一种超前孔探测三维地质预报系统及方法

1.本发明涉及隧道超前地质预报技术领域，尤其涉及一种超前孔探测三维地质预报系统及方法。


背景技术：

2.在隧道建设掘进过程中，由于隧道围岩地质情况比较复杂，前期地质勘探并不能详细了解整个山体的地质情况，经常发生不可预测的地质灾害，例如涌水、突水、塌方以及岩溶塌陷等，不仅会造成巨大的财产损失，甚至会有人员伤亡，造成严重社会影响。超前地质预报是指在隧道开挖时，对掌子面前方及其周边的围岩与地层情况做出超前预报，力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态、以及地下水、瓦斯等的赋存情况地址信息的一种手段。
3.现有技术中，对于地质超前预报常使用机械钻探在掌子面固定位置钻探特征孔，以此为判断围岩情况的依据，另外，也有使用电法、电磁波法、地质雷达法、折射波法、高密度电法等新型探测手段，但是都是在掌子面外部使用，探测设备并没有进入到掌子面内部，并且获得的探测数据都需要经过校准、调试才能使用，反应的地质情况准确度未知,隧道掘进过程中地质灾害引发的安全事故仍时有发生。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种超前孔探测三维地质预报系统及方法,旨在解决隧道掘进施工中，掌子面后可能存在围岩地质灾害未知的情况，使用现有探测预报技术不能完全准确的呈现围岩地质情况，仍旧存在发生地质灾害的风险。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种超前孔探测三维地质预报系统，包括：探测器装置、数据采集系统、数据分析系统；所述探测器装置包括探测器外壳、探测器前进轮、驱动装置；所述数据采集系统包括电磁波发射器、电磁波接收器、信号存储器、集成电路板；所述集成电路板固定安装于所述探测器外壳内部，所述电磁波发射器、电磁波接收器、信号存储器均集成在所述集成电路板上；所述数据分析系统包括终端设备，所述终端设备内部储存有地质信号数据库。
6.进一步优选的，还包括一电源，所述电源与所述驱动装置连接。
7.进一步优选的，所述探测器前进轮至少包括四对，每对两个，分别安装在探测器外壳的顶部、底部的两端。
8.进一步优选的，所述驱动装置为一电机，并经过齿轮组和传动轴带动探测器前进轮转动。
9.进一步优选的，所述探测器装置与所述终端设备通过utp双绞线连接。
10.一种超前孔探测三维地质预报方法，包括以下步骤：
第一步，建立地质信号数据库：收集不同种类岩石在电磁波下的信号反馈数据，建立地质信号数据库，并存储在终端设备内部；第二步，钻取需要探测长度的超前孔；第三步，组装并调试设备：将utp双绞线将终端设备与探测器装置相接，并且将探测器装置与电源连接，通过驱动装置驱动探测器前进轮转动，使探测器装置在超前孔内向前移动。
11.第四步，数据采集与传输：通过电磁波发射器并通过电磁波接收器接收电磁波，储存在信号存储器中，并经utp双绞线传输给终端设备；第五步，数据分析：终端设备将探测器装置采集到的电磁波数据与地质信号数据库进行对比，匹配出最接近的地质信号数据，并根据该地质信号数据对应的地质信息作出预报。
12.进一步优选的，所述信号反馈数据包括的参数包括：波速、时间、频率。
13.本发明至少具备以下有益效果：本发明通过运用了电磁波发射和采集，以及大数据地质信号数据库建立三维地质预报系统，工序简单，易于操作，能较为准确地掌握隧道掌子面后围岩地质灾害情况，有效解决隧道超前孔探测地技术存在的痛点，有效推动超前孔探测技术的发展，减少隧道掘进中地质灾害的发生，适用性能好。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明系统工作示意图；图2为本发明探测器装置的结构示意图。
16.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、探测器装置；2、电磁波；3、utp双绞线；4、掌子面；5、电源；6、终端设备；7、超前孔；8、探测器外壳；9、探测器前进轮；10、信号存储器；11、电磁波发射器；12、电磁波接收器；13、集成电路板；14、驱动装置。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.请参阅图1：隧道前端的掌子面4前端挖有超前孔7。
19.本发明系统包括：探测器装置1、数据采集系统、数据分析系统。
20.参阅图2：所述探测器装置1包括探测器外壳8、探测器前进轮9、驱动装置14；在隧道内放置有一电源5，所述电源5与所述驱动装置14连接，为其供电。
21.所述驱动装置14用于驱动探测器前进轮9进行转动，以使得本探测器装置在超前孔7内移动。
22.具体的，所述探测器前进轮9至少包括四对，每对两个，分别安装在探测器外壳8的顶部、底部的两端，并分别与超前孔7的内壁相抵，驱动探测器在超前孔7内部移动。
23.可选的，所述驱动装置14为一电机，通过电源5为其供电，使其输出端产生转动，并经过齿轮组和传动轴带动探测器前进轮9转动。可以理解的是，通过电机带动轮子转动的技术已经很成熟，在玩具车、电动汽车等行业已经广泛应用，该部分机构本发明就不再进行赘述。
24.所述数据采集系统包括电磁波发射器11、电磁波接收器12、信号存储器10、集成电路板13。
25.在此，本技术的集成电路板13固定安装于所述探测器外壳8内部，所述电磁波发射器11、电磁波接收器12、信号存储器10均集成在所述集成电路板13上。
26.所述所述电磁波发射器11用于发射电磁波2，所述电磁波接收器12用于接收电磁波2。
27.所述数据分析系统包括通过utp双绞线3与所述探测器装置1连接的终端设备6，且所述终端设备6内部储存有地质信号数据库。
28.本发明通过以下方法步骤实现超前孔探测的三维地质预报：第一步，建立地质信号数据库：收集不同种类岩石在电磁波下的信号反馈数据，包括波速、时间、频率等参数，建立地质信号数据库，并存储在终端设备6内部，为分析系统提供地质数据基础。
29.第二步，钻取需要探测长度的超前孔。
30.在此，超前孔的钻头可以根据探测器装置1的尺寸，选取不同规格，以保证探测器装置1能在超前孔内移动。
31.第三步，组装并调试设备，将utp双绞线3将终端设备6与探测器装置1相接，并且将探测器装置1与电源5连接，准备足够长度的余线，通过驱动装置14驱动探测器前进轮9转动，使探测器装置1在超前孔内向前移动。
32.第四步，数据采集与传输。
33.通过电磁波发射器11并通过电磁波接收器12接收电磁波，储存在信号存储器10中，并经utp双绞线3传输给终端设备6，并与地质信号数据库对比，匹配出最接近的地质信号数据，并根据该地质信号数据对应的地质信息作出预报。
34.由此，本发明运用了电磁波发射和采集，以及大数据地质信号数据库建立三维地质预报系统，工序简单，易于操作，能较为准确地掌握隧道掌子面后围岩地质灾害情况，有效解决隧道超前孔探测地技术存在的痛点，有效推动超前孔探测技术的发展，减少隧道掘进中地质灾害的发生，适用性能好。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明
的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。