本發(fā)明涉及一種機(jī)械式微震源與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和使用方法，屬于巖體微震監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

隨著淺部資源的逐步減少，大量的礦山向地下深部發(fā)展。在巷道及硐室開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)深部高地應(yīng)力造成擾動(dòng)，使其發(fā)生地應(yīng)力集中和重新分布，導(dǎo)致原本穩(wěn)定的圍巖處于不穩(wěn)定狀態(tài)。巖體中積聚的彈性勢(shì)能在巖體發(fā)生非彈性變形(裂紋擴(kuò)展，巖體滑移失穩(wěn)等)過(guò)程中以地震波的形式逐步或突然釋放，從而產(chǎn)生一系列的微震事件。彈性勢(shì)能的突然無(wú)序釋放往往會(huì)誘發(fā)斷層滑移或巖爆等災(zāi)害的發(fā)生，嚴(yán)重制約了礦山的正常生產(chǎn)作業(yè)。采用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)巖體中發(fā)生破裂時(shí)的微震事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)并分析處理得到的數(shù)據(jù)，可以確定微震事件發(fā)生的震源位置、震級(jí)大小以及能量釋放的信息。因此，在深部開(kāi)采礦山構(gòu)建微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。

傳統(tǒng)的微震監(jiān)測(cè)過(guò)程都是以爆破做為震源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為了分析爆破作業(yè)對(duì)礦山巷道及硐室穩(wěn)定性的影響，監(jiān)測(cè)的區(qū)域多靠近爆破地點(diǎn)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)中混雜著大量的爆破事件，而目前還沒(méi)有方法可以自動(dòng)準(zhǔn)確識(shí)別爆破事件和微震事件，大多數(shù)都需要靠人們進(jìn)行手工拾取，該過(guò)程不但要耗費(fèi)大量的人力物力和財(cái)力，而且需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。最主要的，人工拾取的精度不高，這在指導(dǎo)礦山生產(chǎn)的過(guò)程中存在很大的弊端。

因此，研發(fā)一種既能快速安裝且使用簡(jiǎn)便，又能很好地反映微震震源的可控主動(dòng)震源是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種既能快速安裝且使用簡(jiǎn)便，又能很好地反映微震震源信息的機(jī)械式可控主動(dòng)震源。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供上述的機(jī)械式可控主動(dòng)震源的安裝使用方法。

為了解決上述的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種機(jī)械式微震源，所述微震源包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、蓄壓腔體、安全閥、射能頭；

所述蓄壓腔體的出氣口依次連接有安全閥、射能頭；在蓄壓腔體上設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口中設(shè)有單向閥；所述驅(qū)動(dòng)動(dòng)力控制蓄壓腔體中壓力的大小。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，所述驅(qū)動(dòng)動(dòng)力包括電動(dòng)機(jī)(2)、飛輪(3)、曲軸(4)；所述蓄壓腔體包括活塞(8)、氣缸(9)；所述電動(dòng)機(jī)(2)與電子開(kāi)關(guān)(1)電連接，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)(1)控制電動(dòng)機(jī)(2)電源的通斷，電動(dòng)機(jī)(2)的輸出驅(qū)動(dòng)飛輪(3)，飛輪(3)與曲軸(4)的一端連接；曲軸(4)的另一端與設(shè)于活塞(8)上的連桿(6)相連，驅(qū)動(dòng)活塞(8)在氣缸(9)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在氣缸(9)上，還設(shè)有出氣口和進(jìn)氣口；所述出氣口依次連接有安全閥、射能頭；所述進(jìn)氣口上設(shè)有吸氣閥(10)；所述安全閥為全啟式彈簧安全閥(11)。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，所述驅(qū)動(dòng)動(dòng)力與蓄壓腔體的數(shù)量一致。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，所述電子開(kāi)關(guān)(1)為一個(gè)。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，多組驅(qū)動(dòng)動(dòng)力與同一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(1)電連接，組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多震源同時(shí)觸發(fā)。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，在氣缸(9)上設(shè)有2-5個(gè)吸氣閥(10)。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，全啟式彈簧安全閥(11)的公稱壓力根據(jù)微震監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的震動(dòng)能量大小確定。

本發(fā)明一種機(jī)械式微震源，與氣缸(9)出氣口依次連接的安全閥、射能頭通過(guò)螺紋旋合連接，連接處設(shè)有密封墊，防止漏氣，保證震源效果；與氣缸(9)進(jìn)氣口連接的吸氣閥(10)通過(guò)螺紋旋合連，連接處設(shè)有密封墊。

本發(fā)明一種包含機(jī)械式微震源的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括微震源，信號(hào)保真盒(5)、微震信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置(7)、控制電腦(12)、微震傳感器(14)，其特征在于：微震源的電子開(kāi)關(guān)(1)與控制電腦(12)電連接；微震信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置(7)的一端與控制電腦(12)電連接，另一端依次與信號(hào)保真盒(5)、微震傳感器(14)電連接，所述微震傳感器(14)設(shè)置在微震源中的射能頭周邊，與射能頭的距離0.5-500米。

本發(fā)明一種包含機(jī)械式微震源的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用方法，包括下述步驟：

第一步：按包含機(jī)械式微震源的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成連接好個(gè)部件；

第二步：根據(jù)微震監(jiān)測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，確定機(jī)械式微震源的數(shù)目及微震傳感器數(shù)目，安置在待測(cè)地點(diǎn)，并與信號(hào)保真盒和微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，打開(kāi)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；

第三步：根據(jù)第二步確定的機(jī)械式微震源的數(shù)目，在待測(cè)地點(diǎn)鉆孔，鉆孔數(shù)量與機(jī)械式微震源的數(shù)目一致，清孔后，將第一步得到的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制電腦(12)安置在地面，其余部分裝入孔中；

第三步：操作控制電腦(12)，觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)(1),使電動(dòng)機(jī)(2)通電開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)飛輪(3)、曲軸(4)、連桿(6)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞(8)在氣缸(9)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使氣缸(9)內(nèi)的壓力急劇增大，當(dāng)氣缸(9)內(nèi)壓力達(dá)到全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)，高壓氣流從射能頭(13)噴出，對(duì)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生沖擊，形成一個(gè)可控主動(dòng)震源；

第四步：微震信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置(7)采集信號(hào)并儲(chǔ)存在控制電腦(12)中；信號(hào)采集完成后，取出孔中的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，清理各個(gè)部件之間的雜物，清理完成后，將所述的機(jī)械式可控主動(dòng)震源以及其他所有試驗(yàn)儀器帶回。

本發(fā)明提供的機(jī)械式可控主動(dòng)微震源中，所述的所有部件均可重復(fù)多次使用。

本發(fā)明的工作原理簡(jiǎn)述于下：微震源初始狀態(tài)下，所述的活塞(8)處于所述的氣缸(9)的最右端。所述的電子開(kāi)關(guān)(1)和控制電腦(12)連接，當(dāng)通過(guò)所述的控制電腦觸發(fā)所述的電子開(kāi)關(guān)之后，接通所述的電動(dòng)機(jī)(2)使其通電，帶動(dòng)所述的飛輪(3)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過(guò)所述的曲軸(4)和連桿(6)帶動(dòng)所述的活塞(8)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。所述的飛輪(3)旋轉(zhuǎn)一周之后，所述的電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使系統(tǒng)斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)。該過(guò)程可分為兩個(gè)階段，第一階段為吸氣階段，該階段中所述的活塞(8)從最右端向左端滑動(dòng)，此時(shí)所述的吸氣閥(10)打開(kāi)，外界的空氣進(jìn)入所述的氣缸(9)。當(dāng)所述的活塞運(yùn)動(dòng)到所述氣缸的最左端時(shí)，所述的吸氣閥關(guān)閉，進(jìn)入第二階段。該階段為蓄壓階段，所述的活塞(8)從所述的氣缸(9)左端向右運(yùn)動(dòng)，使所述的氣缸(9)內(nèi)空氣逐漸處于壓縮狀態(tài)，壓力急劇增大。當(dāng)所述的氣缸(9)內(nèi)壓力達(dá)到所述的全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)，高壓氣流從所述的射能頭(13)噴出，對(duì)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生沖擊，形成一個(gè)可控主動(dòng)震源。

本發(fā)明所述的機(jī)械式可控主動(dòng)微震源，可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)(2)帶動(dòng)飛輪(3)、曲軸(4)和連桿(6)，推動(dòng)活塞(8)在氣缸(9)內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將吸入氣缸(9)的空氣進(jìn)行壓縮，使氣缸(9)內(nèi)壓強(qiáng)急劇增大。當(dāng)氣缸(9)內(nèi)壓強(qiáng)增大至全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓強(qiáng)時(shí)，氣缸(9)內(nèi)積累的能量在瞬間沖開(kāi)全啟式彈簧安全閥(11)，通過(guò)射能頭(13)釋放，對(duì)待測(cè)區(qū)域產(chǎn)生沖擊，形成可控主動(dòng)震源。

采用上述技術(shù)方案的機(jī)械式可控主動(dòng)微震源及其使用方法，無(wú)需停止生產(chǎn)，不會(huì)影響正常的生產(chǎn)進(jìn)程，無(wú)污染，無(wú)危險(xiǎn)，各部件均可循環(huán)利用，組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)多震源同時(shí)觸發(fā)，幾乎不產(chǎn)生負(fù)面效果是一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效的方法。

綜上訴述，本發(fā)明是一種既能快速安裝且使用簡(jiǎn)便，又能很好地反映微震震源的可控主動(dòng)震源。

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)上述內(nèi)容中，本發(fā)明的機(jī)械式可控主動(dòng)震源及其使用方法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、整個(gè)吸氣和壓縮射能過(guò)程為物理過(guò)程，無(wú)火花，不產(chǎn)生有害氣體，不引起爆炸，粉塵少，無(wú)飛石，經(jīng)濟(jì)環(huán)保；

2、不產(chǎn)生破壞性的地震波，對(duì)周圍環(huán)境的影響?。?/p>

3、整個(gè)處理過(guò)程簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)；

4、設(shè)備各部件的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用和回收過(guò)程均安全；

5、能量釋放可控，射能方向可控，即震源方位可控，組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)多震源同時(shí)觸發(fā)；

6、與爆破震源相比較，本發(fā)明震源頻率低，更接近巖石中真實(shí)的微震信號(hào)；

7、本發(fā)明中所有部件均可重復(fù)使用，大大降低了成本，使用過(guò)程安全快捷，為微震監(jiān)測(cè)提供硬件設(shè)備支撐。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的使用布置示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種機(jī)械式微震源，所述微震源包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、蓄壓腔體、安全閥、射能頭；所述驅(qū)動(dòng)動(dòng)力包括電動(dòng)機(jī)(2)、飛輪(3)、曲軸(4)；所述蓄壓腔體包括活塞(8)、氣缸(9)；所述電動(dòng)機(jī)(2)與電子開(kāi)關(guān)(1)電連接，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)(1)控制電動(dòng)機(jī)(2)電源的通斷，電動(dòng)機(jī)(2)的輸出驅(qū)動(dòng)飛輪(3)，飛輪(3)與曲軸(4)的一端連接；曲軸(4)的另一端與設(shè)于活塞(8)上的連桿(6)相連，驅(qū)動(dòng)活塞(8)在氣缸(9)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在氣缸(9)上，還設(shè)有出氣口1個(gè)，進(jìn)氣口2個(gè)；所述出氣口依次連接有安全閥(11)、射能頭(13)；所述2個(gè)進(jìn)氣口上分別設(shè)有吸氣閥(10)；所述安全閥為全啟式彈簧安全閥(11)；

與氣缸(9)出氣口依次連接的安全閥(11)、射能頭(13)通過(guò)螺紋旋合連接，連接處設(shè)有密封墊，防止漏氣，保證震源效果；與氣缸(9)進(jìn)氣口連接的吸氣閥(10)通過(guò)螺紋旋合連，連接處設(shè)有密封墊。

實(shí)施例2

一種機(jī)械式微震源，與實(shí)施例1的區(qū)別在于：

一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(1)同時(shí)與3個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力相連，組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多震源同時(shí)觸發(fā)；驅(qū)動(dòng)動(dòng)力與蓄壓腔體的數(shù)量一致。

實(shí)施例3

一種包含機(jī)械式微震源的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括微震源，信號(hào)保真盒(5)、微震信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置(7)、控制電腦(12)、微震傳感器(14)，其特征在于：微震源的電子開(kāi)關(guān)(1)與控制電腦(12)電連接；微震信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置(7)的一端與控制電腦(12)電連接，另一端依次與信號(hào)保真盒(5)、微震傳感器(14)電連接，所述微震傳感器(14)設(shè)置在微震源中的射能頭周邊，與射能頭的平均距離50米。

實(shí)施例4

一種包含機(jī)械式微震源的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與實(shí)施例3的區(qū)別在于：

一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(1)一端與控制電腦(12)電連接，另一端同時(shí)與5個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力相連，組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多震源同時(shí)觸發(fā)；驅(qū)動(dòng)動(dòng)力與蓄壓腔體的數(shù)量一致；微震傳感器(14)與射能頭的距離在1-250米。

實(shí)施例5

一種包含機(jī)械式微震源的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用方法，包括下述步驟：

第一步：連接好微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

第二步：根據(jù)微震監(jiān)測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，確定機(jī)械式微震源的數(shù)目及微震傳感器數(shù)目均為3個(gè)，安置在待測(cè)地點(diǎn)，并與信號(hào)保真盒和微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，打開(kāi)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；

第三步：在待測(cè)地點(diǎn)鉆3個(gè)孔，清孔后，將第一步得到的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制電腦(12)安置在地面，其余部分分別裝入3個(gè)孔中；

第三步：操作控制電腦(12)，觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)(1),分別使3個(gè)電動(dòng)機(jī)(2)通電開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)飛輪(3)、曲軸(4)、連桿(6)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞(8)在氣缸(9)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使氣缸(9)內(nèi)的壓力急劇增大，當(dāng)氣缸(9)內(nèi)壓力達(dá)到全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)，高壓氣流從射能頭(13)噴出，對(duì)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生沖擊，形成3個(gè)可控主動(dòng)震源；

第四步：微震信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置(7)采集信號(hào)并儲(chǔ)存在控制電腦(12)中；信號(hào)采集完成后，取出孔中的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，清理各個(gè)部件之間的雜物，清理完成后，將所述的機(jī)械式可控主動(dòng)微震源以及其他所有試驗(yàn)儀器帶回。