本發(fā)明涉及一種探測裝置及超前預(yù)報方法，具體涉及一種鉆探物探一體化隨鉆探測裝置及方法，屬于隧（巷）道超前探測。

背景技術(shù)：

1、在隧道及巷道掘進工程中，前方可能存在斷層破碎帶、陷落柱、采空區(qū)積水、巖溶富水區(qū)等不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)，超前探測掘進方向的地質(zhì)條件尤其重要。目前，超前探測方法主要包括鉆探與物探，物探的探測范圍大但精度較低，鉆探的探測精度高但探測范圍小，因此目前通常采用先物探圈定不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)大致范圍，然后再通過鉆探在該范圍內(nèi)進一步探測縮小范圍。但傳統(tǒng)方法存在以下缺陷：（1）鉆探和物探是兩種設(shè)備需要分時進行，效率低下；（2）物探易受探測距離和巷道空間條件限制，數(shù)據(jù)受到環(huán)境干擾較大；（3）為提高探測準(zhǔn)確性而增加鉆探工程量，成本高且進度慢。此外，鉆探過程中孔壁易塌陷，可能成為隱伏含水體涌入通道，引發(fā)次生事故。

2、鉆孔瞬變電磁法將發(fā)射裝置和接收裝置都放在孔中，避免了巷道內(nèi)電氣設(shè)備和金屬物的電磁干擾，避免了鉆探的“一孔之見”，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和鉆孔利用率，減少了鉆探工作量。然而，傳統(tǒng)鉆孔瞬變電磁是鉆后瞬變電磁（即鉆孔形成后再進行瞬變電磁探測），施工成功受限于成孔質(zhì)量，地質(zhì)條件不好的地方需要探測的時候容易塌孔，導(dǎo)致鉆孔的實際利用率不高。

3、因此，如何提供一種適應(yīng)鉆孔瞬變電磁施工環(huán)境，同時具備地質(zhì)構(gòu)造和富水體探測能力，且具有長距離、大范圍、高精度的隨鉆探測裝置及方法，是隧道及巷道超前探測領(lǐng)域的迫切需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種鉆探物探一體化隨鉆探測裝置及方法，能適應(yīng)鉆孔瞬變電磁施工環(huán)境，同時具備地質(zhì)構(gòu)造和富水體探測能力，且具有長距離、大范圍、高精度的隨鉆探測效果。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鉆探物探一體化隨鉆探測裝置，包括鉆機、隨鉆方位伽馬探管、隨鉆瞬變電磁鉆桿和數(shù)據(jù)處理端；

3、所述鉆機的中空鉆桿依次與隨鉆方位伽馬探管和隨鉆瞬變電磁鉆桿同軸連接，用于帶動隨鉆方位伽馬探管和隨鉆瞬變電磁鉆桿同步轉(zhuǎn)動；隨鉆瞬變電磁鉆桿端部裝有中空鉆頭，用于進行鉆孔。

4、所述隨鉆方位伽馬探管，用于在鉆孔過程中記錄來自地層的伽馬射線，獲取物探數(shù)據(jù)。

5、所述隨鉆瞬變電磁鉆桿，用于在鉆孔過程中進行瞬變電磁探測，獲取鉆探數(shù)據(jù)。

6、所述數(shù)據(jù)處理端裝在鉆機上，用于接收物探數(shù)據(jù)和鉆探數(shù)據(jù)進行分析處理后確定鉆孔周圍地質(zhì)情況。

7、進一步，所述隨鉆瞬變電磁鉆桿為中空桿體，其內(nèi)部裝有收發(fā)一體瞬變電磁探桿、復(fù)位彈簧和活塞，活塞處于收發(fā)一體瞬變電磁探桿和復(fù)位彈簧之間，且活塞兩端分別與收發(fā)一體瞬變電磁探桿一端和復(fù)位彈簧一端固定連接，復(fù)位彈簧另一端穿過隨鉆方位伽馬探管與中空鉆桿固定連接；當(dāng)活塞受朝向中空鉆頭的推力時，能帶動收發(fā)一體瞬變電磁探桿沿中空桿體的軸線移動并從中空鉆頭伸出進行瞬變電磁探測；當(dāng)推力消失時，復(fù)位彈簧能拉動活塞及收發(fā)一體瞬變電磁探桿復(fù)位。

8、進一步，所述鉆機上裝有瞬變電磁儀，收發(fā)一體瞬變電磁探桿包括兩個發(fā)射線圈和三分量接收線圈，三分量接收線圈處于兩個發(fā)射線圈之間，瞬變電磁儀通過數(shù)據(jù)傳輸線依次穿過中空鉆桿及隨鉆方位伽馬探管分別與兩個發(fā)射線圈和三分量接收線圈連接，用于使發(fā)射線圈激發(fā)瞬變電磁波，并接收三分量接收線圈反饋的瞬變電磁數(shù)據(jù)。

9、進一步，所述隨鉆方位伽馬探管內(nèi)裝有兩個對稱布設(shè)的伽馬傳感器，兩個伽馬傳感器用于記錄不同方位地層反饋的伽馬射線。

10、進一步，所述鉆機為現(xiàn)有設(shè)備，其包括主控系統(tǒng)、動力頭和高壓水泵，動力頭與中空鉆桿連接，用于為中空鉆桿提供鉆進動力；中空鉆桿為無磁通纜鉆桿，高壓水泵與中空鉆桿一端連接，用于在進行瞬變電磁探測時向中空鉆桿內(nèi)注入高壓水推動收發(fā)一體瞬變電磁探桿伸出；主控系統(tǒng)用于對動力頭和高壓水泵進行控制。

11、進一步，所述數(shù)據(jù)處理端通過數(shù)據(jù)傳輸線與瞬變電磁儀和伽馬傳感器連接。

12、進一步，所述收發(fā)一體瞬變電磁探桿靠近中空鉆頭的一端安裝有卡扣固定器，使收發(fā)一體瞬變電磁探桿與隨鉆瞬變電磁鉆桿內(nèi)壁相對固定；當(dāng)卡扣固定器打開時，收發(fā)一體瞬變電磁探桿能相對隨鉆瞬變電磁鉆桿移動?？酃潭ㄆ鞯淖饔檬欠乐挂苿舆^程中收發(fā)一體瞬變電磁探桿在隨鉆瞬變電磁鉆桿內(nèi)的晃動碰撞，延長其使用壽命。

13、進一步，所述隨鉆方位伽馬探管和隨鉆瞬變電磁鉆桿的長度相同。

14、上述鉆探物探一體化隨鉆探測裝置的工作方法，具體步驟為：

15、步驟一、確定超前探測區(qū)域：結(jié)合前期勘查設(shè)計資料、地質(zhì)編錄以及常規(guī)地球物理探測方法所實際揭露的圍巖狀態(tài)對地質(zhì)情況進行分析，確定可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)體及高風(fēng)險區(qū)段，圈定多個待精準(zhǔn)探測的地質(zhì)構(gòu)造靶區(qū)。

16、步驟二、布置鉆機位置：先選擇一個地質(zhì)構(gòu)造靶區(qū)，保持鉆機的動力頭的鉆進方向與水平線同軸。

17、步驟三、組裝鉆探物探一體化隨鉆探測裝置：將鉆機動力頭一端連接高壓水泵水管一端、另一端連接中空鉆桿，中空鉆桿另一端依次同軸連接隨鉆方位伽馬探管和隨鉆瞬變電磁鉆桿，并將隨鉆瞬變電磁鉆桿端部裝有中空鉆頭的一端對準(zhǔn)巖石。

18、步驟四、實施鉆進與鉆探參數(shù)收集：開啟鉆機的動力頭，帶動中空鉆頭沿設(shè)定方向破巖鉆進；同時，鉆機的主控系統(tǒng)實時記錄鉆進過程中的轉(zhuǎn)速、鉆壓、鉆速及扭矩數(shù)據(jù)，并繪制對應(yīng)曲線；監(jiān)測鉆進過程中是否發(fā)生卡鉆、跳鉆及鉆孔回水量變化等異常情況。

19、步驟五、實施隨鉆物探超前探測：每鉆進設(shè)定長度時，關(guān)閉停止鉆進，并使中空鉆頭緩慢后退一段距離，接著開啟高壓水泵，此時高壓水經(jīng)過中空鉆桿及隨鉆方位伽馬探管進入隨鉆瞬變電磁鉆桿，并推動活塞及收發(fā)一體瞬變電磁探桿向鉆進方向緩慢移動，并從中空鉆頭推出，直至收發(fā)一體瞬變電磁探桿與當(dāng)前鉆孔的孔底巖石處于緊密接觸狀態(tài)時，隨即開展隨鉆探測，具體步驟如下：探測數(shù)據(jù)收集：數(shù)據(jù)處理端通過兩個伽馬傳感器記錄不同方位地層反饋的伽馬射線，獲得用于表征對應(yīng)地層的泥質(zhì)巖土含量數(shù)據(jù)，完成物探數(shù)據(jù)收集；同時，啟動瞬變電磁儀利用收發(fā)一體瞬變電磁探桿獲取周圍地質(zhì)的瞬變電磁信號，瞬變電磁儀分析后獲取當(dāng)前隨鉆物探位置點周圍的地質(zhì)情況并反饋給數(shù)據(jù)處理端，完成鉆探數(shù)據(jù)收集；完成探測后關(guān)閉高壓水泵，收發(fā)一體瞬變電磁探桿及活塞受復(fù)位彈簧拉力縮回復(fù)位，完成一次隨鉆物探。

20、步驟六、持續(xù)重復(fù)步驟四和步驟五，直至鉆進至設(shè)定目標(biāo)深度。

21、步驟七、鉆探物探一體化數(shù)據(jù)解譯：將每次同時采集的物探數(shù)據(jù)和鉆探數(shù)據(jù)采用行業(yè)現(xiàn)有的反演方法進行一體化數(shù)據(jù)解譯，從而實時獲取該鉆孔周圍巖性、富水性、異常體方位情況，實現(xiàn)對鉆孔孔周地質(zhì)條件的實時預(yù)報。

22、步驟八、依次選擇其余各個地質(zhì)構(gòu)造靶區(qū)并重復(fù)步驟二至七，實現(xiàn)不同鉆孔孔周地質(zhì)條件的實時預(yù)報。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用鉆機、隨鉆方位伽馬探管和隨鉆瞬變電磁鉆桿相結(jié)合的方式，具有如下優(yōu)點：

24、1、傳統(tǒng)鉆孔瞬變電磁都是在鉆孔形成后進行瞬變電磁，施工成功受限于成孔質(zhì)量，地質(zhì)條件不好的地方需要探測的時候容易塌孔。本發(fā)明將鉆探與物探集成于一體，通過隨鉆瞬變電磁裝置、隨鉆方位伽馬探管和鉆機的協(xié)同工作，實現(xiàn)鉆進與探測同步進行。解決了傳統(tǒng)方法中物探與鉆探分時進行的問題，節(jié)省時間，提高效率。在鉆進過程中實時獲取物探和鉆探同時探測的地質(zhì)信息，避免了因成孔質(zhì)量差導(dǎo)致的探測失敗。通過隨鉆探測，能夠?qū)崟r監(jiān)控和預(yù)報水害等低阻異常體，提高探測精度和施工安全性。

25、2、本發(fā)明采用特定的收發(fā)一體瞬變電磁探桿實現(xiàn)鉆孔過程中的瞬變電磁探測，該裝置結(jié)合高壓水驅(qū)動系統(tǒng)和彈簧復(fù)位機構(gòu)，實現(xiàn)探桿在鉆孔內(nèi)的靈活移動和精確定位；高壓水驅(qū)動系統(tǒng)推動探桿移動并從中空鉆頭伸出，確保探桿與孔底巖石緊密接觸，提高探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。彈簧復(fù)位裝置使探桿在停止水流后自動回位，便于重復(fù)使用，同時探桿集成發(fā)射線圈、接收線圈及無線通訊設(shè)備，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和分析，最終通過這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)鉆孔過程中的瞬變電磁探測，且能保證較高的探測精度。

26、3、本發(fā)明將隨鉆瞬變電磁數(shù)據(jù)、方位伽馬數(shù)據(jù)及鉆探參數(shù)（如鉆速、扭矩等）進行多源數(shù)據(jù)融合，由于各個數(shù)據(jù)均是同時采集，能保證數(shù)據(jù)獲取的一致性，最后通過現(xiàn)有的地質(zhì)信息約束反演方法，對多源數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋，提高了地質(zhì)構(gòu)造、含水層位置及巖性識別的精度。且結(jié)合鉆探參數(shù)實時驗證物探數(shù)據(jù)，增強了探測結(jié)果的實用性。