆供電系統(tǒng)搭載于孔中的鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)上，利用鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)的鉆頭作為孔中激發(fā)極化供電電極，實(shí)現(xiàn)孔中激發(fā)極化隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)量；
[0016]所述隨鉆供電系統(tǒng)，通過供電電極的連接電纜和旋轉(zhuǎn)裝置與控制器連接；
[0017]所述鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)的鉆頭處設(shè)置有鉆頭定位裝置，對(duì)鉆頭進(jìn)行定位；
[0018]所述三維陣列測(cè)量電極系統(tǒng)布置在工作面上，接收鉆頭掘進(jìn)過程中發(fā)射電流形成電場(chǎng)傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)，將測(cè)量的電極電壓信號(hào)傳輸?shù)娇刂破鳎?br>[0019]所述實(shí)時(shí)反演成像系統(tǒng)，設(shè)置在控制器上，根據(jù)控制器接收的鉆頭位置、三維陣列測(cè)量電極系統(tǒng)的電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的三維反演，實(shí)現(xiàn)隨鉆實(shí)時(shí)探查與三維成像。
[0020]所述隨鉆供電系統(tǒng)包括高強(qiáng)鉆頭、中空鉆桿與雙側(cè)絕緣連接裝置，高強(qiáng)鉆頭作為探測(cè)中的供電電極A，鉆頭尾部裝有快速接頭與置于鉆桿內(nèi)部的電纜連接，雙側(cè)絕緣連接裝置中心有預(yù)留孔，連接高強(qiáng)鉆頭的電纜穿過絕緣裝置的中心與控制器連接，連接裝置兩側(cè)設(shè)計(jì)有螺紋，一側(cè)連接高強(qiáng)鉆頭，另一側(cè)連接中空鉆桿，從而將金屬的鉆頭與金屬的鉆桿隔開，實(shí)現(xiàn)孔中激發(fā)極化隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0021 ] 所述供電電極的電纜位于中空鉆桿的中間，在鉆桿內(nèi)部鋪設(shè)到中空鉆桿的后端，中空鉆桿的后端側(cè)面開有小孔并安裝彈簧壓片，彈簧壓片與鉆孔中的供電電極的電纜連接，同時(shí)在鉆機(jī)支架上設(shè)計(jì)導(dǎo)電滑環(huán)，彈簧壓片與導(dǎo)電滑環(huán)滑動(dòng)連接，導(dǎo)電滑環(huán)通過電纜與控制器連接，從而實(shí)現(xiàn)在鉆桿高速旋轉(zhuǎn)模式下的供電電極電流的傳輸，使得孔中激發(fā)極化實(shí)時(shí)探測(cè)與鉆機(jī)鉆進(jìn)施工同步進(jìn)tx。
[0022]所述鉆頭定位裝置安裝在鉆機(jī)的支架上，包括轉(zhuǎn)軸、定位磁環(huán)和感應(yīng)器，連接儀器與導(dǎo)電滑環(huán)的電纜纏繞在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸隨著鉆頭的鉆進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)器感應(yīng)轉(zhuǎn)軸上的定位磁環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭鉆進(jìn)的定位。
[0023]所述三維陣列測(cè)量電極系統(tǒng)包括若干個(gè)布置在工作面的電極，在探測(cè)過程中接收工作面的電壓信號(hào)，通過電纜與控制器連接，并將測(cè)量的電極電壓信號(hào)傳輸?shù)娇刂破?，三維陣列電極通過耦合材料快速安裝在工作面上。
[0024]所述耦合材料為具有導(dǎo)電性能的快速硬化水泥，其成分及質(zhì)量比為:快硬水泥:石墨:工業(yè)鹽:水:膨潤土 = 5:1:1:2:1ο
[0025]所述實(shí)時(shí)反演成像系統(tǒng)搭載在控制器上，控制器檢測(cè)工作面的三維陣列測(cè)量電極的電壓信號(hào)，實(shí)時(shí)反演成像系統(tǒng)將控制器測(cè)取的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的三維反演，實(shí)現(xiàn)隨鉆實(shí)時(shí)探查與三維成像，并將結(jié)果實(shí)時(shí)顯示。
[0026]基于所述的裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0027](1)將隨鉆供電系統(tǒng)搭載于孔中的鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)上，連接供電電極、隨鉆供電系統(tǒng)和控制器，將鉆頭定位裝置設(shè)置于鉆頭上；
[0028](2)工作面上布置若干個(gè)三維陣列測(cè)量電極Μ，陣列電極圍繞著掌子沿徑向布置，形成三維陣列測(cè)量電極系統(tǒng)，電極通過導(dǎo)電的耦合材料快速安裝在設(shè)計(jì)位置，每個(gè)測(cè)量電極通過多芯電纜連接到控制器，設(shè)置參考點(diǎn)位的電極Ν ;
[0029](3)隨著鉆機(jī)鉆頭掘進(jìn)，通過鉆頭發(fā)射電流并形成電場(chǎng)，工作面上的陣列電極系接收電壓信號(hào)，并通過多芯電纜傳輸?shù)娇刂破鳎?br>[0030](4)鉆頭每前進(jìn)設(shè)定距離，