一种巷道无线地质超前探测装置的制作方法

本实用新型属于巷道地震物探的技术领域，具体涉及一种巷道无线地质超前探测装置。

背景技术：

随着我国国民经济的发展，矿山开采和隧道工程承担的地质灾害越来越大，由此事故造成的人员伤亡和经济损失不可估量。国家安全总局近期提出了“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”防地质灾害原则。因此，隧道安全施工和矿山安全生产是重中之重。为了保证隧道施工和矿井开采的安全，利用物探仪器来提前预报预测地质异常结构极其重要。

传统的巷道超前探测装备和方法众多，在国外，有瑞士的TSP203超前探测系统，美国的TRT技术超前探测仪；在国内，有重庆煤科分院的DTC150/36地质超前探测仪，福州华虹智能科技的KDZ1114-6B30巷道超前探测仪。上述装备和方法的配件连接均采用有线连接，这样造成的缺陷有：（1）巷道内有大型的挖掘机，跨线连接时及其不方便；（2）跨线连接，模拟线缆不可避免放置于挖掘机上，而挖掘机是大型金属体，这对模拟信号干扰很大，降低了信噪比；（3）由于是有线连接，当检波器数量大的时候，系统非常庞大，信号线缆由于线芯增加而增粗，线芯间的相互干扰增加降低了信噪比。

为了解决上述问题，近几年来，某些公司采用无缆探测系统，核心是采用时钟同步来进行并行采集，由于不同时钟的误差给采集数据带来不确定性，所以这些探测装备得不到推广。由此可见急需一个合理的巷道无线地质超前探测装置是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种便携的、施工简易、可靠稳定且探测精度高的巷道无线地质超前探测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种巷道无线地质超前探测装置，包括无线主机、位于巷道内的无线数字检波器和位于巷道内的无线震源装置，所述无线主机与所述无线数字检波器双向连接，所述无线主机的输出端与所述无线震源装置的输入端单向连接，所述无线震源装置的输出端与所述无线数字检波器的输入端单向连接。

可选地，所述无线主机包括：中央处理平台、第一无线通讯模块和第一天线，所述无线数字检波器包括：MEMS传感器、模数转换电路、中心处理模块、第二无线通讯模块和第二天线，所述无线震源装置包括：震源感应装置、触发信号转换电路、第三无线通讯模块和第三天线；所述中央处理平台与所述第一无线通讯模块双向连接，所述第一无线通讯模块与所述第一天线双向连接，所述MEMS传感器的输出端与所述模数转换电路的输入端单向连接，所述模数转换电路与所述中心处理模块的输入端单向连接，所述中心处理模块与所述第二无线通讯模块双向连接，所述第二无线通讯模块与所述第二天线双向连接，所述震源感应装置与外部震源连接，所述震源感应装置的输出端与所述触发信号转换电路的输入端单向连接，所述触发信号转换电路的输出端与所述第三无线通讯模块的输入端单向连接，所述第三无线通讯模块与所述第三天线双向连接，所述第一天线与所述第二天线双向连接，所述第一天线的输出端与所述第三天线的输入端单向连接，所述第三天线的输出端与所述第二天线的输入端单向连接。

可选地，所述MEMS传感器为三分量加速度传感器，所述模数转换电路包括三个信号调理电路，每一信号调理电路包括：可编程前置放大电路、模拟滤波电路和A/D转换电路，所述可编程前置放大电路的输入端与所述MEMS传感器的输出端单向连接，所述可编程前置放大电路与所述模拟滤波电路双向连接，所述模拟滤波电路与所述A/D转换电路双向连接，所述A/D转换电路与所述中心处理模块双向连接。

可选地，所述触发信号转换电路1032采用光电隔离技术，其输入端和输出端的绝缘隔离电压至少为3500V。

可选地，所述A/D转换电路为24位A/D转换电路。

可选地，所述中心处理模块为FPGA中心处理器。

可选地，所述无线数字检波器至少为三个，分别设置于巷道的顶板、左帮和右帮上。

可选地，所述无线数字检波器为多个，所有的无线数字检波器均布置在垂直于巷道掘进方向的一个平面内，所有的无线数字检波器与迎头在掘进方向上的水平距离至少为20米，所有的无线数字检波器与最近的外部震源在掘进方向上的水平距离范围为3米~30米

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型采用一种巷道无线地质超前探测装置，与传统巷道超前探测装置相比，不用跨线连接，施工方便，使用大量检波器时，容易扩展；克服了传统巷道超前探测装置因横跨挖掘机连线而受到的天电干扰，从而提高了本实用新型的信噪比；进一步地，克服了巷道超前探

测装置采用无缆系统时钟误差而造成采集数据的不稳定性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例一提供的一种巷道无线地质超前探测装置的结构示意图；

图2为图1中无线数字检波器的安装示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的一种巷道无线地质超前探测装置的电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的一种巷道无线地质超前探测装置的电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例三提供的一种巷道无线地质超前探测装置的电路结构示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的一种巷道无线地质超前探测装置的结构示意图；

图7为图6中无线数字检波器的安装示意图；

图中：101为无线主机，1011为中央处理平台，1012为第一无线通讯模块，1013为第一天线，102为无线数字检波器，1021为MEMS传感器，1022为模数转换电路，10221为可编程前置放大电路，10222为模拟滤波电路，10223为A/D转换电路，1023为中心处理模块，1024为第二无线通讯模块，1025为第二天线，103为无线震源装置，1031为震源感应装置，1032为触发信号转换电路，1033为第三无线通讯模块，1034为第三天线，104为迎头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例一提供的一种巷道无线地质超前探测装置的结构示意图，如图1所示，一种巷道无线地质超前探测装置，可包括：无线主机101、位于巷道内的无线数字检波器102和位于巷道内的无线震源装置103，所述无线主机101也可设置于巷道内。

具体地，所述无线数字检波器102可为多个，所有的无线数字检波器102均布置在垂直于巷道掘进方向的一个平面内，所有的无线数字检波器102与迎头104在掘进方向上的水平距离至少为20米，所有的无线数字检波器102与最近的外部震源在掘进方向上的水平距离范围为3米~30米。

具体地，所述无线数字检波器102至少可为三个，分别设置于巷道的顶板、左帮和右帮上。

图2为图1中无线数字检波器的安装示意图，如图2所示，所述无线数字检波器102为四个，分别设置于巷道的顶板、底部、左帮和右帮上。

图3为本实用新型实施例一提供的一种巷道无线地质超前探测装置的电路结构示意图，如图3所示，所述无线主机101可与所述无线数字检波器102双向连接，所述无线主机101的输出端可与所述无线震源装置103的输入端单向连接，所述无线震源装置103的输出端可与所述无线数字检波器102的输入端单向连接。

图4为本实用新型实施例二提供的一种巷道无线地质超前探测装置的电路结构示意图，如图4所示，在实施例一的基础上，所述无线主机101可包括：中央处理平台1011、第一无线通讯模块1012和第一天线1013，所述无线数字检波器102可包括：MEMS传感器1021、模数转换电路1022、中心处理模块1023、第二无线通讯模块1024和第二天线1025，所述无线震源装置103可包括：震源感应装置1031、触发信号转换电路1032、第三无线通讯模块1033和第三天线1034。所述中央处理平台1011与所述第一无线通讯模块1012双向连接，所述第一无线通讯模块1012与所述第一天线1013双向连接，所述MEMS传感器1021的输出端与所述模数转换电路1022的输入端单向连接，所述模数转换电路1022与所述中心处理模块1023双向连接，所述中心处理模块1023与所述第二无线通讯模块1024双向连接，所述第二无线通讯模块1024与所述第二天线1025双向连接，所述震源感应装置1031与外部震源连接，所述震源感应装置1031的输出端与所述触发信号转换电路1032的输入端单向连接，所述触发信号转换电路1032的输出端与所述第三无线通讯模块1033的输入端单向连接，所述第三无线通讯模块1033与所述第三天线1034双向连接，所述第一天线1013与所述第二天线1025双向连接，所述第一天线1013的输出端与所述第三天线1034的输入端单向连接，所述第三天线1034的输出端与所述第二天线1025的输入端单向连接。

具体地，所述的外部震源可为锤击或炸药。

具体地，所述触发信号转换电路1032可采用光电隔离技术，其输入输出端的绝缘隔离电压至少为3500V。

图5为本实用新型实施例三提供的一种巷道无线地质超前探测装置的电路结构示意图，如图5所示，在实施例二的基础上，所述MEMS传感器1021可为三分量加速度传感器，所述模数转换电路1022可包括三个信号调理电路，每一信号调理电路可包括：可编程前置放大电路10221、模拟滤波电路10222和A/D转换电路10223，所述可编程前置放大电路10221的输入端与所述MEMS传感器1021的输出端单向连接，所述可编程前置放大电路10221与所述模拟滤波电路10222双向连接，所述模拟滤波电路10222与所述A/D转换电路10223双向连接，所述A/D转换电路10223与所述中心处理模块1023双向连接。

具体地，所述MEMS传感器1021的频率响应范围可为0Hz~10KHz。

具体地，所述A/D转换电路10223可为24位A/D转换电路。

具体地，所述中心处理模块1023可为FPGA中心处理器。

所述无线主机101主要用于对所述无线数字检波器102和所述无线震源装置103进行参数设置，并通过无线接收地震数据进行存储、预处理和显示；所述无线数字检波器102主要用于将地震信号转换成地震数据传递给所述无线主机101；所述无线震源装置103主要用于感应击震产生的地震信号，并触发所述无线数字检波器102启动采集数据。

施工探测时，震源击震产生地震信号，同时通过所述触发信号转换电路1032产生启动触发信号，通过无线传递给所述无线数字检波器102，所述无线数字检波器102中的MEMS传感器1021把地震信号转化为电压信号，通过所述模数转换电路1022和所述中心处理模块1023的处理转化为地震数据，通过无线连接传递给所述无线主机101。

图6为本实用新型实施例二提供的一种巷道无线地质超前探测装置的结构示意图，图7为图6中无线数字检波器的安装示意图，如图6、图7所示，本装置选用6个无线数字检波器102，外部震源选择50克的炸药。现场施工时，在巷道的顶端、底端左帮和右帮布置6个无线数字检波器102，安装时，所有的无线数字检波器102的X轴方向指向迎头104，Z轴方向指向介质，所有的无线数字检波器102尽量在一个平面上，而且相邻的无线数字检波器102之间的距离尽量相等。所有的无线数字检波器102与最近的外部震源在掘进方向上的水平距离范围为15m，相邻外部震源之间的距离为3m，所述无线主机101与所述无线数字检波器102在掘进方向上的水平距离为20m。在巷道两侧距离底板1.6m处各打15个炮眼，深度2.0m，每个炮眼装上50克炸药和雷管，雷管引出线为15m，与震源感应装置1031连接。

在现场进行探测时，所述无线主机101、所述无线数字检波器102和所述无线震源装置103按规定安装好并打开电源，所述无线主机101按需求对所述无线数字检波器102和所述无线震源装置103进行设置参数，一切准备就绪从左侧离所述无线数字检波器102最近的激发点P1先放炮，产生地震波信号，所述无线数字检波器102采集数据传递给所述无线主机101存储并显示，接着在激发点P2放炮······，以此类推，在左侧一共放15炮，完成左侧探测后，以同样的方法在右侧放15炮进行探测。

本实用新型解决了传统巷道超前探测装置在探测时存在跨线连接造成的施工不便和天电干扰的问题，从而提高了信噪比和工作效率，特别在大量使用检波器时易于扩展，提供了方便，尤其震源装置输入输出采取隔离技术，阻止震源对触发信号的干扰，消除了误触发，同时也克服了传统超前无缆探测系统中时钟误差造成采集数据的不稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。