一种单水平钻孔内地质勘探装置及方法与流程

本发明属于地质勘探，尤其涉及一种单水平钻孔内地质勘探装置及方法。

背景技术：

1、地质勘探主要包括工程钻探和工程物探。钻探即在地层中钻孔，以鉴别和划分地表下地层，并可以沿孔深取岩心样品的一种勘探方法，可直接获取深层地质信息。但钻探耗时较长，且有“一孔之见”的局限性，仅能反映钻孔内的地质。

2、物探按工作条件分为地面物探和井下物探(测井)，按被探测的物理性质可分为电法、地震、声波、重力、磁法、放射性等方法，主要用于划分地层、区分岩性、确定软弱夹层、裂隙和破碎带位置及厚度、确定含水层的位置、厚度等，探测范围较广。

3、但大部分物探在地表操作，其测量精度易受地表设备铁元素、各种信号等的干扰，难以得到准确测量结果。目前可在水平钻孔内测量的物探仪器主要是石油领域的随钻测井仪器，需配合钻杆、钻具等一起使用，直径较大，不适用于取芯钻探形成的小直径钻孔，且结构复杂，成本较高。此外，现有的无线电波坑透仪也可在钻孔中使用，发射机和接收机分别位于两个地面钻孔内，发射机在一个钻孔内持续发出无线电波，电波经过两个钻孔之间的地质层投射到另一钻孔内被接收机接收，利用能量衰减来推测钻孔件的异常地质。但该方法需要2个钻孔，对于单钻孔条件下，无法实现地质探测功能。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种单水平钻孔内地质勘探装置及方法，从而解决了“一孔之见”，并排除地表设备铁元素、各种信号等对测量结果造成干扰的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、一方面，本发明提供了一种单水平钻孔内地质勘探装置，包括孔内装置和孔外装置，孔内装置和孔外装置连接，孔外装置用于将孔内装置下放至钻孔内或打捞出钻孔；孔内装置包括第一接收短节、第二接收短节和发射短节，第一接收短节、第二接收短节和发射短节之间通过连接短节呈直线连接；发射短节向周围地层发射无线电波，发射短节发射的无线电波由第一接收短节和第二接收短节的磁感应天线接收并得到场强数据。

6、进一步，孔外装置包括通水器、水龙头和泥浆泵，通水器的输出端放置于钻孔内用于钻孔液流向钻孔，通水器外表面与钻孔之间形成用于返水的环形间隙；水龙头与通水器的输入端连接，泥浆泵与水龙头之间通过管路连通，泥浆泵通过管路将钻孔液供入水龙头和通水器。

7、进一步，通水器通过夹持器与水龙头连接，夹持器能够夹持通水器前后移动。

8、进一步，孔内装置还包括存储短节，场强数据存储于存储短节，发射短节和存储短节之间连接有电池短节。

9、进一步，孔内装置还包括打捞短节，打捞短节与存储短节远离电池短节一端连接；孔外装置还包括鹅头和卷扬机，鹅头设置于水龙头远离通水器的一侧，通水器、水龙头和鹅头设置于支撑架上方，卷扬机设置于支撑架下方，卷扬机用于放出钢丝绳，钢丝绳绕设于鹅头依次从水龙头和通水器中伸出与打捞短节连接。

10、进一步，打捞短节外侧套设有活塞，活塞能够在钻孔液的压力驱动下带动孔内装置向钻孔的内部移动。

11、进一步，第一接收短节和第二接收短节均包括外筒和磁芯线圈，磁芯线圈位于外筒中；磁芯线圈包括接收线圈和磁芯，磁芯位于接收线圈中。

12、进一步，第一接收短节和第二接收短节均包括电路板，电路板包括信号接收电路，信号接收电路与磁芯线圈相连。

13、另一方面，本发明还提供了一种单水平钻孔内地质勘探方法，包括如下步骤：

14、s1：孔外装置将孔内装置下放至钻孔内的测量位置，孔内装置上布置有第一接收短节、第二接收短节和发射短节；

15、s2：发射短节向周围地层发射无线电波，第一接收短节和第二接收短节对无线电波进行接收；

16、s3：孔外装置打捞出孔内装置，并对孔内装置接收到的场强数据进行处理，当无反射无线电波达到第一接收短节和第二接收短节时，说明发射的无线电波未遇到地质异常区；当无线电波反射到第一接收短节和第二接收短节时，说明无线电波遇到地质异常区，通过对接收的实际场强和理论场强进行对比和计算，得出是否存在地质异常区，以及地质异常区的位置和范围。

17、进一步，s1中通过控制孔内装置的下放速度，使下放过程采用先匀加速再匀减速的运动状态，使孔内装置平稳到达测量位置。

18、(三)有益效果

19、本发明的有益效果是：

20、本发明提供的一种单水平钻孔内地质勘探装置及方法，将孔内装置下放到利用取芯钻探形成的单个的小直径钻孔内。孔内装置采用“一发双收”的工作方式得到基于无线电波反射的测量结果，其中的第一接收短节和第二接收短节互相验证，从而提高测量精度。

21、同时，由于孔内装置在钻孔内部，可排除地表设备铁元素、信号等干扰，得到较准确的磁场强度，快速、低成本地找出断层、溶洞、裂隙带、富水区等的位置和范围。本发明结构简单，操作简便，成本较低，且能够实现大范围的地质勘探。

技术特征：

1.一种单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，包括孔内装置(1)和孔外装置(2)，所述孔内装置(1)和所述孔外装置(2)连接，所述孔外装置(2)用于将所述孔内装置(1)下放至钻孔(3)内或打捞出所述钻孔(3)；

2.根据权利要求1所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述孔外装置(2)包括通水器(21)、水龙头(22)和泥浆泵(27)，所述通水器(21)的输出端放置于所述钻孔(3)内用于钻孔液流向所述钻孔(3)，所述通水器(21)外表面与所述钻孔(3)之间形成用于返水的环形间隙；

3.根据权利要求2所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述通水器(21)通过夹持器(29)与所述水龙头(22)连接，所述夹持器(29)能够夹持所述通水器(21)前后移动。

4.根据权利要求1所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述孔内装置(1)还包括存储短节(14)，所述场强数据存储于所述存储短节(14)，所述发射短节(13)和所述存储短节(14)之间连接有电池短节(16)。

5.根据权利要求4所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述孔内装置(1)还包括打捞短节(17)，所述打捞短节(17)与所述存储短节(14)远离所述电池短节(16)一端连接；

6.根据权利要求5所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述打捞短节(17)外侧套设有活塞(18)，所述活塞(18)能够在所述钻孔液的压力驱动下带动所述孔内装置(1)向所述钻孔(3)的内部移动。

7.根据权利要求1所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述第一接收短节(11)和所述第二接收短节(12)均包括外筒(101)和磁芯线圈(102)，所述磁芯线圈(102)位于所述外筒(101)中；

8.根据权利要求7所述的单水平钻孔内地质勘探装置，其特征在于，所述第一接收短节(11)和所述第二接收短节(12)均包括电路板(103)，所述电路板(103)包括信号接收电路，所述信号接收电路与所述磁芯线圈(102)相连。

9.一种利用权利要求1-8中任一项单水平钻孔内地质勘探装置的单水平钻孔内地质勘探方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的单水平钻孔内地质勘探方法，其特征在于，s1中通过控制所述孔内装置(1)的下放速度，使所述下放过程采用先匀加速再匀减速的运动状态，使所述孔内装置(1)平稳到达测量位置。

技术总结
本发明属于地质勘探技术领域，尤其涉及一种单水平钻孔内地质勘探装置及方法。该装置中的孔内装置上的发射短节发射无线电波由第一接收短节和第二接收短节接收，孔外装置用于下放和打捞孔内装置。该方法中S1：孔外装置下放孔内装置；S2：发射短节发射无线电波，第一接收短节和第二接收短节进行接收；S3：孔外装置打捞出孔内装置，如果无线电波经过反射到第一接收短节和第二接收短节，说明无线电波遇到地质异常区；通过对接收的实际场强和理论场强进行对比和计算，得出是否存在地质异常区，以及地质异常区的位置和范围。由此，该装置及方法将孔内装置下放到单个水平小直径钻孔内，采用“一发双收”得到场强数据，实现大范围的地质勘探。

技术研发人员：刘郡,肖正航,易达云,汪灿,李俊,任舸帆,伍容
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15