一种盾构机掘进巷道超前预警系统的制作方法

1.本实用新型属于地质探测技术领域，具体涉及一种盾构机掘进巷道超前预警系统。


背景技术：

2.在煤炭开采过程中，由于煤层的开挖和底板的变形和破坏，在底板中形成导水裂隙带。当裂隙带发展到含水层时，在煤层底板中出现一条或多条导水通道，含水层中的水将沿着裂隙带涌向采空区，发生突水灾害。随着开采深度和强度的增加，煤炭开采环境日趋复杂，水害问题将更加突出。深入调查巷道内地质环境，开发含水地质的探测技术，以预防和治理突水，对于煤矿安全生产具有积极的意义。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种盾构机掘进巷道超前预警系统，实现了在煤炭开采过程中对巷道内的地质环境进行探测。
4.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种盾构机掘进巷道超前预警系统，包括数据采集模块、移动阵列电极模块以及主机成像模块；
5.所述移动阵列电极模块与数据采集模块电性连接，所述数据采集模块与主机成像模块电性连接，所述主机成像模块设置于盾构机本体内，所述数据采集模块和移动阵列电极模块均设置于盾构机的刀盘上。
6.进一步地，所述移动阵列电极模块包括测量电极、屏蔽电极、接地电极以及线圈，所述测量电极、屏蔽电极和接地电极均与数据采集模块电性连接，所述测量电极与线圈电性连接，所述屏蔽电极与线圈电性连接。
7.进一步地，所述测量电极的数量设置为12，且12个所述测量电极均匀设置于盾构机的刀盘上。
8.进一步地，所述屏蔽电极的数量设置为3，且3个所述屏蔽电极均设置于盾构机的刀盘内壁上。
9.进一步地，所述接地电极设置于盾构机的机尾上。
10.进一步地，所述数据采集模块包括主控子模块、信号选通子模块、信号子模块、测量选通子模块以及数据采集子模块；
11.所述信号选通子模块分别与信号子模块、屏蔽电极、接地电极、测量电极以及主控子模块电性连接，所述主控子模块分别与测量选通子模块以及主机成像模块电性连接，所述测量选通子模块分别与测量电极以及数据采集子模块电性连接，所述数据采集子模块与主机成像模块电性连接。
12.进一步地，所述主机成像模块包括指令下达线路、主机成像子模块、显示器以及数据接收线路；
13.所述数据接收线路与数据采集子模块电性连接，所述主机成像子模块与数据接收
线路电性连接，所述指令下达线路以及显示器均与主机成像子模块电性连接，所述指令下达线路还与主控子模块电性连接。
14.本实用新型的有益效果为：
15.(1)本实用新型提供一种盾构机掘进巷道超前预警系统，实现了在煤炭开采过程中对巷道内的地质环境进行探测。
16.(2)本实用新型能够勘查盾构掘进面电性异常构造,包含水的赋层区、含水破碎带、煤层顶底板和陷落柱，尤其是含水以及导水破碎带，甚至潜在的突水点等含水地质构造，为预防煤矿灾害提供有效的数据支持。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例提供的一种盾构机掘进巷道超前预警系统的结构示意图。
18.图2为本实用新型实施例提供的测量电极、屏蔽电极以及接地电极的示意图。
19.图3为本实用新型实施例提供的测量电极的示意图。
20.图4为本实用新型实施例提供的测量电极的探测示意图。
21.图5为本实用新型实施例提供的盾构机的前进探测示意图。
22.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
23.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
24.下面结合附图详细说明本实用新型的实施例。
25.如图1所示，一种盾构机掘进巷道超前预警系统，包括数据采集模块、移动阵列电极模块以及主机成像模块；所述移动阵列电极模块与数据采集模块电性连接，所述数据采集模块与主机成像模块电性连接，所述主机成像模块设置于盾构机本体内，所述数据采集模块和移动阵列电极模块均设置于盾构机的刀盘上。
26.可选的，数据采集模块可以包括数据处理装置、数据传输装置和/或数据收发装置，例如，数据采集模块可以由上位机构成，从而实现数据的采集以及处理。
27.可选的，主机成像模块可以包括数据处理装置、显示装置和/或数据传输装置，例如，主机成像模块包括数据处理装置、显示装置和数据传输装置，通过数据传输装置接收数据后，通过数据处理装置对接收的数据进行处理，然后根据处理后的数据，并通过显示装置进行显示，从而实现成像。
28.在一种可能的实施方式中，所述移动阵列电极模块包括测量电极、屏蔽电极、接地电极以及线圈，所述测量电极、屏蔽电极和接地电极均与数据采集模块电性连接，所述测量电极与线圈电性连接，所述屏蔽电极与线圈电性连接。
29.可选的，所述屏蔽电极与所述测量电极还连接有限流器；所述接地电极布设所述测量电极距离大于300米的位置。
30.如图2所示，所述测量电极的数量设置为12，且12个所述测量电极均匀设置于盾构机的刀盘上。图2中的b1-b3为屏蔽电极，n为接地电极，a1-a12为测量电极。
31.例如，可以对称设置12个测量电极，使任意两个相邻的测量电极之间的距离相同。
32.在一种可能的实施方式中，所述屏蔽电极的数量设置为3，且3个所述屏蔽电极均设置于盾构机的刀盘内壁上。
33.在一种可能的实施方式中，所述接地电极设置于盾构机的机尾上。例如，可以将一个接地电极设置于盾构机的机尾上。
34.值得说明的是，可以根据实际需要，将测量电极、屏蔽电极以及接地电极的数量进行更改，以满足更多的应用场景。
35.在一种可能的实施方式中，所述数据采集模块包括主控子模块、信号选通子模块、信号子模块、测量选通子模块以及数据采集子模块。
36.所述信号选通子模块分别与信号子模块、屏蔽电极、接地电极、测量电极以及主控子模块电性连接，所述主控子模块分别与测量选通子模块以及主机成像模块电性连接，所述测量选通子模块分别与测量电极以及数据采集子模块电性连接，所述数据采集子模块与主机成像模块电性连接。
37.可以通过信号选通子模块对工作电极进行选择，例如，选择测量电极、屏蔽电极或者接地电极工作。也可以选择信号子模块，以向外部发出信号。
38.通过测量选通子模块选择测量电极的工作电极，例如，当测量电极的数量设置为12时，可以选择第一个测量电极和第二个测量电极为工作电极，从而进行测量。
39.而信号选通子模块和测量选通子模块均可以通过主控子模块进行控制，从而执行主控子模块发出的选择指令。
40.可以根据各个子模块的实际作用对其进行选型，例如，主控子模块可以采用上位机实现。信号选通子模块可以采用单刀多掷继电器实现或者多个并联继电器组成，通过继电器选择测量电极。数据采集子模块可以包括电流采集仪和/或电压采集仪等等。值得说明的是，可以根据实际需要，对各个子模块进行选型，以实现对应的功能。
41.在一种可能的实施方式中，所述主机成像模块包括指令下达线路、主机成像子模块、显示器以及数据接收线路。
42.所述数据接收线路与数据采集子模块电性连接，所述主机成像子模块与数据接收线路电性连接，所述指令下达线路以及显示器均与主机成像子模块电性连接，所述指令下达线路还与主控子模块电性连接。
43.通过数据接收线路接收了数据采集子模块所采集的信号后，将其传输至主机成像子模块进行数据处理，然后通过主机成像子模块将数据传输至显示器进行显示以及将数据传输至主控子模块，以使工作人员能够以人机交互的方式，并通过主控子模块对数据进行编辑。
44.本实用新型提供一种盾构机掘进巷道超前预警系统，实现了在煤炭开采过程中对巷道内的地质环境进行探测。本实用新型能够勘查盾构掘进面电性异常构造,包含水的赋层区、含水破碎带、煤层顶底板和陷落柱，尤其是含水以及导水破碎带，甚至潜在的突水点
等含水地质构造，为预防煤矿灾害提供有效的数据支持。
45.如图3和图4共同所示，布设好12个测量电极后，开始第一次测量，并定义第一次测量盾构机所在的位置为p1，先接通第一测量电极a1和第二测量电极a2，记录a1和a2的供电电流、电位差、桩号(即位置信息，此时为p1)以及电极距离等数据，然后断开a1和a2，接通a2和a3，并重复以上过程，直至遍历所有测量电极，最后记录得到a1至a12之间产生的供电电流、电位差、桩号以及电极距离等数据。
46.可选的，测量电极在设置完成后，可以在数据采集子模块中预先存储任意两个测量电极之间的距离，从而实现电极距离的记录。值得说明的是，数据采集子模块还可以包括数据存储装置以及数据处理装置，以实现数据的存储以及数据的处理。
47.如图5所示，获取第一测量所在位置的供电电流以及电位差后，等待盾构机往前掘进探测后，记录桩号以及电极距离等数据，并重复上述过程，记录n次测量得到的测量数据，n次测量的位置点可以为p1、p2至pn，测量数据包括a1至a12之间产生的供电电流、电位差、桩号以及电极距离等数据，每个位置点的对应一个测量数据。