一种基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106772632A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611142367.2(22)申请日2016.12.12(71)申请人中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司地址550081贵州省贵阳市观山湖区兴黔路16号(72)发明人王波(74)专利代理机构贵阳派腾阳光知识产权代理事务所(普通合伙)52110代理人管宝伟(51)Int.Cl.G01V3/10(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法(57)摘要本发明公开了一种基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法，该方法采用平滑和带通两种滤波方法，滤去高频、低频和工频干扰，使每测点多个方向上的多测道感应数据相对圆滑，并截除发射线圈与掌子面间的初期感应信号，以此消除初初期场的干扰，即去除了预报盲区使得隧道施工安全隐患能及早发现，可用于隧道施工超前地质预报工作，具有工作效率高、预报范围长、预报涌水突泥效果好的特点，有效解决了近掌子面肓区预报问题。CN106772632ACN106772632A权利要求书1/2页1.一种基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(A)在隧洞内设置一圈发射线圈(1)，发射线圈(1)均匀贴在洞壁(5)和洞底(6)，发射线圈(1)与隧洞尽头的掌子面(4)之间的距离为延时距离d；(B)在掌子面(4)上设置若干呈网状分布的接收点位(3)，每个接收点位(3)均进行标记和编号，接收点位(3)自下而上分为若干行，每行自左向右分为若干点；(C)在一根测试杆端部固定接收探头(2)，然后将测试杆垂直固定在掌子面(4)最底部左端的第一个接收点位(3)上；(D)在洞底(6)设置瞬变电磁仪(7)，通过导线(8)将瞬变电磁仪(7)的发射端和接收端分别与发射线圈(1)和接收探头(2)相连；(E)清理洞底(6)至平整并清除金属物具；(F)启动瞬变电磁仪(7)，瞬变电磁仪(7)产生电流并从发射端发射至发射线圈(1)，发射线圈(1)向掌子面(4)发射一次脉冲磁场；(G)由接收探头(2)接收掌子面(4)后端介质中引起的二次感应涡流场，得到第一个磁感应量并由导线(8)传回瞬变电磁仪(7)的接收端记录数据；(H)取下测试杆将其设置在掌子面(4)最底部的第二个接收点位(3)上；(I)启动瞬变电磁仪(7)，瞬变电磁仪(7)产生电流并从发射端发射至发射线圈(1)，发射线圈(1)向掌子面(4)发射一次脉冲磁场；(J)由接收探头(2)接收掌子面(4)后端介质中引起的二次感应涡流场，得到第二个磁感应量并由导线(8)传回瞬变电磁仪(7)的接收端记录数据；(K)重复步骤(H)-(J)直至每个接收点位(3)均进行一次磁场发射和感应接收，最后得到每个接收点位(3)的磁感应量数据；(L)经过数据处理得到每测道各测量方向的电阻率值，最后通过电阻率值绘制掌子面(4)后端地质情况三维图。2.根据权利要求1所述的基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法，其特征在于：所述步骤(K)分为以下步骤：(k1)测道数据滤波处理：采用平滑和带通两种滤波方法，滤去高频、低频和工频干扰；(k2)延时时间计算：根据发射线圈(1)距离接收点的延时距离d、隧洞围岩的相对介电常数ε和光速c计算该观测系统下的延时时间t＝106c/εd，式中t单位为μs，c为300000m/s，d单位为m；(k3)延时处理：根据计算的延时时间，截除发射线圈(1)与掌子面(4)间的初期感应信号，以此消除初期场的干扰；(k4)各道感应电动势计算：采用麦克斯韦方程式将磁感应量换算成电感应电动势；(k5)各道电阻率反演：采用卡尼亚电阻率计算公式反演每测道各测量方向的电阻率值；6(k6)电阻率成像：对各测道对应深度和测道时间按di＝ti×10c/ε得到相应电阻率值图像；式中di为测道对应深度，单位为m；ti为测道时间，单位为μs；c为300000m/s；ε为隧道围岩的相对介电常数。3.根据权利要求1所述的基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法，其特征在于：所2CN106772632A权利要求书2/2页述瞬变电磁仪(7)的最高采样率≤5μs、道数≥24、A/D16位、动态增益≥160dB、频带8kHz；发射电流为双极性梯形、关断时间＜100μs、最大电流20A。4.根据权利要求1所述的基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法，其特征在于：所述发射线圈(1)采用φ5mm、内阻小于10Ω的多根铜芯外绝缘软导线制成。5.根据权利要求1所述的基于延时瞬变电磁的隧道超前地质探测方法，其特征在于：所述接收探头(2)为接收频率10kHz、精度1μv/nT.Hz的线圈型棒状磁探头。6.根据权利要求1所述的基于延