高蓄能定位定向主動激勵震源炮及使用方法
【專利摘要】一種高蓄能定位定向主動激勵震源炮及使用方法，適用于礦井地震勘探使用。包括滑移支固架和安裝在滑移支固架上的炮體，滑移支固架包括套管固定夾托和設(shè)在套管固定夾托底部的三條滑移支固架腿，炮體包括炮管和絞盤裝置；使用時(shí)先將高蓄能定位定向主動激勵震源炮主體固定，轉(zhuǎn)動絞盤機(jī)，帶動絞車卷筒旋轉(zhuǎn)，使抗拉鋼絲繩拉緊，帶動拉動抗沖擊鋼棒滑動，使高承壓彈簧收縮變形；使用時(shí)，觸發(fā)安全制動鎖，高承壓彈簧在無約束狀態(tài)下即推動抗沖擊鋼棒在脫離高承壓彈簧后瞬間高速撞擊目標(biāo)物體，形成震源。其成本低，易維護(hù)，結(jié)構(gòu)簡單，攜帶輕便，經(jīng)濟(jì)可靠，操作簡易，手持與固定作業(yè)兼顧，具有震動效應(yīng)連續(xù)可調(diào)特性，適用于各類固相介質(zhì)內(nèi)的地震勘探工程。
【專利說明】
高蓄能定位定向主動激勵震源炮及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種主動激勵震源炮及使用方法，尤其適用于礦井地震勘探使用的高蓄能定位定向主動激勵震源炮及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水為主的礦井地質(zhì)動力災(zāi)害已成為當(dāng)前我國煤炭工業(yè)安全領(lǐng)域的主要問題。作為地采煤礦采掘生產(chǎn)活動與工程建設(shè)活動過程中的誘發(fā)性災(zāi)害，動力災(zāi)害事故發(fā)生的頻次和影響范圍正隨著開采深度的逐年增加而增大。
[0003]針對這類災(zāi)害，常規(guī)礦山動力監(jiān)測方法與技術(shù)已不能較好地滿足采掘生產(chǎn)活動中臨災(zāi)預(yù)警的安全需求。一批建立于應(yīng)用地球物理原理與方法的技術(shù)手段應(yīng)運(yùn)而生。其中，以礦井地震勘探為代表的災(zāi)害預(yù)警技術(shù)在近些年如火如荼地推廣開來，并逐漸在動力災(zāi)害的評價(jià)與預(yù)報(bào)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。
[0004]礦井地震勘探是確保煤礦安全開采的關(guān)鍵技術(shù)之一，探查工作面及圍巖內(nèi)部的構(gòu)造分布特性，為礦井地質(zhì)動力災(zāi)害源提供診斷基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)的重要前提。隨著煤礦開采深度的增加，地質(zhì)賦存構(gòu)造越來越復(fù)雜，對礦井地震勘探技術(shù)的需求也越來越突出。
[0005]礦井地震勘探是運(yùn)用彈性波傳播原理，采用錘擊、爆破、地震槍、電火花等震源產(chǎn)生的物理波場實(shí)施工程檢測與勘探，是縱波、橫波、槽波、面波勘探的總稱;礦井地震勘探主要以煤巖體作為對象，基于物理波場的反射、折射、透射及頻散特性來探查煤巖體的不連續(xù)性，以及與之相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造破壞和地質(zhì)異常體;激勵震動波在煤巖介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)，檢波器接收到震動波的波動數(shù)據(jù)，可根據(jù)震動波的物理和數(shù)學(xué)關(guān)系反演煤巖介質(zhì)的物理特性。
[0006]以錘擊作為震源時(shí)，錘頭加速下落，撞擊在錘墊上，通過錘墊把能量傳遞給煤巖體；以炸藥作為震源時(shí)，炸藥爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體迅速膨脹形成瞬時(shí)脈沖力，并作用于煤巖體，產(chǎn)生震動波;這類主動震源激發(fā)操作存在人工錘擊勞動強(qiáng)度大、主動激震效應(yīng)偏弱及爆破激震危險(xiǎn)性高、對圍巖穩(wěn)定性控制不利的技術(shù)問題，嚴(yán)重影響了礦井地震勘探技術(shù)預(yù)測預(yù)報(bào)地質(zhì)動力災(zāi)害的時(shí)效性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，作業(yè)效率高，安全可靠，有效降低人工勞動強(qiáng)度，產(chǎn)生主動激震效應(yīng)可控性好，危險(xiǎn)性低的高蓄能定位定向主動激勵震源炮及使用方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的高蓄能定位定向主動激勵震源炮，它包括滑移支固架和安裝在滑移支固架上的炮體，滑移支固架包括套管固定夾托和設(shè)在套管固定夾托底部的三條滑移支固架腿，炮體包括炮管和絞盤裝置；
[0009]所述炮管包括不銹鋼套管，銹鋼套管側(cè)面設(shè)有套管扶手，銹鋼套管內(nèi)設(shè)有高承壓彈簧，銹鋼套管尾部設(shè)有防止彈簧滑出的結(jié)構(gòu)，在高承壓彈簧前端設(shè)有抗沖擊鋼棒，抗沖擊鋼棒尾部設(shè)有抗拉鋼絲繩，抗拉鋼絲繩穿過炮管與絞盤裝置相連接，抗沖擊鋼棒通過高承壓彈簧和抗拉鋼絲繩在不銹鋼套管內(nèi)前后伸縮；
[0010]所述絞盤裝置包括絞盤機(jī)架，絞盤機(jī)架頂部設(shè)有絞盤把手，絞盤機(jī)架上設(shè)有絞盤機(jī)，絞盤機(jī)包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與抗拉鋼絲繩相連接的絞車卷筒，絞盤機(jī)上設(shè)有安全制動鎖，絞盤機(jī)包括一大一小兩個(gè)齒輪相互咬合的絞盤齒輪，兩個(gè)絞盤齒輪上設(shè)有絞盤保護(hù)罩。
[0011]所述的絞盤機(jī)為手搖絞盤機(jī)或電動絞盤機(jī);所述的抗沖擊鋼棒為高強(qiáng)度440C不銹鋼，安全制動鎖為正反轉(zhuǎn)合金鋼剎車叉頭。
[0012]—種高蓄能定位定向主動激勵震源炮使用方法，其步驟如下:
[0013]將滑移支固架的三條滑移支固架腿固定在礦井地震勘探的待激震區(qū)域處，調(diào)節(jié)滑移支固架的套管固定夾托，將炮管的不銹鋼套管與套管固定夾托完全夾合固定，根據(jù)測試需要使炮體與待激震區(qū)域地面形成-90°?+90°范圍內(nèi)的可調(diào)角度；
[0014]旋轉(zhuǎn)絞盤機(jī)，絞盤機(jī)內(nèi)絞盤齒輪轉(zhuǎn)動，絞盤齒輪轉(zhuǎn)軸上的絞車卷筒旋轉(zhuǎn)并向抗拉鋼絲繩產(chǎn)生拉力，抗拉鋼絲繩帶動連接的抗沖擊鋼棒在不銹鋼套管內(nèi)收縮，并迫使高承壓彈簧蓄力收縮；
[0015]旋轉(zhuǎn)絞盤機(jī)時(shí)，通過安全制動鎖使絞盤機(jī)的絞盤齒輪保持在自鎖狀態(tài)，當(dāng)高承壓彈簧蓄力收縮至需要位置后，將不銹鋼套管的管口對準(zhǔn)并接觸待激震區(qū)域處的目標(biāo)物，開啟安全制動鎖的鎖定，高承壓彈簧在無約束狀態(tài)下即推動抗沖擊鋼棒在不銹鋼套管內(nèi)快速滑移，抗沖擊鋼棒在高承壓彈簧的作用下撞擊目標(biāo)物體，從而在目標(biāo)物體內(nèi)部產(chǎn)生高能透射震動波。
[0016]有益效果:利用絞盤機(jī)和高承壓彈簧控制抗沖擊鋼棒對目標(biāo)物體撞擊，定位定向，激震效應(yīng)顯著，不使用人力錘擊目標(biāo)物體，勞動強(qiáng)度低，克服了人工錘擊激震效應(yīng)弱及爆破激震危險(xiǎn)性高的問題，安全高效;基于高承壓彈簧的彈性收縮變形特性積蓄大量彈性能量，操作全程能量轉(zhuǎn)化率高，抗沖擊鋼棒撞擊目標(biāo)物瞬間的能量輸出率高；高蓄能定位定向主動激勵震源炮結(jié)構(gòu)簡單，攜帶輕便，單次激震成功率高，有效避免重復(fù)性作業(yè)和檢查;不銹鋼套管管口與目標(biāo)物體對接，接觸點(diǎn)為主動激震震源點(diǎn)，抗沖擊鋼棒運(yùn)動方向?yàn)槟芰總鞑U(kuò)散主方向，可360度全方位制造人工震源;抗沖擊鋼棒撞擊目標(biāo)物體不產(chǎn)生火花，對作業(yè)環(huán)境具有良好適應(yīng)能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明高蓄能定位定向主動激勵震源炮結(jié)構(gòu)正視示意圖
[0018]圖2為本發(fā)明高蓄能定位定向主動激勵震源炮結(jié)構(gòu)俯視示意圖
[0019]圖3為本發(fā)明高蓄能定位定向主動激勵震源炮的滑移支固架結(jié)構(gòu)正視示意圖
[0020]圖中:1-不銹鋼套管，2-抗沖擊鋼棒，3-高承壓彈簧，4-手搖絞盤機(jī)，5-安全制動鎖，6-抗拉鋼絲繩，7-套管扶手，8-絞盤保護(hù)罩，9-絞盤齒輪，10-絞盤機(jī)架，11-絞盤把手，12-滑移支固架腿，13-套管固定夾托。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對發(fā)明進(jìn)一步說明:
[0022]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的高蓄能定位定向主動激勵震源炮，包括滑移支固架和安裝在滑移支固架上的炮體，如圖3所示，滑移支固架包括套管固定夾托13和設(shè)在套管固定夾托13底部的三條滑移支固架腿12，炮體包括炮管和絞盤裝置；
[0023]所述炮管包括不銹鋼套管I，銹鋼套管I側(cè)面設(shè)有套管扶手7，銹鋼套管I內(nèi)設(shè)有高承壓彈簧3，銹鋼套管I尾部設(shè)有防止彈簧滑出的結(jié)構(gòu)，在高承壓彈簧3前端設(shè)有抗沖擊鋼棒2，抗沖擊鋼棒2尾部設(shè)有抗拉鋼絲繩6，抗拉鋼絲繩6穿過炮管與絞盤裝置相連接，抗沖擊鋼棒2通過高承壓彈簧3和抗拉鋼絲繩6在不銹鋼套管I內(nèi)前后伸縮；
[0024]所述絞盤裝置包括絞盤機(jī)架10，絞盤機(jī)架10頂部設(shè)有絞盤把手11，絞盤機(jī)架10上設(shè)有絞盤機(jī)4，絞盤機(jī)4包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與抗拉鋼絲繩6相連接的絞車卷筒，絞盤機(jī)4上設(shè)有安全制動鎖5，絞盤機(jī)4包括一大一小兩個(gè)齒輪相互咬合的絞盤齒輪9，兩個(gè)絞盤齒輪9上設(shè)有絞盤保護(hù)罩8;所述的絞盤機(jī)4為手搖絞盤機(jī)或電動絞盤機(jī)。
[0025]—種高蓄能定位定向主動激勵震源炮使用方法，，其步驟如下:
[0026]將滑移支固架的三條滑移支固架腿12固定在礦井地震勘探的待激震區(qū)域處，調(diào)節(jié)滑移支固架的套管固定夾托13，將炮管的不銹鋼套管I與套管固定夾托13完全夾合固定，根據(jù)測試需要使炮體與待激震區(qū)域地面形成-90°?+90°范圍內(nèi)的可調(diào)角度；
[0027]旋轉(zhuǎn)絞盤機(jī)4，絞盤機(jī)4內(nèi)絞盤齒輪9轉(zhuǎn)動，絞盤齒輪9轉(zhuǎn)軸上的絞車卷筒旋轉(zhuǎn)并向抗拉鋼絲繩6產(chǎn)生拉力，抗拉鋼絲繩6帶動連接的抗沖擊鋼棒2在不銹鋼套管I內(nèi)收縮，并迫使高承壓彈簧3蓄力收縮；
[0028]旋轉(zhuǎn)絞盤機(jī)4時(shí)，通過安全制動鎖5使絞盤機(jī)4的絞盤齒輪9保持在自鎖狀態(tài)，當(dāng)高承壓彈簧3蓄力收縮至需要位置后，將不銹鋼套管I的管口對準(zhǔn)并接觸待激震區(qū)域處的目標(biāo)物，開啟安全制動鎖5的鎖定，高承壓彈簧3在無約束狀態(tài)下即推動抗沖擊鋼棒2在不銹鋼套管I內(nèi)快速滑移，抗沖擊鋼棒2在高承壓彈簧3的作用下撞擊目標(biāo)物體，從而在目標(biāo)物體內(nèi)部產(chǎn)生高能透射震動波。
[0029]利用震動波傳感器采集目標(biāo)物體內(nèi)部產(chǎn)生高能透射震動波，通過工程地球物理勘探的方法反演目標(biāo)物體的內(nèi)部物理構(gòu)造特性。
[0030]工作原理:在礦井地震勘探的待激震區(qū)域，將滑移支固架的三條支腿12分開并保持在牢固節(jié)位，調(diào)整套管固定夾托13的角度與方位;將高蓄能定位定向主動激勵震源炮主體固定，不銹鋼套管I與套管固定夾托13完全夾合;通過手搖絞盤機(jī)4的平緩轉(zhuǎn)動，帶動以齒輪驅(qū)動9的絞車卷筒旋轉(zhuǎn)，并使繞在絞車卷筒上的抗拉鋼絲繩6拉緊，拉動抗沖擊鋼棒2在不銹鋼套管I內(nèi)平順滑動，絞盤鋼絲繩6產(chǎn)生的牽引力通過抗沖擊鋼棒2的滑移迫使高承壓彈簧3緩慢收縮變形;高承壓彈簧3在被壓縮過程中，抗沖擊鋼棒2始終觸發(fā)安全制動鎖5，使安全制動鎖5保持在自鎖狀態(tài);使用時(shí)，將不銹鋼套管I管口對準(zhǔn)并接觸目標(biāo)物，調(diào)整不銹鋼套管I方向，推開制動撥片，觸發(fā)安全制動鎖5處于關(guān)閉狀態(tài)，高承壓彈簧3在無約束狀態(tài)下即推動抗沖擊鋼棒2在不銹鋼套管I內(nèi)快速滑移，抗沖擊鋼棒2在脫離高承壓彈簧3后瞬間高速撞擊目標(biāo)物體;從而在目標(biāo)物體內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈震動效應(yīng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高蓄能定位定向主動激勵震源炮，其特征在于:它包括滑移支固架和安裝在滑移支固架上的炮體，滑移支固架包括套管固定夾托(13)和設(shè)在套管固定夾托(I 3)底部的三條滑移支固架腿(12)，炮體包括炮管和絞盤裝置； 所述炮管包括不銹鋼套管(I)，銹鋼套管(I)側(cè)面設(shè)有套管扶手(7)，銹鋼套管(I)內(nèi)設(shè)有高承壓彈簧(3)，銹鋼套管(I)尾部設(shè)有防止彈簧滑出的結(jié)構(gòu)，在高承壓彈簧(3)前端設(shè)有抗沖擊鋼棒(2)，抗沖擊鋼棒(2)尾部設(shè)有抗拉鋼絲繩(6)，抗拉鋼絲繩(6)穿過炮管與絞盤裝置相連接，抗沖擊鋼棒(2)通過高承壓彈簧(3)和抗拉鋼絲繩(6)在不銹鋼套管(I)內(nèi)前后伸縮； 所述絞盤裝置包括絞盤機(jī)架(10)，絞盤機(jī)架(10)頂部設(shè)有絞盤把手(11)，絞盤機(jī)架(10)上設(shè)有絞盤機(jī)(4)，絞盤機(jī)(4)包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與抗拉鋼絲繩(6)相連接的絞車卷筒，絞盤機(jī)(4)上設(shè)有安全制動鎖(5)，絞盤機(jī)(4)包括一大一小兩個(gè)齒輪相互咬合的絞盤齒輪(9)，兩個(gè)絞盤齒輪(9)上設(shè)有絞盤保護(hù)罩(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高蓄能定位定向主動激勵震源炮，其特征在于:所述的絞盤機(jī)(4)為手搖絞盤機(jī)或電動絞盤機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高蓄能定位定向主動激勵震源炮，其特征在于:所述的抗沖擊鋼棒(2)為高強(qiáng)度440C不銹鋼，安全制動鎖(5)為正反轉(zhuǎn)合金鋼剎車叉頭。4.一種使用權(quán)利要求1所述裝置的高蓄能定位定向主動激勵震源炮使用方法，其特征在于步驟如下: 將滑移支固架的三條滑移支固架腿(12)固定在礦井地震勘探的待激震區(qū)域處，調(diào)節(jié)滑移支固架的套管固定夾托(13)，將炮管的不銹鋼套管(I)與套管固定夾托(13)完全夾合固定，根據(jù)測試需要使炮體與待激震區(qū)域地面形成-90°?+90°范圍內(nèi)的可調(diào)角度； 旋轉(zhuǎn)絞盤機(jī)(4)，絞盤機(jī)(4)內(nèi)絞盤齒輪(9)轉(zhuǎn)動，絞盤齒輪(9)轉(zhuǎn)軸上的絞車卷筒旋轉(zhuǎn)并向抗拉鋼絲繩(6)產(chǎn)生拉力，抗拉鋼絲繩(6)帶動連接的抗沖擊鋼棒(2)在不銹鋼套管(I)內(nèi)收縮，并迫使高承壓彈簧(3)蓄力收縮； 旋轉(zhuǎn)絞盤機(jī)(4)時(shí)，通過安全制動鎖(5)使絞盤機(jī)(4)的絞盤齒輪(9)保持在自鎖狀態(tài)，當(dāng)高承壓彈簧(3)蓄力收縮至需要位置后，將不銹鋼套管(I)的管口對準(zhǔn)并接觸待激震區(qū)域處的目標(biāo)物，開啟安全制動鎖(5)的鎖定，高承壓彈簧(3)在無約束狀態(tài)下即推動抗沖擊鋼棒(2)在不銹鋼套管(I)內(nèi)快速滑移，抗沖擊鋼棒(2)在高承壓彈簧(3)的作用下撞擊目標(biāo)物體，從而在目標(biāo)物體內(nèi)部產(chǎn)生高能透射震動波。
【文檔編號】G01V1/143GK105891876SQ201610222504
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】張明偉, 劉盛東, 劉樹才, 陳彥龍, 孟慶彬
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)