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申请/专利权人：武汉长盛煤安科技有限公司

摘要：本发明公开了一种煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，它包括随钻雷达主机、随钻雷达钻孔探头、钻杆、钻头、钻机，设置在随钻雷达钻孔探头内的发射天线、接收天线、雷达波信号发射模块、雷达波信号接收模块、单片机、第一存储器、三维电子罗盘和惯导设备，其中，随钻雷达钻孔探头的前端安装钻头，随钻雷达钻孔探头的后端安装钻杆，钻杆由钻机驱动，单片机用于根据惯导设备输出的惯导数据计算随钻雷达钻孔探头前进或后退移动的距离；本发明可对掘进巷道和隧道迎头及工作面正在钻进的钻孔进行探测，可以对钻孔周围0～30米范围内的地质构造、富水体和导水通道等有害地质体进行精细有效的探测。

主权项：1.一种基于煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置的钻孔雷达超前探测方法，其特征在于：所述煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置包括随钻雷达主机1、随钻雷达钻孔探头2、钻杆4、钻头5、钻机6，设置在随钻雷达钻孔探头2内的发射天线2.1、接收天线2.2、雷达波信号发射模块2.3、雷达波信号接收模块2.4、单片机2.5、第一存储器2.8、三维电子罗盘2.9和惯导设备2.10，其中，随钻雷达钻孔探头2的前端安装钻头5，随钻雷达钻孔探头2的后端安装钻杆4，钻杆4由钻机6驱动，单片机2.5用于根据惯导设备2.10输出的惯导数据计算随钻雷达钻孔探头2前进或后退移动的距离；随钻雷达钻孔探头前进或后退移动的距离相当于相邻探测点之间的距离，根据设置的测点距离，当探头移动的距离达到测点距离的整数倍时随钻雷达钻孔探头就进行探测一次；随钻雷达钻孔探头2前进或后退移动的距离相当于相邻探测点之间的距离，根据设置的测点距离，当探头移动的距离达到测点距离的整数倍时随钻雷达钻孔探头2就进行探测一次；所述雷达波信号发射模块2.3用于通过发射天线2.1在单片机2.5的控制下在各个预设探测点向待测钻孔7四周发射脉冲宽频带雷达波，所述雷达波信号接收模块2.4用于通过接收天线2.2接收雷达探测信号，并进行数字化，所述雷达探测信号包括发射天线2.1发射的直达雷达波信号，以及当前预设探测点四周岩体中存在地质构造或含水体时地质构造或含水体对脉冲宽频带雷达波反射的雷达波信号；所述单片机2.5通过三维电子罗盘2.9测量钻孔的轨迹，并将钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号保存到第一存储器2.8中；随钻雷达钻孔探头2退出待测钻孔7后将钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号传输到随钻雷达主机1；随钻雷达主机1根据钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号生成待测钻孔7的雷达探测波列图和待测钻孔7的轨迹图；随钻雷达主机1根据整个钻孔过程中探测的雷达波列图并依据雷达探测数据的幅值和相位变化分析各个预设探测点是否存在对应的反射雷达波信号，如果有预设探测点存在反射雷达波信号，则说明该预设探测点四周岩体中存在地质构造或含水体；所述随钻雷达钻孔探头2前进或后退移动的距离用于控制随钻雷达钻孔探头2达到各个预设探测点；它还包括航空工程塑料钻杆3，所述随钻雷达钻孔探头2利用三角形居中器3.2安装到航空工程塑料钻杆3的内腔中，确保随钻雷达钻孔探头2与航空工程塑料钻杆3之间留有一个过水通道3.1，以便钻机6的打钻用水或空气能通过钻杆4内腔和过水通道3.1，确保钻进钻孔时能利用水冷却钻头5和冲洗出钻孔产生的岩屑，航空工程塑料钻杆3的前端接钻头5，航空工程塑料钻杆3的后端接钻杆4，钻杆4内腔与过水通道3.1之间具有通孔3.3，航空工程塑料钻杆3前侧面也具有与水通道3.1连通的通孔3.3；所示随钻雷达钻孔探头2与航空工程塑料钻杆3同轴设置；钻孔雷达超前探测方法，包括如下步骤：步骤1：将随钻雷达钻孔探头2置于航空工程塑料钻杆3中，航空工程塑料钻杆3的前端接钻头5，航空工程塑料钻杆3的后端接钻杆4，其整体置于待探测钻孔孔口，随钻雷达钻孔探头2通过惯导和单片机2.5计算随钻雷达钻孔探头2前进或后退的距离，使随钻雷达钻孔探头2移动距离达到各个预设探测点，雷达波信号发射模块2.3通过发射天线2.1在单片机2.5的控制下在各个预设探测点向待测钻孔7四周发射脉冲宽频带雷达波，雷达波信号接收模块2.4通过接收天线2.2接收雷达探测信号，并进行数字化，所述雷达探测信号包括发射天线2.1发射的直达雷达波信号，以及当前预设探测点四周岩体中存在地质构造或含水体时地质构造或含水体对脉冲宽频带雷达波反射的雷达波信号；步骤2：所述单片机2.5通过三维电子罗盘2.9测量钻孔的轨迹，并将钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号保存到第一存储器2.8中；步骤3：随钻雷达钻孔探头2退出待测钻孔7后将钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号传输到随钻雷达主机1；随钻雷达主机1根据钻孔的轨迹数据和数字化的雷达探测信号生成待测钻孔7的雷达探测波列图和待测钻孔7的轨迹图；步骤4：随钻雷达主机1根据整个钻孔过程中探测的雷达波列图并依据雷达探测数据的幅值和相位变化分析各个预设探测点是否存在对应的反射雷达波信号，当波形图后面时刻的信号的幅度大于或等于前面时刻的信号的幅度或信号的相位有变化时，则认为的反射波信号存在，如果有预设探测点存在反射雷达波信号，则说明该预设探测点四周岩体中存在地质构造或含水体；利用雷达波在待测钻孔7四周的围岩8中传播的速度和发射脉冲宽频带雷达波到接收雷达反射波的时间计算产生反射波的地质构造或含水体距离待测钻孔7对应预设探测点的距离；根据待测钻孔7的轨迹图来确定待测钻孔7各个预设探测点在轨迹图中的坐标值；根据各个预设探测点在轨迹图中的坐标值和产生反射波的地质构造或含水体距离待测钻孔7对应预设探测点的距离，计算出产生反射波的地质构造或含水体在探测区域的绝对坐标位置，即可确定地质构造或含水体的位置；步骤3中，每一个探测点的雷达起始点的坐标就是轨迹图的坐标，雷达探测利用雷达发射天线发射电磁波，再用接收天线接收电磁波，经放大、滤波等处理后，将模拟信号进行数字化处理，生成数字信号；数字信号传输到随钻雷达主机后，中央处理器再通过人机交互设备将数字信号再现出来生成一个波形图，各个探测点的波形图依探测点的距离排列成一个二维图像即为波列图。

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