一种偏转电场法电透视探测系统及方法与流程

本发明属于直流电法勘探领域，具体涉及一种偏转电场法电透视探测系统及方法。

背景技术：

矿井工作面回采过程中，特别是地质条件比较复杂的矿井，常常遇到水或者地质构造相关的问题，这些问题常会威胁安全生产，因此在开采前必须清楚这些威胁的存在情况。喀斯特地形发育的区域，溶洞的形成往往造成地面的塌陷，对公共安全的威胁不容忽视。针对这些威胁，在具备透视条件时，通常使用直流电法透视法进行探测。

公开号为cn103235344a的中国发明专利申请《双巷多电极电透视探测系统》提供一种双巷多电极电透视探测系统，如图6所示，虽然上述发明专利申请的技术方案提供了的双巷多电极电透视探测系统，能够采集同一巷道中相邻两个电极之间的电位值，也能够采集两个巷道之间的电位值，可以从多维定位工作面内的相对富水区的平面位置，但是上述发明专利申请的技术方案的装置发射和接收是一体的不能分离，且现有的透射系统建立的电场覆盖整个空间区域，采集到的信号为整个空间区域的综合响应，难以聚焦。另外，现有的透射系统无法实现电场偏转。

电法领域中常用的聚焦电流法能够提高信噪比，但因施工不便此方法通常用于超前探测，其在巷道掌子面处布置一层屏蔽电极圈，屏蔽电极圈中心位置处则为中心发射电极，利用同性相斥的原理迫使中心发射电极发出的电场线尽可能的向前。如图7所示，上述装置的屏蔽电极层的发射电压是相等的，不能调节每个屏蔽电极的发射电压和发射频率，这就导致了不能按照需要改变聚焦电流装置的电场方向。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于如何实现探测系统的发射和采集子系统分离，以及改变发射子系统发射的电场方向，实现对目标探测区域多个方向的精准探测的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

一种偏转电场法电透视探测系统，应用于具备透视条件的区域的探测，所述的探测系统包括发射子系统(1)和采集子系统(2)；所述的发射子系统(1)与采集子系统(2)分别布置于不同的位置，彼此相互分离；工作时，采集子系统(1)与发射子系统(2)对时，对时后采集子系统一直工作于采集状态，采集发射子系统(1)发射的电信号；所述的发射子系统(1)的发射电压和发射频率可调，所述的采集子系统(2)的接收频率可调。

将发射和采集分离，通过改变发射子系统的发射频率和发射电压来改变电场及电场方向，从而能够在一次布线的情况下，实现对目标探测区域多个方向的精准探测。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的发射子系统(1)包括发射电极装置(13)，所述的发射电极装置(13)包括一个中心发射源(130)以及一个或多个屏蔽层；所述的屏蔽层内部包含多个屏蔽电极(131)，多个屏蔽电极(131)以中心发射源(130)为中心呈规则排列。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的中心发射源(130)以及每个屏蔽电极(131)均单独供电；通过调节屏蔽电极(131)的发射电压，可以改变中心发射源(130)的电场方向，实现中心发射源(130)电场方向的定向偏转。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的屏蔽电极(131)供电的频率低于中心发射源(130)供电的频率，中心发射源(130)发射频率可调；调节采集子系统(2)的接收频率，采集子系统(2)只采集中心发射源(130)发射的特定频率的电信号。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的发射电极装置(13)的屏蔽层内部的屏蔽电极(131)均以中心发射源(130)为中心，呈环形或线形布置。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的发射子系统还包括发射装置(11)、电缆(12)；所述的发射电极装置(13)通过电缆(12)与发射装置(11)连接；所述的发射子系统(1)布置于巷道或钻孔中；所述的布置发射子系统(1)的巷道或钻孔为发射巷道或发射孔；所述的发射巷道或发射孔中至少布置一套发射子系统；所述的发射装置(11)能够设置偏转参数以及执行偏转程序。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的采集子系统(2)包括采集装置(21)、多个接收电极(23)、多根电缆(12)；所述的多个接收电极(23)通过多根电缆(12)与采集装置(21)连接；采集装置(21)用于测量并记录每个接收电极(23)采集到的电信号；所述的采集子系统(2)布置于巷道或钻孔中；所述的布置采集子系统(2)的巷道或钻孔为采集巷道或采集孔；所述的采集巷道或采集孔至少有一条；所述的每条采集巷道或采集孔中至少布置一套采集子系统。

一种应用于上述偏转电场法电透视探测系统的方法，包括以下步骤：

步骤一：安装发射子系统(1)和采集子系统(2)；具体为：将发射子系统(1)安装于发射巷道或发射孔中，采集子系统(2)安装于采集巷道或采集孔中。

步骤二：发射子系统(1)与采集子系统(2)参数设置和对时；具体为：设置发射子系统(1)和采集子系统(2)的参数，发射子系统(1)和采集子系统(2)进行对时，对时后采集子系统一直工作在采集状态，采集发射子系统(1)发射的电信号。

步骤三：发射电信号并采集；具体为：发射子系统(1)在发射点按照预设的偏转参数和偏转程序进行电信号的发射；采集子系统(2)进行全程采集。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的偏转参数是预设的屏蔽电极(131)的发射电压；所述的偏转程序是调整偏转参数来控制屏蔽电极(131)的发射电压，从而改变中心发射源(130)的电场方向，实现定向发射的目的；所述的全程接收指的是采集子系统(2)一直工作于采集状态，采集发射子系统(1)发射的全部电信号，所述的采集子系统(2)采用自存储的方式储存数据采集到的多组电信号。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的发射子系统(1)在发射点发射电信号完成后，依次移动发射子系统(1)到下一个发射点发射电信号，直至完成所有的发射点发射任务为止。

本发明具有以下优点：

1)将发射和采集分离，通过改变发射子系统屏蔽电极的发射电压来改变电场线的方向，从而能够在一次布线的情况下，实现对目标探测区域多个方向的精准探测。

2)发射子系统发射不同频率的电信号，采集子系统接收指定频率的电信号，有效的避免了屏蔽电极发射的电场所产生的干扰。

3)发射子系统具有多种实现方式，能实现在巷道或钻孔中发射，多个发射子系统可以联合工作。

4)能实现一个巷道或钻孔发射，多个巷道或钻孔接收子系统同时测量。

附图说明

图1-1是本发明实施例一的一种偏转电场法电透视探测系统的结构巷道布置图；

图1-2是本发明实施例一的一种偏转电场法电透视探测系统的结构钻孔布置图；

图2-1是本发明实施例一的一种偏转电场法电透视探测系统的电极装置环形布置图；

图2-2是本发明实施例一的一种偏转电场法电透视探测系统的电极装置线形布置图；

图3是本发明实施例二的一种偏转电场法电透视探测方法的流程图；

图4是本发明实施例的线形布置的中心发射源电场方向的定向偏转的原理图；

图5是本发明实施例所述的偏转参数和偏转程序的设置方式的原理图；

图6是现有技术中的双巷多电极电透视探测系统的系统布置图；

图7是现有技术中的两种偏转电场法的供电装置原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1-1和1-2所示，一种偏转电场法电透视探测系统，应用于隧道、地铁、水库大坝等地下空间或具备透视条件的区域的探测；所述的地下空间包含多条巷道或钻孔，所述的多条巷道或钻孔将地下空间划分为多个目标探测区域；所述的探测系统对多个目标探测区域内地质异常进行探测；所述的具备透视条件的区域是能够实现单边发射对边接收的区域，如水库大坝在坝体一侧发射另一侧接收。

所述的探测系统包括发射子系统1和采集子系统2；所述的发射子系统1与采集子系统2分别布置于不同的位置，彼此相互分离；工作时，采集子系统1与发射子系统2对时，对时后采集子系统一直工作于采集状态，采集发射子系统1发射电信号；所述的发射子系统1的发射电压和频率可调，所述的采集子系统2的接收频率可调。

所述的发射子系统包括发射装置11、电缆12、发射电极装置13；所述的发射电极装置13通过电缆12与发射装置11连接。

所述的采集子系统2包括采集装置21、多个接收电极23、多根电缆12；所述的多个接收电极23通过多根电缆12与采集装置21连接；采集装置21用于测量并记录每个接收电极3采集到的电信号。

所述的发射子系统1布置于巷道或钻孔中，所述的布置发射子系统1的巷道或钻孔为发射巷道或发射孔；所述发射巷道或发射孔中至少布置一套发射子系统；所述的采集子系统2布置于巷道或钻孔中，所述的布置采集子系统2的巷道或钻孔为采集巷道或采集孔；所述的采集巷道或采集孔至少有一条；所述的每条采集巷道或采集孔中至少布置一套采集子系统。

所述的发射电极装置13包括一个中心发射源130以及一个或多个屏蔽层；所述的屏蔽层内部包含多个屏蔽电极131，多个屏蔽电极131以中心发射源130为中心呈规则排列。

如图2-1所示，是应用于巷道的发射电极装置13，所述的屏蔽层可以为一层或多层；图中取两层，分别为第一屏蔽层132和第二屏蔽层133，所述的第一屏蔽层132和第二屏蔽层133内部的多个屏蔽电极131均以中心发射源130为中心，呈环形布置，所述的环形可以是多边形或圆形。

如图2-2所示，是应用于钻孔的发射电极装置13，所述的屏蔽层可以为一层或多层；图中取两层，分别为第一屏蔽层132和第二屏蔽层133，所述的第一屏蔽层132和第二屏蔽层133内部的多个屏蔽电极131均以中心发射源130为呈线形布置。

所述的中心发射源130、第一屏蔽层132、第二屏蔽层133之间相互绝缘；所述的第一屏蔽层132、第二屏蔽层33内部的多个屏蔽电极131之间也相互绝缘。

所述的中心发射源130以及每个屏蔽电极131均单独供电，通过调节屏蔽电极131的发射电压，可以改变中心发射源130电场线的方向，实现中心发射源130电场方向的定向偏转。

所述的中心发射源电场方向的定向偏转的原理如下：

如图4所示，以线形布置定向偏转的原理为例，所述的多个偏转电极131以中心发射源130为中心，呈纵向线形布置；

如果多个偏转电极131的发射电压从上到下依次减小，由于同向电场相互排斥，可实现中心发射源130的电场方向向下偏转；

如果多个偏转电极131的发射电压从上到下依次增加，由于同向电场相互排斥，可实现中心发射源130的电场方向向上偏转；

如果中心发射源130上方的偏转电极131发射电压与中心发射源130下方的偏转电极131发射电压相等，中心发射源130的电场方向水平，不发生偏转。

所述的屏蔽电极131供电的频率低于中心发射源130供电的频率；调节采集子系统2的接收频率，采集子系统2只采集中心发射源130发射的特定频率的电信号。

所述的发射巷道或发射孔中有多个发射点，发射子系统1发射点处发射电信号；依次移动发射子系统1到下一个发射点发射电信号，直至完成所有的发射点发射任务为止。

实施例二

如图3所示，一种聚焦电场法电透视探测方法，包括以下步骤：

步骤一：安装发射子系统1和采集子系统2；具体为：将发射子系统1安装于发射巷道或发射孔中，采集子系统2安装于采集巷道或采集孔中。

如图1-1或图1-2所示，所述的发射子系统1布置于巷道或钻孔中，所述的布置发射子系统1的巷道或钻孔为发射巷道或发射孔；所述的发射巷道或发射孔中至少布置一套发射子系统；所述的采集子系统2布置于巷道或钻孔中，所述的布置采集子系统2的巷道或钻孔为采集巷道或采集孔；所述的采集巷道或采集孔至少有一条；所述的每条采集巷道或采集孔中至少布置一套采集子系统。

步骤二：发射子系统1与采集子系统2参数设置和对时；具体为：设置发射子系统1和采集子系统2的参数，发射子系统1和采集子系统进行对时，对时后采集子系统一直工作在采集状态，采集发射子系统1发射的电信号。

步骤三：发射电信号并采集；具体为：发射子系统1在发射点按照预设的偏转参数和偏转程序进行电信号的发射；采集子系统2进行全程采集。

所述的偏转参数是预设的屏蔽电极131的发射电压；所述的偏转程序是调整偏转参数来控制屏蔽电极131的发射电压，从而改变中心发射源130的电场方向，实现定向发射的目的。

如图5所示，所述的偏转参数和偏转程序的其中的一种设置方式，具体为：将屏蔽电极131从上到下依次编号为131-1^#，131-2^#，131-3^#，131-4^#，与之对应的预设的初始发射电压依次为：48v、24v、12v、0v；131-1^#屏蔽电极的发射电压从48v按照每次减少8v等差递减到0v；131-2^#屏蔽电极的发射电压从24v按照每次减少2v等差递减到12v；131-3^#屏蔽电极的发射电压从12v按照每次增加2v等差增加到24v；131-4^#屏蔽电极的发射电压从0v按照每次增加8v等差增加到48v；131-1^#、131-2^#、131-3^#、131-4^#屏蔽电极同时从初始电压开始进行增减，可以产生7个偏转方向。

所述的全程接收指的是采集子系统2一直工作于采集状态，采集发射子系统1发射的全部电信号，所述的采集子系统2采用自存储的方式储存数据采集到的多组电信号。

所述的发射子系统1在某一发射点发射电信号完成后，依次移动发射子系统1到下一个发射点发射电信号，直至完成所有的发射点发射任务为止。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。