[发明专利]一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域的超前探测领域，尤其是利用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法。

背景技术

由于地质条件复杂，在隧道、矿井等地下掘进工程中，突水、涌水等地质灾害时有发生，带来了巨大的人员伤亡和经济损失。针对隧道、矿井掌子面前方含水体的超前探测已经成为一个重要的研究课题，对制定突涌水防治措施和评价施工安全具有重要意义。

磁共振探测(Magnetic Resonance Sounding，简称MRS)是一种直接地球物理勘探方法。与传统的地球物理间接探测方法相比，MRS具有高分辨率、高效率、信息量丰富和解释唯一性等优点，是一种极具发展前景的新技术。

CN102819046A公开了一种双D型线圈核磁共振仪随掘进机巷道前方突水探测方法，将双D型线圈核磁共振仪固定在掘进机的操作台上；以岩层中含水量35％作为可发生突水参数，正演得核磁共振标定信号，将核磁共振信号与标定信号比较，若核磁共振信号小于标定信号，则没有危险存在；若核磁共振信号大于标定信号，则有危险，核磁共振仪发出报警，停止掘进。

CN102062877A公开了一种对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法，是由计算机通过串口总线分别与系统控制器、大功率电源、信号采集单元相连，系统控制器经桥路驱动器、大功率H型发射桥路和配谐电容与发射线圈连结构成。采用垂直布设线圈模式，有效降低了线圈的占用面积，使该装置可以在更加狭小的空间中展开勘探工作。

CN102262247A公开了一种隧道突水超前预测装置及预测方法，收发一体多匝矩形或方形线圈，平行于掌子面布设，计算机控制高压电源，主控芯片通 过驱动电路驱动发射桥路，产生激发磁场。放大电路将核磁共振信号放大后送到采集电路，采集电路通过A/D转换器将放大器输出的模拟信号转换成数字信号后送至计算机，对数据进行显示、存储和滤波处理，通过软件进行水文地质解释，将所采集到的核磁共振信号的初始振幅、衰减时间解释成含水率和孔隙度，将激发电流的大小解释成探测深度，进而给出掌子面前方地质体的含水率及潜在水体的赋存状态。

上述发明所采取的环形天线铺设方式均为垂直放置，即平行于掌子面，这种测量方式只能对正前方进行探测，属于一维探测，其他方向无法探测，并且不能分辨含水体来自掌子面前方还是后方，存在多解性，因此无法获取更丰富的关于含水体构造的信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法，旨在采用旋转环形天线进行多角度探测并进行二维成像，可以有效地判断出含水体的具体位置，规模以及含水量大小等；还有效解决了由于环形天线全空间辐射而无法区分含水体来自于哪一空间的问题。

本发明是这样实现的，一种用环形天线旋转进行磁共振超前探测的方法，在隧道或矿井上划分垂直方向测量剖面以及水平方向测量剖面，将所述垂直方向测量剖面以及水平方向测量剖面依次按照固定角度为间隔设定多个测量区域；

采用环形天线进行垂直旋转测量，使环形天线的平面平行于水平面，法向方向依次转动经过垂直方向测量剖面的测量区域，得到不同测量点区域内水体的磁共振信号，将磁共振信号进行水文参数的反演，形成垂直方向二维含水量扇形图；

采用环形天线进行水平旋转测量，使环形天线的平面垂直于水平面，法向方向依次转动经过水平方向测量剖面的测量区域，得到不同测量区域内水体的磁共振信号，将磁共振信号进行水文参数的反演，形成水平方向二维含水量扇 形图；

根据垂直方向二维含水量扇形图以及水平方向二维含水量扇形图形成全空间的含水分布。

垂直方向测量剖面的测量区域依次为隧道或矿井顶板、顶板与掌子面的联合面、掌子面、掌子面与底板的联合面和底板。

水平方向测量剖面的测量区域依次为隧道或矿井左侧壁、左侧壁与掌子面的联合面、掌子面、掌子面与右侧壁的联合面和右侧壁板。

进一步地，垂直旋转测量包括以下步骤：

a、将环形天线固定在可旋转支架上，水平转动轴为旋转轴，通过天线底座与磁共振探测仪器连接；

b、旋转环形天线使其平面平行于水平面法向方向指向顶板，从小到大依次发射一系列不同强度的交变电流，频率等于拉莫尔频率，发射停止后再经过一定时间，用环形天线接收磁共振信号e₁，此时信号主要来自顶板或底板的含水体；