[發明專利]一種鉆孔定向探地雷達裝置

有效

• 申請號: 202010467024.3
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111608645B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 許獻磊;孫帥航;彭蘇萍;周東林
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/13;E21B49/00;E21B47/00;G01S7/02;G01S13/88
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本發明公開了一種鉆孔定向探地雷達裝置，該裝置包括控制單元、絞盤測距系統、探地雷達天線系統、旋轉逆補償系統、電纜和可插拔式推桿；控制單元、絞盤測距系統和探地雷達天線系統通過電纜連接，絞盤測距系統安裝在靠近控制單元一側；旋轉逆補償系統由驅動電機、內管、外管及兩個軸承組成，探地雷達天線系統固定安裝在旋轉逆補償系統的內管；該裝置可按照預先設定的角度在孔中進行數據采集，可應用于水平鉆孔和豎向鉆孔周圍地質結構和隱伏災害體的探測。

技術領域

本發明涉及地球物理探測技術領域，具體涉及一種鉆孔定向探地雷達裝置。

背景技術

城市地質隱伏災害體嚴重威脅地下工程的安全施工，當前在地面上作業的探測裝備和技術仍然難以滿足深部地質隱伏災害體的高精度探測。因此，在地面上向下鉆孔，將探測設備通過鉆孔內的移動來實現對鉆孔周圍一定距離內的地質隱伏災害體的探測成為當前的一個研究熱點。傳統的地球物理測井方法(如微電阻率掃描成像和核磁共振成像)只能獲取井周有限范圍內(徑向小于0.3m)的地層信息，受限于井孔個數，該方法僅能覆蓋有限的地下介質信息探測。鉆孔探地雷達具有相對較大的探測范圍及較高分辨率，通過孔中探測可以獲取距離地面幾千米深處的地層信息，已應用于水文地質學，溫室氣體探測，空洞和裂縫探測，礦藏勘探，喀斯特地形探測，鹽丘調查和測井等諸多領域中。

當前的鉆孔探地雷達技術還存在下面兩個問題：(1)鉆孔雷達在孔中探測時，在重力作用下，不可避免的產生自旋轉，難以實現對特定方向的探測；(2)雷達天線會接收到鉆孔外360°范圍內的電磁波回波信號，難以確定信號來源的方位，對數據解釋結果帶來很大干擾。因此，為解決這一問題，本專利開發一種定向鉆孔雷達，內部安裝旋轉逆補償裝置，避免了鉆孔雷達在探測時發生旋轉，實現特定角度的探測，提高數據和探測結果準確度。本發明可實現雷達對城市地質隱伏災害體的探測，對城市地下工程施工有重大意義。

發明內容

針對上述存在的技術問題或不足，本發明提供了一種鉆孔定向探地雷達裝置。其主要目的在于鉆孔的快速檢測并準確確定地質體的方位。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種鉆孔定向探地雷達裝置，包括：控制單元、絞盤測距系統、旋轉逆補償系統、探地雷達天線系統、電纜和可插拔式推桿。

進一步地，所述的鉆孔定向探地雷達裝置可應用于水平鉆孔和豎向鉆孔周圍地質結構和隱伏災害體的探測，可快速準確獲取鉆孔周圍地質結構和隱伏災害體的位置信息。

進一步地，所述的控制單元為一便攜式人機交互電腦，其內置電池組，為整個鉆孔定向探地雷達裝置提供電力；交互電腦實現對探地雷達天線系統參數和旋轉逆補償系統角度的設定，并控制整個數據采集過程。

進一步地，所述的所述的絞盤測距系統包括外圍護板、手搖把、測距輪編碼器、電纜線卷軸；手搖把通過人工搖動提供動力，帶動電纜線卷軸進行電纜的收放，電纜線卷軸轉動同時帶動測距輪編碼器工作，可以計算電纜收放的長度。豎向鉆孔探測時，絞盤測距系統為探地雷達天線系統提供拉力并實現電纜線的收放，同時通過測距輪編碼器記錄電纜線的收放長度。

進一步地，所述的旋轉逆補償系統包括驅動電機、內管、外管及兩個軸承；內外管通過軸承和電機進行固定，并且內外管可以分別獨立地繞同一旋轉軸進行旋轉。在探測過程中，旋轉逆補償系統對內管進行旋轉逆補償，可實現內管按照預先設定的角度保持姿態不變。

進一步地，所述的探地雷達天線系統包括發射天線、接收天線、發射機、接收機和采集卡，硬件之間通過饋電線連接，且其全部放置于內管。發射天線和接收天線均為偶極子天線，采用末端電阻加載的方式，并帶有屏蔽外殼，用以實現信號強度集中在探測方向；采集卡上集成了陀螺儀、旋轉逆補償系統的控制電路，可以實現雷達信號的數字化采集。