[發(fā)明專利]基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN102998719A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 張慶松;惠冰;孫子正;王德明;韓偉偉;張連震
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 劉乃東

技術領域

本發(fā)明涉及巖體溫度探測技術領域，尤其涉及一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統(tǒng)和預報方法。

背景技術

地下工程中的水害一直是制約我國采礦能源及其他資源的主要因素。對于地下工程含水體構造的探測也亟待解決，現(xiàn)有技術中采用瞬變電磁法（TEM）、地質雷達、高密度電法等來預測預報地下工程含水體構造，探測及數(shù)據(jù)處理存在的缺陷是①探測設備繁重，需要投入很大的人力物力進行操作，②數(shù)據(jù)分析借助軟件后處理，對一些干擾信號需要做特殊處理等缺點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統(tǒng)；結構及操作簡單，測量準確可靠、使用方便，能夠同點多次觀測，與探測目標有最佳耦合，數(shù)據(jù)處理不需要依靠強大的軟件后處理，根據(jù)異常溫度變化響應區(qū)進行分析、就能夠探測地下工程含水體構造等優(yōu)點。

本發(fā)明還提供一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統(tǒng)，包括空氣囊，空氣囊設有充氣嘴，充氣嘴下部設有螺帽、密封圈，空氣囊與充氣嘴通過密封圈密封連接，空氣囊外表面設有光纖溫度傳感器，光纖溫度傳感器通過信號收集線與溫度采集器連接，溫度采集器通過電源線與電源連接，空氣囊內設有支承架，密封圈與支承架用密封膠密封連接，所述空氣囊采用兩端面封閉的圓管結構，充氣嘴與外端面連接，所述圓管的外徑小于鉆孔的直徑。

基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報方法，包括以下步驟：

1.確定探測區(qū)域：根據(jù)區(qū)域范圍劃分間距，用鉆頭在離巷道底板一定距離鉆探測孔，探測孔直徑小于巖體溫度探測系統(tǒng)中空氣囊的直徑；

2）將巖體溫度探測系統(tǒng)放置在探測孔中，通過充氣嘴向空氣囊充氣，直至空氣囊完全脹開體內充滿空氣，使光纖溫度傳感器緊貼巖體，以便測量真實巖體溫度；接通電源，待所測溫度穩(wěn)定后，數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)；對每個探測孔的不同鉆孔深度進行多次測量、并讀取各個測量值，測量完成后斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊內的空氣排出后，將巖體溫度探測系統(tǒng)取出。

3）數(shù)據(jù)處理及結果分析：對測量得到的不同位置探測孔同一深度的溫度、以及同一個探測孔內不同深度的溫度值進行分析，得出探測孔溫度值隨深度的變化的趨勢；根據(jù)不同水平距離-溫度變化趨勢，判斷是否出現(xiàn)異常溫度響應區(qū)，進而判斷在水平距離預定值范圍內、是否可能含有地下工程含水體。

探測區(qū)域進行等間距劃分，用氣動鉆進行鉆孔。

鉆孔施工完畢后采用高壓水槍對探測孔進行清洗，消除孔內巖粉、巖屑等雜物。

數(shù)據(jù)采集器在每次采集數(shù)據(jù)之前進行調零，待所測溫度穩(wěn)定后再進行數(shù)據(jù)的采集。

本發(fā)明工作原理：地下水賦存于巖體裂隙、孔隙等介質中，由于地下水的滲流會發(fā)生于巖體進行能量和質量的交換，最終達到滲流-溫度耦合。水的溫度與巖體的溫度達到平衡，在含水體構造中水的溫度會明顯低于不含水構造中，水的溫度可以間接反映巖體溫度，在靠近含水體構造時，溫度會發(fā)生異常響應，在遠離含水體構造時，溫度基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。利用巖體溫度場探測溫度系統(tǒng)進行鉆孔溫度測量，繪制水平位置-溫度變化曲線，獲得異常溫度響應區(qū)。根據(jù)溫度場異常變化曲線可實現(xiàn)對含水體構造的探測。

使用時，將空氣囊制成直徑小于鉆孔直徑的、兩端面封閉的圓管結構，空氣囊采用塑料材料制作。手持支承架用拉環(huán)把該系統(tǒng)放置在鉆孔的底部，按照逆時針旋轉一下，確保該系統(tǒng)暢通，防止堵塞及卡孔現(xiàn)象；通過充氣嘴向空氣囊充氣，直至空氣囊完全脹開體內充滿空氣；使光纖溫度傳感器緊貼巖體，保證光纖溫度傳感器與鉆孔巖體壁接觸良好。調整溫度采集器，接通電源，在每個深度段多次測量該深度的巖體溫度、取平均值；一個深度位置測量完成，然后斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊的空氣排出后，保持該系統(tǒng)深度不變，同時順時針旋轉巖體溫度探測系統(tǒng)60°，增加測量一組平均巖體溫度。將同一深度的兩組平均巖體溫度再取均值作為該深度的溫度值。測量完成一個深度后，斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊的空氣排出后，移動到另一處預定的深度位置，重復上述步驟進行測量該深度的溫度。待全部測量完成后，斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊內的空氣排出后，把巖體溫度探測系統(tǒng)從鉆孔中取出。

本發(fā)明的有益效果：