本申請是發(fā)明名稱為用于探測巷道圍巖地質的勘探支架、勘探裝置和勘探方法，申請?zhí)枮?01510608717.9(申請日2015年09月21日)的分案申請。

本發(fā)明涉及巷道圍巖勘探領域，尤其涉及的是一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法。

背景技術：

巷道圍巖是一個極其復雜的地質體，巖層復雜多變，存在斷層、褶曲等各種復雜的地質構造，一切與圍巖有關的工作，如工作面開采、巷道布置、巷道支護設計等，都離不開對區(qū)域內圍巖地質特征的充分了解。探地雷達系統(tǒng)將高頻(100～1000mhz或更高)電磁波以寬頻帶脈沖形式由發(fā)射天線向被探測物發(fā)射，根據(jù)反射波信號的時延形狀及頻譜特性等參數(shù)，可以解譯出目標深度、介質結構及性質，在數(shù)據(jù)處理的基礎上，應用數(shù)字圖像的恢復與重建技術，對探測目標進行成像處理，以期達到對探測目標真實和直觀的再現(xiàn)。

根據(jù)電磁波在地下介質的傳播規(guī)律，在區(qū)域內通過多次布點，探地雷達可以對區(qū)域內巖層、空洞、斷層、地質結構、地下水以及地下礦藏等目標進行查找和描述，對區(qū)域內的巷道圍巖地質變化形初步的認知，合理的劃分區(qū)域內巷道圍巖的類型，著重注意對地質異常區(qū)域的處理，指導礦井的綠色安全高效開采。目前區(qū)域內巷道圍巖地質變化的探地雷達勘探裝置，存在以下不足：現(xiàn)有的勘探裝置，一般采用人工推拉，勞動強度大，費力；此外，沒有充分考慮連續(xù)探測過程中巷道斷面的變化，勘探過程不穩(wěn)定，無法對巷道斷面進行連續(xù)精確勘探；現(xiàn)有的勘探操作中，測線布置少，無法對巷道斷面探測結果進行精確定位；通過現(xiàn)有的勘探裝置勘探巷道圍巖，無法形成區(qū)域內準確有效的巷道圍巖三維地質變化圖。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，可對巷道斷面進行連續(xù)精確勘探。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，包括如下步驟：

(s1)、對待觀測的巷道圍巖，布置測線，并對巷道圍巖的斷面測線和巷道軸向測線進行標識；

(s2)、組裝用于探測巷道圍巖地質的勘探裝置；

(s3)、利用勘探裝置勘探巷道斷面形狀和斷面面積在連續(xù)觀測過程的改變：根據(jù)方位指針在角度刻度盤上的轉動角度，手動旋轉轉軸，每旋轉一次角度，利用激光測距儀測量轉軸中心到巷壁的距離，并記錄數(shù)據(jù)，直至完成整個巷道斷面的觀測，后推動勘探裝置到下一個觀測線，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)和幾何關系，利用繪圖軟件繪制三維圖，確定測線巷巷道斷面形狀和斷面面積的變化；

勘探裝置，包括激光測距儀、ltd探地雷達和勘探支架，所述ltd探地雷達包括收發(fā)天線和便攜式主機，所述收發(fā)天線設于徑向旋轉支架的上端，所述激光測距儀設于軸向旋轉支架的轉軸上，所述激光測距儀通過可旋轉的轉軸測量轉軸中心到巷壁的距離，所述便攜式主機與收發(fā)天線電性連接，所述收發(fā)天線通過可伸縮的徑向旋轉支架緊貼巷壁進行探測；伸縮桿的桿頭部設有可旋轉固定托盤，所述可旋轉固定托盤與伸縮桿構成轉動配合；所述收發(fā)天線固定在可旋轉固定托盤上。

(s4)、觀測巷道斷面內任意位置的地質變化：推動勘探裝置于測量位置，將固定鋼釬對應插入第一固定孔內，固定勘探裝置的相對位置，根據(jù)激光測距儀觀測得到的距離，調整纏線輪，促使在距離最大處收發(fā)天線緊貼巷壁；控制電機使固定桿在巷道斷面內勻速旋轉，并記錄旋轉時間，根據(jù)ltd探地雷達獲取的數(shù)據(jù)圖像上的距離與中心軸的旋轉角度存在的線性關系，利用繪圖軟件繪制的三維圖，將探測結果在圖紙上進行精確定位；

(s5)、觀測巷道軸向的地質變化，探測定位：調整纏線輪保證在距離最大處，使得收發(fā)天線緊貼巷壁，將轉軸固定在設定的角度，通過滾輪滾動移動支架，勻速推動整個勘探裝置，將探測結果在圖紙上進行定位；

(s6)、繪制區(qū)域內有效的巷道圍巖三維地質變化圖：沿著巷道斷面測線和巷道軸向測線對區(qū)域內巷道圍巖地質變化進行密集觀測，將探測結果在圖紙上進行定位，形成區(qū)域內的巷道圍巖三維地質變化圖。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，勘探支架包括移動支架、軸向旋轉支架、徑向旋轉支架和驅動裝置，所述軸向旋轉支架架設于所述移動支架上，且與所述移動支架構成轉動配合，所述徑向旋轉支架與所述軸向旋轉支架成十字交叉，所述徑向旋轉支架沿其自身軸向可伸縮；所述驅動裝置驅動所述軸向旋轉支架旋轉，且?guī)铀鰪较蛐D支架旋轉。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述軸向旋轉支架包括轉軸和兩個承托基座，所述轉軸呈圓柱狀，且轉軸的兩端設有細長桿狀的軸頭；所述承托基座沿長度方向內設轉軸槽，所述轉軸兩端的軸頭對應穿過所述承托基座上的轉軸槽，架設在兩承托基座上，所述轉軸通過軸頭與承托基座構成轉動配合。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，其中一個所述承托基座的端部外側面上設有角度刻度盤，對應穿過所述承托基座上的轉軸槽的軸頭的端部設有方位指針，隨著所述軸頭旋轉，帶動所述方位指針在所述角度刻度盤上轉動。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述驅動裝置包括電機和皮帶，所述電機固定在一承托基座上，且電機的輸出軸軸線與轉軸的軸線相平行，所述轉軸的外圓周面上在靠近電機輸出軸的一側設置有皮帶輪槽，所述皮帶連接電機輸出軸和皮帶輪槽，所述驅動裝置驅動轉軸旋轉。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述徑向旋轉支架包括固定桿和伸縮桿，轉軸上設有第一限位孔，設于徑向旋轉支架下部的固定桿穿過第一限位孔，所述固定桿中套設伸縮桿且伸縮桿與固定桿構成滑動配合；所述固定桿中還設置有驅動所述伸縮桿沿固定桿的桿長方向滑動的伸縮機構，所述伸縮機構調節(jié)伸縮桿的伸縮。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述伸縮機構包括拉線、纏線輪和圓柱彈簧，所述圓柱彈簧設置在固定桿內部，且圓柱彈簧設于伸縮桿的下方，所述拉線的一端與伸縮桿的底部固定連接，另一端穿過圓柱彈簧后繞設在固定桿中的纏線輪上；所述纏線輪可沿垂直于固定桿桿長的方向移動，固定桿上設有供防止纏線輪回彈的定位卡槽，所述纏線輪通過旋轉控制伸縮桿的伸縮。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述移動支架包括三角架和連接橫桿，兩個所述三角架之間固定連接有連接橫桿，所述三角架的支撐腳上設有滾輪，且支撐腳上設有第一固定孔，通過將固定鋼釬(15)插入第一固定孔(14)內固定移動支架。

與已有技術相比，本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，可通過移動支架水平移動；軸向旋轉支架和徑向旋轉支架成十字交叉狀，通過驅動裝置控制軸向旋轉支架和徑向旋轉支架旋轉。

2、本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，承托基座的端部外側面上設有角度刻度盤，對應穿過承托基座上的轉軸槽的軸頭的端部設有方位指針，軸頭旋轉帶動方位指針在角度刻度盤上轉動，可直觀的觀測軸向旋轉支架的轉動角度。

3、本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，收發(fā)天線設于徑向旋轉支架的上端，激光測距儀設于軸向旋轉支架的轉軸上，激光測距儀通過可旋轉的轉軸測量轉軸中心到巷壁的距離，收發(fā)天線通過可伸縮的徑向旋轉支架緊貼巷壁探測，軸向旋轉支架和徑向旋轉支架成十字交叉狀設置于移動支架上，保證激光測距儀和收發(fā)天線在勘探過程中的穩(wěn)定性；手動轉動軸向旋轉支架，激光測距儀可對巷道斷面形狀和斷面面積進行連續(xù)精確地觀測，有助于形成準確有效的區(qū)域內巷道圍巖三維地質變化圖。

4、本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，移動支架上設有滾輪和固定鋼釬，當需要沿著巷道的軸向方向進行探測時，可以推動移動支架，滾輪的設置極大地降低了探測工作人員的勞動強度；此外，當推送到探測位置時，進行斷面內觀測，可采用固定鋼釬將本勘探裝置固定，勻速旋轉轉軸，能夠對巷道斷面探測結果進行精確定位。

5、本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，收發(fā)天線設置在伸縮桿的桿頭部，伸縮桿和固定桿之間設置有伸縮機構，伸縮機構包括圓柱彈簧、拉線和纏線輪，本勘探裝置利用圓柱彈簧的推力使收發(fā)天線與巷道內壁保持緊密接觸；同時利用伸縮桿的自由伸縮，可使設備適應不同的巷道斷面形狀和尺寸；此外，本裝置中的收發(fā)天線通過可旋轉固定托盤固定在伸縮桿的桿頭部，從而使得收發(fā)天線在巷道斷面內旋轉時具有一定的柔性和調節(jié)度，極大地提高了本勘探裝置的適用性。

6、本發(fā)明的一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，驅動裝置通過直流調速正反轉電機驅動皮帶帶動軸向旋轉支架旋轉，通過皮帶傳動，不但實現(xiàn)了減速的效果，而且簡化了驅動結構，使得轉動過程較為平穩(wěn)，確保了探測結果的精確性。

7、一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，可觀測巷道斷面形狀和斷面面積在連續(xù)觀測過程的改變；可觀測任意巷道斷面內的地質變化，并實現(xiàn)探測結果的精確定位；可觀測巷道軸線方向任意位置的地質變化；可繪制區(qū)域內有效的巷道圍巖三維地質變化圖。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的勘探裝置的工作狀態(tài)結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的勘探裝置的主視圖。

圖3為本發(fā)明勘探裝置的側視圖。

圖4為圖3的a-a剖視圖。

圖5為移動支架的滾輪的結構示意圖。

圖6a為纏線輪的結構示意圖。

圖6b為纏線輪的剖面圖。

圖7a為可旋轉固定托盤的主視圖。

圖7b為可旋轉固定托盤的側視圖。

附圖中各部件的標記為：三腳架11、連接橫桿12、滾輪13、第一固定孔14、固定鋼釬15、轉軸2、第一限位孔21、軸頭22、皮帶輪槽23、方位指針24、固定蓋板25、第一卡槽26、承托基座3、端部凹槽31、u型銷301、角度刻度盤32、電機4、皮帶5、固定桿61、第二卡槽601、伸縮桿62、圓柱彈簧71、拉線72、纏線輪73、激光測距儀6、收發(fā)天線7、綜合控制電纜701、可旋轉固定托盤8、電源控制臺9、便攜式主機10、巷道斷面測線101、巷道軸向測線102。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

本發(fā)明公開了一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，包括如下步驟：

(s1)、根據(jù)觀測任務和觀測區(qū)域的大小，合理布置測線，布置巷道斷面測線101、巷道軸向測線102,并對巷道斷面測線和巷道軸向測線進行標識。

(s2)、按照設備圖紙，在井下巷道完成本發(fā)明的一種基于用于探測巷道圍巖地質的勘探裝置組裝。

(s3)、利用勘探裝置勘探巷道斷面形狀和斷面面積在連續(xù)觀測過程的改變：根據(jù)方位指針在角度刻度盤上的轉動角度，轉動軸向旋轉支架，旋轉轉軸，每旋轉一次角度，利用激光測距儀測量轉軸中心到巷壁的距離，并記錄數(shù)據(jù)，直至完成整個巷道斷面的觀測，后推動勘探裝置到下一個觀測線，旋轉轉軸觀測，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)和幾何關系，利用繪圖軟件繪制三維圖，確定測線巷道斷面形狀的變化和巷道斷面面積。

(s4)、觀測巷道斷面內任意位置的地質變化：推動勘探裝置于測量位置，相對固定移動支架，將固定鋼釬對應插入第一固定孔內，固定勘探裝置的相對位置，根據(jù)激光測距儀觀測得到的距離，調整徑向旋轉支架自身軸向長度，促使收發(fā)天線緊貼巷壁。通過調整纏線輪調節(jié)伸縮桿的伸縮，促使在距離最大處收發(fā)天線緊貼巷壁；控制電機旋轉轉軸，軸向旋轉支架帶動固定桿在巷道斷面內勻速旋轉，記錄旋轉時間，根據(jù)ltd探地雷達獲取的數(shù)據(jù)圖像上的距離與中心軸的旋轉角度存在的線性關系，利用繪圖軟件繪制的三維圖，將探測結果在圖紙上進行精確定位。

(s5)、觀測巷道軸向的地質變化，探測定位：通過纏線輪調節(jié)伸縮桿的伸縮保證在距離最大處，使得收發(fā)天線緊貼巷壁，固定轉軸與承托基座的相對位置，固定在設定的角度，通過滾輪移動移動支架，勻速推動勘探裝置探測，并將探測結果在圖紙上進行定位。

(s6)、繪制區(qū)域內有效的巷道圍巖三維地質變化圖：沿著巷道斷面測線和巷道軸向測線對區(qū)域內巷道圍巖地質變化進行密集觀測，將探測結果在圖紙上進行定位，形成區(qū)域內的巷道圍巖三維地質變化圖。

本發(fā)明還公開了一種勘探裝置，具體參見圖1-圖4，包括激光測距儀6、ltd探地雷達和勘探支架。ltd探地雷達包括收發(fā)天線7和便攜式主機10，收發(fā)天線7設于徑向旋轉支架的上端，激光測距儀6設于軸向旋轉支架的轉軸2上，激光測距儀6通過可旋轉的轉軸2測量轉軸中心到巷壁的距離。ltd探地雷達10與收發(fā)天線7電性連接，收發(fā)天線7通過可伸縮的徑向旋轉支架緊貼巷壁探測。

本發(fā)明的勘探裝置該探測設備可進行如下觀測任務：1)觀測巷道斷面形狀和斷面面積在連續(xù)觀測過程的改變；2)觀測任意巷道斷面內的地質變化，并實現(xiàn)探測結果的精確定位；3)觀測巷道軸線方向任意位置的地質變化；4)繪制區(qū)域內有效的巷道圍巖三維地質變化圖。

轉軸2上設有第一卡槽26，激光測距儀6卡設于第一卡槽26中。當轉軸2距離某處的巷壁較近時，通過轉動纏線輪73，使拉線72纏繞在纏線輪73上，從而固定桿61中的拉線72長度縮短，拉線72隨即克服圓柱彈簧71的彈力將伸縮桿62向下拉，伸縮桿62在拉線72的拉力下回縮到固定桿61的中空桿腔中，從而伸縮桿21伸出在外側的桿身變短；當轉軸2距離某處的巷壁較遠時，反向操作即可，因此本發(fā)明中的這種結構有利于勘探裝置適應不同的巷道斷面形狀和尺寸。當桿長長度需要固定時，左右移動纏線輪73，使得纏線輪73固定在固定桿61上的定位卡槽里即可。

收發(fā)天線7設于徑向旋轉支架的上端。便攜式主機10與收發(fā)天線7通過綜合控制電纜701電性連接。便攜式主機10便于攜帶，操作人員可移動操作。固定桿61上設有第二卡槽601，綜合控制電纜701卡設于第二卡槽601中，將綜合控制電纜701一端拉直固定在固定桿61上，盡量避免電纜的電磁信號對收發(fā)天線的影響。參見圖7a和圖7b，圖7a為可旋轉固定托盤的主視圖。圖7b為可旋轉固定托盤的側視圖。設于徑向旋轉支架的上部的伸縮桿62的桿頭部設有可旋轉固定托盤8，可旋轉固定托盤8與伸縮桿62構成轉動配合。收發(fā)天線7固定在可旋轉固定托盤8上。使得收發(fā)天線在巷道斷面內旋轉時具有一定的柔性和調節(jié)度，極大地提高了本勘探裝置的適用性。

其中，勘探支架包括移動支架、軸向旋轉支架、徑向旋轉支架和驅動裝置。軸向旋轉支架架設于移動支架上，且與移動支架構成轉動配合，徑向旋轉支架與軸向旋轉支架成十字交叉，徑向旋轉支架沿其自身軸向可伸縮；驅動裝置驅動軸向旋轉支架旋轉，且?guī)訌较蛐D支架旋轉。具體參見圖1-圖4，圖1為本發(fā)明的用于探測巷道圍巖地質的勘探裝置的工作狀態(tài)結構示意圖。圖2為本發(fā)明的用于探測巷道圍巖地質的勘探裝置的主視圖。圖3為本發(fā)明的用于探測巷道圍巖地質的勘探裝置的側視圖。圖4為圖3的a-a剖面圖。

移動支架包括三角架11和連接橫桿12，兩個三角架11之間固定連接有連接橫桿12。連接橫桿12通過螺栓螺母固定連接在兩個三角架11之間，增強移動支架的穩(wěn)定性。參見圖5，三角架11的支撐腳上設有滾輪13，便于推動移動支架，省力。支撐腳上設有第一固定孔14，第一固定孔14內插有固定鋼釬15。需要相對固定移動支架時，將固定鋼釬15穿過第一固定孔14，扎入地面，相對固定移動支架。

軸向旋轉支架包括轉軸2和承托基座3，轉軸2的兩端分別設有一個承托基座3。其中，轉軸2呈圓柱狀，且轉軸2的兩端設有細長桿狀的軸頭22。參見圖4，承托基座3沿長度方向內設轉軸槽，轉軸2兩端的軸頭22對應穿過承托基座3上的轉軸槽，架設在兩承托基座3上，轉軸2通過軸頭22與承托基座3構成轉動配合。其中，軸向旋轉支架通過承托基座3架設于移動支架上。參見圖3，一個承托基座3的端部外側面上設有角度刻度盤32，對應穿過該承托基座3上的轉軸槽的軸頭22的端部設有方位指針24，隨著該軸頭22旋轉，帶動方位指針24在角度刻度盤32上轉動。另一個承托基座3的端部設有端部凹槽31，當需要固定轉軸2時，將u型銷301插入端部凹槽31中，將轉軸2的軸頭22卡死。

驅動裝置包括電機和皮帶，電機4固定在一承托基座3上，且電機4的輸出軸軸線與轉軸2的軸線相平行，轉軸2的外圓周面上在靠近電機輸出軸的一側設置有皮帶輪槽23，皮帶5連接電機輸出軸和皮帶輪槽23，驅動裝置驅動轉軸2旋轉。本優(yōu)選施例中，電機4為直流調速正方轉電機，電機4通過螺母固定在承托基座3的下側，電機4與電源控制臺9電性連接，通過電源控制臺9操控電機4的正反轉和電機轉速。

徑向旋轉支架包括固定桿61和伸縮桿62，轉軸2上設有第一限位孔21，設于徑向旋轉支架下部的固定桿61穿過第一限位孔21，固定桿61中套設伸縮桿62且伸縮桿62與固定桿61構成滑動配合。本優(yōu)選實施例中，固定桿61的中端的外環(huán)上設有一個擋圈，第一限位孔21的外延上設有限位槽，固定桿61穿過第一限位孔21，且固定桿61上的擋圈對應卡設于限位槽中，第一限位孔21的外圍設有固定蓋板25，將固定蓋板對應卡合，通過螺栓將固定桿61進一步加強固定于轉軸2上。固定桿61中還設置有驅動伸縮桿62沿固定桿61的桿長方向滑動的伸縮機構，伸縮機構調節(jié)伸縮桿62的伸縮。

伸縮機構包括拉線72、纏線輪73和圓柱彈簧71。圓柱彈簧71設置于固定桿61內部，且圓柱彈簧71設于伸縮桿62的下方，拉線72的一端與伸縮桿62的底部固定連接，另一端穿過圓柱彈簧71后繞設在固定桿61中的纏線輪73上，纏線輪73與固定桿61的底部存有間距。纏線輪73可沿垂直于固定桿61桿長的方向移動，固定桿61上設有供防止纏線輪73回彈的定位卡槽，纏線輪73通過旋轉控制伸縮桿62的伸縮。如圖6a和圖6b所示，圖6a為纏線輪的結構示意圖。圖6b為纏線輪的剖面圖。

一種具備探測巷道斷面變化且定位探測結果的勘探方法，通過測線的密集布置，利用本發(fā)明的用于探測巷道圍巖地質的勘探裝置，觀測巷道斷面形狀和斷面面積在連續(xù)觀測過程的中改變，實現(xiàn)巷道斷面探測結果的精確定位和形成有效的區(qū)域內巷道圍巖三維地質變化圖。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。