[實用新型]隧道施工隨鉆定向激發極化實時超前探水裝置

有效

• 申請號: 201220729270.2
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN203037865U
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 李術才;劉斌;王傳武;聶利超;宋杰;劉征宇;孫懷鳳;許新驥;徐磊;郝亭宇;周浩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V3/02
• 分類號: G01V3/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本實用新型涉及一種隧道施工過程中隨鉆定向激發極化探測預報裝置，具體地說是一種涉及在隧道施工過程中，在工作面鉆桿向前鉆進的同時，在不影響鉆進的條件下，采用定向激發極化探測系統，對隧道施工時工作面前方的含水情況作出實時探測和預報的裝置。

背景技術

突水突泥災害是隧道施工中面臨的主要挑戰和難題，往往造成嚴重的經濟損失和生產安全問題。在隧道施工期間，提前探明施工工作面前方的含水情況對于避免突水突泥災害具有重要作用。超前水平鉆探是目前常用的一種超前探水方法，通過在隧道工作面上布置1-3個鉆孔，進行超前鉆探，對隧道工作面前方的含水情況進行探測。超前水平鉆探是一種直接探水方法，如果鉆孔能夠直接揭露含水地質構造，則可準確的探明含水情況；但是如果選取的鉆孔位置不在含水地質構造的賦存區域，則無法揭露含水地質構造，遺漏突水突泥災害源，造成誤報。因此，鉆孔探測范圍較小，僅能對鉆孔孔徑內含水體情況作出探查，存在“一孔之見”的問題。

為了探測鉆孔周圍巖土體內的含水情況，提高鉆探的探測范圍，在地面鉆探中人們主要采用孔中地球物理探測方法，如孔中地震波法、孔中地質雷達法、孔中電阻率法等，取得了較好的效果，為解決隧道工作面超前鉆探的問題提供了借鑒。但是，隧道工作面超前鉆探探水存在著一些較為特殊的問題，使得地面鉆探的輔助地球物理探測方法無法直接應用到隧道中。申請號201210182857.0的專利提出的一種超前探水預報裝置由于探測深度低、受金屬質鉆桿的干擾和影響比較嚴重，在實際應用中未得到廣泛推廣。針對上述問題，本實用新型提出了一種隧道施工定向激發極化實時超前探水裝置。對于本實用新型而言，隧道中的特殊難題具體如下：(1)隧道施工工期一般比較緊迫，預留給鉆探和孔中地球物理探測時間非常有限，需要提出一種隨鉆的實時探測裝置；(2)鉆頭和鉆桿均是高強鋼材制作，對激發極化探測干擾非常大，在鉆頭和鉆桿上無法直接安裝激發極化探測系統，需要設計專用的隨鉆測量裝置；(3)在單個鉆孔中激發極化探測深度有限，需要提出一種提高探測深度的探測形式；(4)一般地球物理探測的數據處理和解釋的耗時較長，而超前鉆探可實時給出探測結果，為了與超前鉆探同步，需要提出一種實時數據處理與解釋方法。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種隧道施工隨鉆定向激發極化實時超前探水裝置，該裝置可對隧道工作面前方含水體情況作出實時連續預報。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案。

一種隧道施工隨鉆定向激發極化實時超前探水裝置，包括鉆頭、高強絕緣隨鉆套筒和定向激發極化探測系統，所述鉆頭通過連接軸承連接高強絕緣隨鉆套筒，在高強絕緣隨鉆套筒外周布設定向激發極化探測系統，實現超前鉆探與激發極化探測的同步實時進行，采集的數據通過快速解譯方法，以視電阻率和視極化率為參數，對隧道工作面前方含水情況作出實時連續預報。

所述定向激發極化探測系統包括定向供電電極系和觀測電極系，定向供電電極系包括供電電極、兩個輔助供電電極和普通金屬電極，觀測電極系包括兩個不極化的觀測電極；所述兩個輔助供電電極分別固定在供電電極兩側，普通金屬電極位于隧道內；所述觀測電極系位于供電電極和一個輔助供電電極之間，定向激發極化探測系統的所有電極都通過電纜與現場主機相連。

所述兩個輔助供電電極與供電電極的距離相等。

所述觀測電極在供電電極和一個輔助供電電極之間等間距布設。

在進行工作時，對輔助供電電極供入與供電電極同等大小的同性電流，在觀測電極系處進行數據采集。一般狀態下供電電極發射電流會向平行鉆探和垂直鉆探方向發散，導致激發極化所需探測方向即垂直鉆探方向上的電流線密度不大，探測深度受到限制。本實用新型中輔助供電電極平行于鉆探方向供電，可定向壓迫供電電極發射電流向垂直鉆探方向定向集中，實現電流定向化，增大激發極化所需探測方向上的電流強度，增大探測深度。

所述連接軸承后端以卡槽的形式連接高強絕緣隨鉆套筒。

所述高強絕緣隨鉆套筒，通體采用高強PVC絕緣材料，直徑小于鉆孔直徑，通過連接軸承與鉆頭連接。連接軸承固定在鉆頭上，后端以卡槽形式與高強絕緣隨鉆套筒連接。定向激發極化探測系統布設在高強絕緣隨鉆套筒上，在鉆進過程中，高強絕緣隨鉆套筒只隨鉆桿前進，但不隨鉆桿轉動，可保證定向激發極化探測系統安全穩定運行。高強絕緣隨鉆套筒將金屬鉆桿與定向激發極化電極隔離開，使得激發極化探測不受金屬質鉆桿的干擾和影響，同時實現了超前鉆探和定向激發極化探測的同步實時進行。