基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統及預報方法，包括巖體溫度探測系統、數據采集器，巖體溫度探測系統設于半封閉塑料圓管內，巖體溫度探測系統與數據采集器連接，包括以下步驟：1）確定探測區域：根據區域范圍劃分間距，用鉆頭在離巷道底板一定距離鉆探測孔；2）將巖體溫度探測系統放置在探測孔中，接通電源，待所測溫度穩定后，數據采集器讀取數據并記錄數據；3）數據處理及結果分析：對測量得到的不同位置探測孔同一深度的溫度、以及同一個探測孔內不同深度的溫度值進行分析，判斷在水平距離預定值范圍內、是否可能含有地下工程含水體。數據處理形態簡單，有效反映地下工程含水體構造存在。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及巖體溫度探測
，尤其涉及一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統和預報方法。
技術介紹
地下工程中的水害一直是制約我國采礦能源及其他資源的主要因素。對于地下工程含水體構造的探測也亟待解決，現有技術中采用瞬變電磁法( Μ)、地質雷達、高密度電法等來預測預報地下工程含水體構造，探測及數據處理存在的缺陷是①探測設備繁重，需要投入很大的人力物力進行操作，②數據分析借助軟件后處理，對一些干擾信號需要做特殊處理等缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統；結構及操作簡單，測量準確可靠、使用方便，能夠同點多次觀測，與探測目標有最佳耦合，數據處理不需要依靠強大的軟件后處理，根據異常溫度變化響應區進行分析、就能夠探測地下工程含水體構造等優點。本專利技術還提供一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報方法。為實現上述目的，本專利技術采用下述技術方案一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統，包括空氣囊 ，空氣囊設有充氣嘴，充氣嘴下部設有螺帽、密封圈，空氣囊與充氣嘴通過密封圈密封連接，空氣囊外表面設有光纖溫度傳感器，光纖溫度傳感器通過信號收集線與溫度采集器連接，溫度采集器通過電源線與電源連接，空氣囊內設有支承架，密封圈與支承架用密封膠密封連接，所述空氣囊采用兩端面封閉的圓管結構，充氣嘴與外端面連接，所述圓管的外徑小于鉆孔的直徑。基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報方法，包括以下步驟1.確定探測區域根據區域范圍劃分間距，用鉆頭在離巷道底板一定距離鉆探測孔，探測孔直徑小于巖體溫度探測系統中空氣囊的直徑；2)將巖體溫度探測系統放置在探測孔中，通過充氣嘴向空氣囊充氣，直至空氣囊完全脹開體內充滿空氣，使光纖溫度傳感器緊貼巖體，以便測量真實巖體溫度；接通電源， 待所測溫度穩定后，數據采集器讀取數據并記錄數據；對每個探測孔的不同鉆孔深度進行多次測量、并讀取各個測量值，測量完成后斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊內的空氣排出后，將巖體溫度探測系統取出。3)數據處理及結果分析對測量得到的不同位置探測孔同一深度的溫度、以及同一個探測孔內不同深度的溫度值進行分析，得出探測孔溫度值隨深度的變化的趨勢；根據不同水平距離-溫度變化趨勢，判斷是否出現異常溫度響應區，進而判斷在水平距離預定值范圍內、是否可能含有地下工程含水體。 探測區域進行等間距劃分，用氣動鉆進行鉆孔。鉆孔施工完畢后采用高壓水槍對探測孔進行清洗，消除孔內巖粉、巖屑等雜物。數據采集器在每次采集數據之前進行調零，待所測溫度穩定后再進行數據的采集。本專利技術工作原理地下水賦存于巖體裂隙、孔隙等介質中，由于地下水的滲流會發 生于巖體進行能量和質量的交換，最終達到滲流-溫度耦合。水的溫度與巖體的溫度達到 平衡，在含水體構造中水的溫度會明顯低于不含水構造中，水的溫度可以間接反映巖體溫 度，在靠近含水體構造時，溫度會發生異常響應，在遠離含水體構造時，溫度基本處于穩定 狀態。利用巖體溫度場探測溫度系統進行鉆孔溫度測量，繪制水平位置-溫度變化曲線，獲 得異常溫度響應區。根據溫度場異常變化曲線可實現對含水體構造的探測。使用時，將空氣囊制成直徑小于鉆孔直徑的、兩端面封閉的圓管結構，空氣囊采用 塑料材料制作。手持支承架用拉環把該系統放置在鉆孔的底部，按照逆時針旋轉一下，確保 該系統暢通，防止堵塞及卡孔現象；通過充氣嘴向空氣囊充氣，直至空氣囊完全脹開體內充 滿空氣；使光纖溫度傳感器緊貼巖體，保證光纖溫度傳感器與鉆孔巖體壁接觸良好。調整溫 度采集器，接通電源，在每個深度段多次測量該深度的巖體溫度、取平均值；一個深度位置 測量完成，然后斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊的空氣排出后，保持該系統深度不變， 同時順時針旋轉巖體溫度探測系統60°，增加測量一組平均巖體溫度。將同一深度的兩組 平均巖體溫度再取均值作為該深度的溫度值。測量完成一個深度后，斷開電源，打開充氣嘴 螺帽，待空氣囊的空氣排出后，移動到另一處預定的深度位置，重復上述步驟進行測量該深 度的溫度。待全部測量完成后，斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊內的空氣排出后，把巖 體溫度探測系統從鉆孔中取出。本專利技術的有益效果1.所述測量系統安裝方便，使用簡單，易于操作，通過測量巖體內溫度的變化異常 響應區，探測巖體中含水體構造，用于巷道開挖或其他因素影響下的地下工程施工過程，有 利于實際工程的安全施工與災害預警；2.現場用同點多次采集數據，曲線變化數據分析客觀反映溫度梯度變化，確定異 常溫度響應區，數據處理形態簡單，真實、有效反應地下工程含水體構造存在，無地層影響 等優點。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意其中，1.拉環；2.充氣嘴；3.螺帽；4.溫度采集器；5.電源線；6.電源；7.密封圈； 8.空氣囊；9.信號收集線；11.支承架；12.光纖溫度傳感器。具體實施方式下面結合附圖與實施例對本專利技術做進一步說明。結合圖1，一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統，包括空氣囊8， 空氣囊設有充氣嘴2，充氣嘴2下部設有螺帽3，空氣囊8與充氣嘴2用密封圈7密封連接， 空氣囊8外表面設有光纖溫度傳感器12，光纖溫度傳感器12通過信號收集線9與溫度采集 器4連接，溫度采集器4通過電源線5與電源6連接，空氣囊8內設有支承架11，所述空氣囊8采用兩端面封閉的圓管結構，充氣嘴2與外端面連接，密封圈7與支承架11用密封膠 密封連接，所述圓管的外徑小于鉆孔的直徑，支承架11與密封圈7密封連接，支承架外端部 設有拉環1，方便人工操作。空氣囊采用塑料材料。所述光纖溫度傳感器沿空氣囊外表面同 一深度設有三只并均布，三只光纖溫度傳感器分別測量各點溫度。基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統的預報方法，包括以下步驟I)確定探測區域根據區域范圍劃分間距，用鉆頭在離巷道底板一定距離鉆探測 孔，探測孔直徑略小于巖體溫度探測系統中半封閉塑料圓管的直徑；探測區域進行等間距 劃分，用氣動鉆進行鉆孔。鉆孔施工完畢后采用高壓水槍對探測孔進行清洗，消除孔內巖 粉、巖屑等雜物。2)將巖體溫度探測系統放置在探測孔中，通過充氣嘴向空氣囊充氣，直至空氣囊 完全脹開體內充滿空氣，使光纖溫度傳感器緊貼巖體，以便測量真實巖體溫度，接通電源， 數據采集器調零，數據采集器調零之后靜置10分鐘，待所測溫度穩定后，數據采集器讀取 數據并記錄數據；對每個探測孔的不同鉆孔深度進行多次測量、并讀取各個測量值，測量完 成后斷開電源，將巖體溫度探測系統取出。現場采集數據時，將巖體溫度探測系統放置在事 先編號的鉆孔中，保持探測系統與巖壁緊貼，接通電源，待所測溫度穩定后讀取數據，分別 測量每個探測孔在不同鉆孔深度時的溫度值。測量完成一個深度后，斷開電源，打開充氣嘴 螺帽，待空氣囊的空氣排出后，移動到另一處預定的深度位置，重復上述步驟進行測量該深 度的溫度。待全部測量完成后，斷開電源，打開充氣嘴螺帽，待空氣囊內的空氣排出后，把巖 體溫度探測系統從鉆孔中取出。3)數據處理及結果分析對測量得到的不同位置探測孔同一深度的溫度、以及同 一個探測孔內不同深度的溫度值進行分析，得出探測孔溫度值隨深度的變化的趨勢；根據 不同水平距離-溫度變化趨勢，判斷是否出現異常溫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于巖體溫度場的地下工程含水體構造預報系統，其特征是，包括空氣囊，空氣囊設有充氣嘴，充氣嘴下部設有螺帽、密封圈，空氣囊與充氣嘴通過密封圈密封連接，空氣囊外表面設有光纖溫度傳感器，光纖溫度傳感器通過信號收集線與溫度采集器連接，溫度采集器通過電源線與電源連接，空氣囊內設有支承架，所述空氣囊采用兩端面封閉的圓管結構，充氣嘴與外端面連接，密封圈與支承架用密封膠密封連接，所述圓管的外徑小于鉆孔的直徑。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張慶松，惠冰，孫子正，王德明，韓偉偉，張連震，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：