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专利名称：基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统及方法
技术领域：
本发明涉及岩体温度探测技术领域，尤其涉及一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统和预报方法。
背景技术：
地下工程中的水害一直是制约我国采矿能源及其他资源的主要因素。对于地下工程含水体构造的探测也亟待解决，现有技术中采用瞬变电磁法( Μ)、地质雷达、高密度电法等来预测预报地下工程含水体构造，探测及数据处理存在的缺陷是①探测设备繁重，需要投入很大的人力物力进行操作，②数据分析借助软件后处理，对一些干扰信号需要做特殊处理等缺点。发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统；结构及操作简单，测量准确可靠、使用方便，能够同点多次观测，与探测目标有最佳耦合，数据处理不需要依靠强大的软件后处理，根据异常温度变化响应区进行分析、就能够探测地下工程含水体构造等优点。
本发明还提供一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统，包括空气囊 ，空气囊设有充气嘴，充气嘴下部设有螺帽、密封圈，空气囊与充气嘴通过密封圈密封连接，空气囊外表面设有光纤温度传感器，光纤温度传感器通过信号收集线与温度采集器连接，温度采集器通过电源线与电源连接，空气囊内设有支承架，密封圈与支承架用密封胶密封连接，所述空气囊采用两端面封闭的圆管结构，充气嘴与外端面连接，所述圆管的外径小于钻孔的直径。
基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报方法，包括以下步骤
1.确定探测区域根据区域范围划分间距，用钻头在离巷道底板一定距离钻探测孔，探测孔直径小于岩体温度探测系统中空气囊的直径；
2)将岩体温度探测系统放置在探测孔中，通过充气嘴向空气囊充气，直至空气囊完全胀开体内充满空气，使光纤温度传感器紧贴岩体，以便测量真实岩体温度；接通电源， 待所测温度稳定后，数据采集器读取数据并记录数据；对每个探测孔的不同钻孔深度进行多次测量、并读取各个测量值，测量完成后断开电源，打开充气嘴螺帽，待空气囊内的空气排出后，将岩体温度探测系统取出。
3)数据处理及结果分析对测量得到的不同位置探测孔同一深度的温度、以及同一个探测孔内不同深度的温度值进行分析，得出探测孔温度值随深度的变化的趋势；根据不同水平距离-温度变化趋势，判断是否出现异常温度响应区，进而判断在水平距离预定值范围内、是否可能含有地下工程含水体。
探测区域进行等间距划分，用气动钻进行钻孔。
钻孔施工完毕后采用高压水枪对探测孔进行清洗，消除孔内岩粉、岩屑等杂物。
数据采集器在每次采集数据之前进行调零，待所测温度稳定后再进行数据的采集。
本发明工作原理地下水赋存于岩体裂隙、孔隙等介质中，由于地下水的渗流会发 生于岩体进行能量和质量的交换，最终达到渗流-温度耦合。水的温度与岩体的温度达到 平衡，在含水体构造中水的温度会明显低于不含水构造中，水的温度可以间接反映岩体温 度，在靠近含水体构造时，温度会发生异常响应，在远离含水体构造时，温度基本处于稳定 状态。利用岩体温度场探测温度系统进行钻孔温度测量，绘制水平位置-温度变化曲线，获 得异常温度响应区。根据温度场异常变化曲线可实现对含水体构造的探测。
使用时，将空气囊制成直径小于钻孔直径的、两端面封闭的圆管结构，空气囊采用 塑料材料制作。手持支承架用拉环把该系统放置在钻孔的底部，按照逆时针旋转一下，确保 该系统畅通，防止堵塞及卡孔现象；通过充气嘴向空气囊充气，直至空气囊完全胀开体内充 满空气；使光纤温度传感器紧贴岩体，保证光纤温度传感器与钻孔岩体壁接触良好。调整温 度采集器，接通电源，在每个深度段多次测量该深度的岩体温度、取平均值；一个深度位置 测量完成，然后断开电源，打开充气嘴螺帽，待空气囊的空气排出后，保持该系统深度不变， 同时顺时针旋转岩体温度探测系统60°，增加测量一组平均岩体温度。将同一深度的两组 平均岩体温度再取均值作为该深度的温度值。测量完成一个深度后，断开电源，打开充气嘴 螺帽，待空气囊的空气排出后，移动到另一处预定的深度位置，重复上述步骤进行测量该深 度的温度。待全部测量完成后，断开电源，打开充气嘴螺帽，待空气囊内的空气排出后，把岩 体温度探测系统从钻孔中取出。
本发明的有益效果
1.所述测量系统安装方便，使用简单，易于操作，通过测量岩体内温度的变化异常 响应区，探测岩体中含水体构造，用于巷道开挖或其他因素影响下的地下工程施工过程，有 利于实际工程的安全施工与灾害预警；
2.现场用同点多次采集数据，曲线变化数据分析客观反映温度梯度变化，确定异 常温度响应区，数据处理形态简单，真实、有效反应地下工程含水体构造存在，无地层影响 等优点。


图1为本发明的结构示意其中，1.拉环；2.充气嘴；3.螺帽；4.温度采集器；5.电源线；6.电源；7.密封圈； 8.空气囊；9.信号收集线；11.支承架；12.光纤温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
结合图1，一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统，包括空气囊8， 空气囊设有充气嘴2，充气嘴2下部设有螺帽3，空气囊8与充气嘴2用密封圈7密封连接， 空气囊8外表面设有光纤温度传感器12，光纤温度传感器12通过信号收集线9与温度采集 器4连接，温度采集器4通过电源线5与电源6连接，空气囊8内设有支承架11，所述空气囊8采用两端面封闭的圆管结构，充气嘴2与外端面连接，密封圈7与支承架11用密封胶 密封连接，所述圆管的外径小于钻孔的直径，支承架11与密封圈7密封连接，支承架外端部 设有拉环1，方便人工操作。空气囊采用塑料材料。所述光纤温度传感器沿空气囊外表面同 一深度设有三只并均布，三只光纤温度传感器分别测量各点温度。
基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统的预报方法，包括以下步骤
I)确定探测区域根据区域范围划分间距，用钻头在离巷道底板一定距离钻探测 孔，探测孔直径略小于岩体温度探测系统中半封闭塑料圆管的直径；探测区域进行等间距 划分，用气动钻进行钻孔。钻孔施工完毕后采用高压水枪对探测孔进行清洗，消除孔内岩 粉、岩屑等杂物。
2)将岩体温度探测系统放置在探测孔中，通过充气嘴向空气囊充气，直至空气囊 完全胀开体内充满空气，使光纤温度传感器紧贴岩体，以便测量真实岩体温度，接通电源， 数据采集器调零，数据采集器调零之后静置10分钟，待所测温度稳定后，数据采集器读取 数据并记录数据；对每个探测孔的不同钻孔深度进行多次测量、并读取各个测量值，测量完 成后断开电源，将岩体温度探测系统取出。现场采集数据时，将岩体温度探测系统放置在事 先编号的钻孔中，保持探测系统与岩壁紧贴，接通电源，待所测温度稳定后读取数据，分别 测量每个探测孔在不同钻孔深度时的温度值。测量完成一个深度后，断开电源，打开充气嘴 螺帽，待空气囊的空气排出后，移动到另一处预定的深度位置，重复上述步骤进行测量该深 度的温度。待全部测量完成后，断开电源，打开充气嘴螺帽，待空气囊内的空气排出后，把岩 体温度探测系统从钻孔中取出。
3)数据处理及结果分析对测量得到的不同位置探测孔同一深度的温度、以及同 一个探测孔内不同深度的温度值进行分析，得出探测孔温度值随深度的变化的趋势；根据 不同水平距离-温度变化趋势，判断是否出现异常温度响应区，进而判断在水平距离预定 值范围内、是否可能含有地下工程含水体。处理及结果分析方法是，按照探测孔的不同位置 及同一个探测孔的不同深度温度值进行分析，绘制温度值随探测孔深度的变化的曲线，来 预测在预定的距离范围内是否会出现异常温度响应区，判断是否含有地下工程含水体或者 富水区，以便采用相应的对策。
上述虽然结合附图对发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围 的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需 要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统，其特征是，包括空气囊，空气囊设有充气嘴，充气嘴下部设有螺帽、密封圈，空气囊与充气嘴通过密封圈密封连接，空气囊外表面设有光纤温度传感器，光纤温度传感器通过信号收集线与温度采集器连接，温度采集器通过电源线与电源连接，空气囊内设有支承架，所述空气囊采用两端面封闭的圆管结构，充气嘴与外端面连接，密封圈与支承架用密封胶密封连接，所述圆管的外径小于钻孔的直径。
2.利用权利要求1所述的基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统进行预报的方法，其特征是，包括以下步骤1)确定探测区域根据区域范围划分间距，用钻头在离巷道底板一定距离钻探测孔；2)将岩体温度探测系统放置在探测孔中，通过充气嘴向空气囊充气，直至空气囊完全胀开体内充满空气，使光纤温度传感器紧贴岩体，以便测量真实岩体温度；接通电源，待所测温度稳定后，数据采集器读取数据并记录数据；对每个探测孔的不同钻孔深度进行多次测量、并读取各个测量值，测量完成后断开电源，打开充气嘴螺帽，待空气囊内的空气排出后，将岩体温度探测系统取出；3)数据处理及结果分析对测量得到的不同位置探测孔同一深度的温度、以及同一个探测孔内不同深度的温度值进行分析，得出探测孔温度值随深度的变化的趋势；根据不同水平距离-温度变化趋势，判断是否出现异常温度响应区，进而判断在水平距离预定值范围内、是否可能含有地下工程含水体。
3.如权利要求2所述的基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统进行预报的方法，其特征是，所述步骤I)的探测区域进行等间距划分，用气动钻进行钻孔，探测孔直径小于岩体温度探测系统中半封闭塑料圆管的直径。
4.如权利要求2所述的基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统进行预报的方法，其特征是，所述步骤I)钻孔施工完毕后采用高压水枪对钻孔进行清洗，消除孔内岩粉、岩屑等杂物。
5.如权利要求2所述的基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统进行预报的方法，其特征是，所述步骤2)数据采集器在每次采集数据之前进行调零，待所测温度稳定后再进行数据的采集。
全文摘要
本发明公开了一种基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报系统及预报方法，包括岩体温度探测系统、数据采集器，岩体温度探测系统设于半封闭塑料圆管内，岩体温度探测系统与数据采集器连接，包括以下步骤1)确定探测区域根据区域范围划分间距，用钻头在离巷道底板一定距离钻探测孔；2)将岩体温度探测系统放置在探测孔中，接通电源，待所测温度稳定后，数据采集器读取数据并记录数据；3)数据处理及结果分析对测量得到的不同位置探测孔同一深度的温度、以及同一个探测孔内不同深度的温度值进行分析，判断在水平距离预定值范围内、是否可能含有地下工程含水体。数据处理形态简单，有效反映地下工程含水体构造存在。
文档编号G01V9/00GK102998719SQ20121050917
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者张庆松, 惠冰, 孙子正, 王德明, 韩伟伟, 张连震 申请人:山东大学