本實用新型屬于巷道地震物探的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，礦山開采和隧道工程承擔(dān)的地質(zhì)災(zāi)害越來越大，由此事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失不可估量。國家安全總局近期提出了“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”防地質(zhì)災(zāi)害原則。因此，隧道安全施工和礦山安全生產(chǎn)是重中之重。為了保證隧道施工和礦井開采的安全，利用物探儀器來提前預(yù)報預(yù)測地質(zhì)異常結(jié)構(gòu)極其重要。

傳統(tǒng)的巷道超前探測裝備和方法眾多，在國外，有瑞士的TSP203超前探測系統(tǒng)，美國的TRT技術(shù)超前探測儀；在國內(nèi)，有重慶煤科分院的DTC150/36地質(zhì)超前探測儀，福州華虹智能科技的KDZ1114-6B30巷道超前探測儀。上述裝備和方法的配件連接均采用有線連接，這樣造成的缺陷有：（1）巷道內(nèi)有大型的挖掘機，跨線連接時及其不方便；（2）跨線連接，模擬線纜不可避免放置于挖掘機上，而挖掘機是大型金屬體，這對模擬信號干擾很大，降低了信噪比；（3）由于是有線連接，當(dāng)檢波器數(shù)量大的時候，系統(tǒng)非常龐大，信號線纜由于線芯增加而增粗，線芯間的相互干擾增加降低了信噪比。

為了解決上述問題，近幾年來，某些公司采用無纜探測系統(tǒng)，核心是采用時鐘同步來進行并行采集，由于不同時鐘的誤差給采集數(shù)據(jù)帶來不確定性，所以這些探測裝備得不到推廣。由此可見急需一個合理的巷道無線地質(zhì)超前探測裝置是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種便攜的、施工簡易、可靠穩(wěn)定且探測精度高的巷道無線地質(zhì)超前探測裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置，包括無線主機、位于巷道內(nèi)的無線數(shù)字檢波器和位于巷道內(nèi)的無線震源裝置，所述無線主機與所述無線數(shù)字檢波器雙向連接，所述無線主機的輸出端與所述無線震源裝置的輸入端單向連接，所述無線震源裝置的輸出端與所述無線數(shù)字檢波器的輸入端單向連接。

可選地，所述無線主機包括：中央處理平臺、第一無線通訊模塊和第一天線，所述無線數(shù)字檢波器包括：MEMS傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、中心處理模塊、第二無線通訊模塊和第二天線，所述無線震源裝置包括：震源感應(yīng)裝置、觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路、第三無線通訊模塊和第三天線；所述中央處理平臺與所述第一無線通訊模塊雙向連接，所述第一無線通訊模塊與所述第一天線雙向連接，所述MEMS傳感器的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端單向連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述中心處理模塊的輸入端單向連接，所述中心處理模塊與所述第二無線通訊模塊雙向連接，所述第二無線通訊模塊與所述第二天線雙向連接，所述震源感應(yīng)裝置與外部震源連接，所述震源感應(yīng)裝置的輸出端與所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端單向連接，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述第三無線通訊模塊的輸入端單向連接，所述第三無線通訊模塊與所述第三天線雙向連接，所述第一天線與所述第二天線雙向連接，所述第一天線的輸出端與所述第三天線的輸入端單向連接，所述第三天線的輸出端與所述第二天線的輸入端單向連接。

可選地，所述MEMS傳感器為三分量加速度傳感器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括三個信號調(diào)理電路，每一信號調(diào)理電路包括：可編程前置放大電路、模擬濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述可編程前置放大電路的輸入端與所述MEMS傳感器的輸出端單向連接，所述可編程前置放大電路與所述模擬濾波電路雙向連接，所述模擬濾波電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路雙向連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與所述中心處理模塊雙向連接。

可選地，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032采用光電隔離技術(shù)，其輸入端和輸出端的絕緣隔離電壓至少為3500V。

可選地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路為24位A/D轉(zhuǎn)換電路。

可選地，所述中心處理模塊為FPGA中心處理器。

可選地，所述無線數(shù)字檢波器至少為三個，分別設(shè)置于巷道的頂板、左幫和右?guī)蜕稀?/p>

可選地，所述無線數(shù)字檢波器為多個，所有的無線數(shù)字檢波器均布置在垂直于巷道掘進方向的一個平面內(nèi)，所有的無線數(shù)字檢波器與迎頭在掘進方向上的水平距離至少為20米，所有的無線數(shù)字檢波器與最近的外部震源在掘進方向上的水平距離范圍為3米~30米

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本實用新型采用一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置，與傳統(tǒng)巷道超前探測裝置相比，不用跨線連接，施工方便，使用大量檢波器時，容易擴展；克服了傳統(tǒng)巷道超前探測裝置因橫跨挖掘機連線而受到的天電干擾，從而提高了本實用新型的信噪比；進一步地，克服了巷道超前探

測裝置采用無纜系統(tǒng)時鐘誤差而造成采集數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實用新型實施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖；

圖3為本實用新型實施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例三提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實用新型實施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖；

圖中：101為無線主機，1011為中央處理平臺，1012為第一無線通訊模塊，1013為第一天線，102為無線數(shù)字檢波器，1021為MEMS傳感器，1022為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，10221為可編程前置放大電路，10222為模擬濾波電路，10223為A/D轉(zhuǎn)換電路，1023為中心處理模塊，1024為第二無線通訊模塊，1025為第二天線，103為無線震源裝置，1031為震源感應(yīng)裝置，1032為觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路，1033為第三無線通訊模塊，1034為第三天線，104為迎頭。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例；基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

圖1為本實用新型實施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置，可包括：無線主機101、位于巷道內(nèi)的無線數(shù)字檢波器102和位于巷道內(nèi)的無線震源裝置103，所述無線主機101也可設(shè)置于巷道內(nèi)。

具體地，所述無線數(shù)字檢波器102可為多個，所有的無線數(shù)字檢波器102均布置在垂直于巷道掘進方向的一個平面內(nèi)，所有的無線數(shù)字檢波器102與迎頭104在掘進方向上的水平距離至少為20米，所有的無線數(shù)字檢波器102與最近的外部震源在掘進方向上的水平距離范圍為3米~30米。

具體地，所述無線數(shù)字檢波器102至少可為三個，分別設(shè)置于巷道的頂板、左幫和右?guī)蜕稀?/p>

圖2為圖1中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖，如圖2所示，所述無線數(shù)字檢波器102為四個，分別設(shè)置于巷道的頂板、底部、左幫和右?guī)蜕稀?/p>

圖3為本實用新型實施例一提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，所述無線主機101可與所述無線數(shù)字檢波器102雙向連接，所述無線主機101的輸出端可與所述無線震源裝置103的輸入端單向連接，所述無線震源裝置103的輸出端可與所述無線數(shù)字檢波器102的輸入端單向連接。

圖4為本實用新型實施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在實施例一的基礎(chǔ)上，所述無線主機101可包括：中央處理平臺1011、第一無線通訊模塊1012和第一天線1013，所述無線數(shù)字檢波器102可包括：MEMS傳感器1021、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022、中心處理模塊1023、第二無線通訊模塊1024和第二天線1025，所述無線震源裝置103可包括：震源感應(yīng)裝置1031、觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032、第三無線通訊模塊1033和第三天線1034。所述中央處理平臺1011與所述第一無線通訊模塊1012雙向連接，所述第一無線通訊模塊1012與所述第一天線1013雙向連接，所述MEMS傳感器1021的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022的輸入端單向連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022與所述中心處理模塊1023雙向連接，所述中心處理模塊1023與所述第二無線通訊模塊1024雙向連接，所述第二無線通訊模塊1024與所述第二天線1025雙向連接，所述震源感應(yīng)裝置1031與外部震源連接，所述震源感應(yīng)裝置1031的輸出端與所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032的輸入端單向連接，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032的輸出端與所述第三無線通訊模塊1033的輸入端單向連接，所述第三無線通訊模塊1033與所述第三天線1034雙向連接，所述第一天線1013與所述第二天線1025雙向連接，所述第一天線1013的輸出端與所述第三天線1034的輸入端單向連接，所述第三天線1034的輸出端與所述第二天線1025的輸入端單向連接。

具體地，所述的外部震源可為錘擊或炸藥。

具體地，所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032可采用光電隔離技術(shù)，其輸入輸出端的絕緣隔離電壓至少為3500V。

圖5為本實用新型實施例三提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，在實施例二的基礎(chǔ)上，所述MEMS傳感器1021可為三分量加速度傳感器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022可包括三個信號調(diào)理電路，每一信號調(diào)理電路可包括：可編程前置放大電路10221、模擬濾波電路10222和A/D轉(zhuǎn)換電路10223，所述可編程前置放大電路10221的輸入端與所述MEMS傳感器1021的輸出端單向連接，所述可編程前置放大電路10221與所述模擬濾波電路10222雙向連接，所述模擬濾波電路10222與所述A/D轉(zhuǎn)換電路10223雙向連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路10223與所述中心處理模塊1023雙向連接。

具體地，所述MEMS傳感器1021的頻率響應(yīng)范圍可為0Hz~10KHz。

具體地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路10223可為24位A/D轉(zhuǎn)換電路。

具體地，所述中心處理模塊1023可為FPGA中心處理器。

所述無線主機101主要用于對所述無線數(shù)字檢波器102和所述無線震源裝置103進行參數(shù)設(shè)置，并通過無線接收地震數(shù)據(jù)進行存儲、預(yù)處理和顯示；所述無線數(shù)字檢波器102主要用于將地震信號轉(zhuǎn)換成地震數(shù)據(jù)傳遞給所述無線主機101；所述無線震源裝置103主要用于感應(yīng)擊震產(chǎn)生的地震信號，并觸發(fā)所述無線數(shù)字檢波器102啟動采集數(shù)據(jù)。

施工探測時，震源擊震產(chǎn)生地震信號，同時通過所述觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換電路1032產(chǎn)生啟動觸發(fā)信號，通過無線傳遞給所述無線數(shù)字檢波器102，所述無線數(shù)字檢波器102中的MEMS傳感器1021把地震信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1022和所述中心處理模塊1023的處理轉(zhuǎn)化為地震數(shù)據(jù)，通過無線連接傳遞給所述無線主機101。

圖6為本實用新型實施例二提供的一種巷道無線地質(zhì)超前探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7為圖6中無線數(shù)字檢波器的安裝示意圖，如圖6、圖7所示，本裝置選用6個無線數(shù)字檢波器102，外部震源選擇50克的炸藥?，F(xiàn)場施工時，在巷道的頂端、底端左幫和右?guī)筒贾?個無線數(shù)字檢波器102，安裝時，所有的無線數(shù)字檢波器102的X軸方向指向迎頭104，Z軸方向指向介質(zhì)，所有的無線數(shù)字檢波器102盡量在一個平面上，而且相鄰的無線數(shù)字檢波器102之間的距離盡量相等。所有的無線數(shù)字檢波器102與最近的外部震源在掘進方向上的水平距離范圍為15m，相鄰?fù)獠空鹪粗g的距離為3m，所述無線主機101與所述無線數(shù)字檢波器102在掘進方向上的水平距離為20m。在巷道兩側(cè)距離底板1.6m處各打15個炮眼，深度2.0m，每個炮眼裝上50克炸藥和雷管，雷管引出線為15m，與震源感應(yīng)裝置1031連接。

在現(xiàn)場進行探測時，所述無線主機101、所述無線數(shù)字檢波器102和所述無線震源裝置103按規(guī)定安裝好并打開電源，所述無線主機101按需求對所述無線數(shù)字檢波器102和所述無線震源裝置103進行設(shè)置參數(shù)，一切準(zhǔn)備就緒從左側(cè)離所述無線數(shù)字檢波器102最近的激發(fā)點P1先放炮，產(chǎn)生地震波信號，所述無線數(shù)字檢波器102采集數(shù)據(jù)傳遞給所述無線主機101存儲并顯示，接著在激發(fā)點P2放炮······，以此類推，在左側(cè)一共放15炮，完成左側(cè)探測后，以同樣的方法在右側(cè)放15炮進行探測。

本實用新型解決了傳統(tǒng)巷道超前探測裝置在探測時存在跨線連接造成的施工不便和天電干擾的問題，從而提高了信噪比和工作效率，特別在大量使用檢波器時易于擴展，提供了方便，尤其震源裝置輸入輸出采取隔離技術(shù)，阻止震源對觸發(fā)信號的干擾，消除了誤觸發(fā)，同時也克服了傳統(tǒng)超前無纜探測系統(tǒng)中時鐘誤差造成采集數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。