本發(fā)明涉及一種機械式微震源與監(jiān)測系統(tǒng)和使用方法，屬于巖體微震監(jiān)測技術(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。在巷道及硐室開挖過程中，對深部高地應力造成擾動，使其發(fā)生地應力集中和重新分布，導致原本穩(wěn)定的圍巖處于不穩(wěn)定狀態(tài)。巖體中積聚的彈性勢能在巖體發(fā)生非彈性變形(裂紋擴展，巖體滑移失穩(wěn)等)過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。彈性勢能的突然無序釋放往往會誘發(fā)斷層滑移或巖爆等災害的發(fā)生，嚴重制約了礦山的正常生產(chǎn)作業(yè)。采用微震監(jiān)測技術(shù)對巖體中發(fā)生破裂時的微震事件進行監(jiān)測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、震級大小以及能量釋放的信息。因此，在深部開采礦山構(gòu)建微震監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。

傳統(tǒng)的微震監(jiān)測過程都是以爆破做為震源進行監(jiān)測，為了分析爆破作業(yè)對礦山巷道及硐室穩(wěn)定性的影響，監(jiān)測的區(qū)域多靠近爆破地點，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)中混雜著大量的爆破事件，而目前還沒有方法可以自動準確識別爆破事件和微震事件，大多數(shù)都需要靠人們進行手工拾取，該過程不但要耗費大量的人力物力和財力，而且需要花費很長的時間。最主要的，人工拾取的精度不高，這在指導礦山生產(chǎn)的過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便，又能很好地反映微震震源的可控主動震源是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供上述的機械式可控主動震源的安裝使用方法。

為了解決上述的第一個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種機械式微震源，所述微震源包括驅(qū)動動力、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；在蓄壓腔體上設有進氣口，進氣口中設有單向閥；所述驅(qū)動動力控制蓄壓腔體中壓力的大小。

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

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

本發(fā)明一種機械式微震源，所述電子開關(guān)(1)為一個。

本發(fā)明一種機械式微震源，多組驅(qū)動動力與同一個電子開關(guān)(1)電連接，組網(wǎng)實現(xiàn)多震源同時觸發(fā)。

本發(fā)明一種機械式微震源，在氣缸(9)上設有2-5個吸氣閥(10)。

本發(fā)明一種機械式微震源，全啟式彈簧安全閥(11)的公稱壓力根據(jù)微震監(jiān)測實驗設計的震動能量大小確定。

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

本發(fā)明一種包含機械式微震源的微震監(jiān)測系統(tǒng)，包括微震源，信號保真盒(5)、微震信號監(jiān)測裝置(7)、控制電腦(12)、微震傳感器(14)，其特征在于：微震源的電子開關(guān)(1)與控制電腦(12)電連接；微震信號監(jiān)測裝置(7)的一端與控制電腦(12)電連接，另一端依次與信號保真盒(5)、微震傳感器(14)電連接，所述微震傳感器(14)設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)明一種包含機械式微震源的微震監(jiān)測系統(tǒng)的使用方法，包括下述步驟：

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

第二步：根據(jù)微震監(jiān)測試驗設計要求，確定機械式微震源的數(shù)目及微震傳感器數(shù)目，安置在待測地點，并與信號保真盒和微震監(jiān)測系統(tǒng)連接，打開微震監(jiān)測系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；

第三步：根據(jù)第二步確定的機械式微震源的數(shù)目，在待測地點鉆孔，鉆孔數(shù)量與機械式微震源的數(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)電子開關(guān)(1),使電動機(2)通電開始運轉(zhuǎn)，帶動飛輪(3)、曲軸(4)、連桿(6)運動，驅(qū)動活塞(8)在氣缸(9)內(nèi)運動，使氣缸(9)內(nèi)的壓力急劇增大，當氣缸(9)內(nèi)壓力達到全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時，安全閥自動打開，高壓氣流從射能頭(13)噴出，對測點產(chǎn)生沖擊，形成一個可控主動震源；

第四步：微震信號監(jiān)測裝置(7)采集信號并儲存在控制電腦(12)中；信號采集完成后，取出孔中的微震監(jiān)測系統(tǒng)，清理各個部件之間的雜物，清理完成后，將所述的機械式可控主動震源以及其他所有試驗儀器帶回。

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

本發(fā)明的工作原理簡述于下：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。所述的電子開關(guān)(1)和控制電腦(12)連接，當通過所述的控制電腦觸發(fā)所述的電子開關(guān)之后，接通所述的電動機(2)使其通電，帶動所述的飛輪(3)旋轉(zhuǎn)，進而通過所述的曲軸(4)和連桿(6)帶動所述的活塞(8)進行運動。所述的飛輪(3)旋轉(zhuǎn)一周之后，所述的電子開關(guān)斷開，使系統(tǒng)斷電停止運轉(zhuǎn)。該過程可分為兩個階段，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，此時所述的吸氣閥(10)打開，外界的空氣進入所述的氣缸(9)。當所述的活塞運動到所述氣缸的最左端時，所述的吸氣閥關(guān)閉，進入第二階段。該階段為蓄壓階段，所述的活塞(8)從所述的氣缸(9)左端向右運動，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。當所述的氣缸(9)內(nèi)壓力達到所述的全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時，安全閥打開，高壓氣流從所述的射能頭(13)噴出，對測點產(chǎn)生沖擊，形成一個可控主動震源。

本發(fā)明所述的機械式可控主動微震源，可以通過電動機(2)帶動飛輪(3)、曲軸(4)和連桿(6)，推動活塞(8)在氣缸(9)內(nèi)進行往復運動，將吸入氣缸(9)的空氣進行壓縮，使氣缸(9)內(nèi)壓強急劇增大。當氣缸(9)內(nèi)壓強增大至全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓強時，氣缸(9)內(nèi)積累的能量在瞬間沖開全啟式彈簧安全閥(11)，通過射能頭(13)釋放，對待測區(qū)域產(chǎn)生沖擊，形成可控主動震源。

采用上述技術(shù)方案的機械式可控主動微震源及其使用方法，無需停止生產(chǎn)，不會影響正常的生產(chǎn)進程，無污染，無危險，各部件均可循環(huán)利用，組網(wǎng)可實現(xiàn)多震源同時觸發(fā)，幾乎不產(chǎn)生負面效果是一種安全、經(jīng)濟、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便，又能很好地反映微震震源的可控主動震源。

本發(fā)明的優(yōu)勢

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

1、整個吸氣和壓縮射能過程為物理過程，無火花，不產(chǎn)生有害氣體，不引起爆炸，粉塵少，無飛石，經(jīng)濟環(huán)保；

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

3、整個處理過程簡單，可實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)；

4、設備各部件的儲存、運輸、使用和回收過程均安全；

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

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

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

附圖說明

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。

具體實施方式

實施例1

一種機械式微震源，所述微震源包括驅(qū)動動力、蓄壓腔體、安全閥、射能頭；所述驅(qū)動動力包括電動機(2)、飛輪(3)、曲軸(4)；所述蓄壓腔體包括活塞(8)、氣缸(9)；所述電動機(2)與電子開關(guān)(1)電連接，通過電子開關(guān)(1)控制電動機(2)電源的通斷，電動機(2)的輸出驅(qū)動飛輪(3)，飛輪(3)與曲軸(4)的一端連接；曲軸(4)的另一端與設于活塞(8)上的連桿(6)相連，驅(qū)動活塞(8)在氣缸(9)中往復運動；在氣缸(9)上，還設有出氣口1個，進氣口2個；所述出氣口依次連接有安全閥(11)、射能頭(13)；所述2個進氣口上分別設有吸氣閥(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)通過螺紋旋合連接，連接處設有密封墊，防止漏氣，保證震源效果；與氣缸(9)進氣口連接的吸氣閥(10)通過螺紋旋合連，連接處設有密封墊。

實施例2

一種機械式微震源，與實施例1的區(qū)別在于：

一個電子開關(guān)(1)同時與3個驅(qū)動動力相連，組網(wǎng)實現(xiàn)多震源同時觸發(fā)；驅(qū)動動力與蓄壓腔體的數(shù)量一致。

實施例3

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

實施例4

一種包含機械式微震源的微震監(jiān)測系統(tǒng)，與實施例3的區(qū)別在于：

一個電子開關(guān)(1)一端與控制電腦(12)電連接，另一端同時與5個驅(qū)動動力相連，組網(wǎng)實現(xiàn)多震源同時觸發(fā)；驅(qū)動動力與蓄壓腔體的數(shù)量一致；微震傳感器(14)與射能頭的距離在1-250米。

實施例5

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

第一步：連接好微震監(jiān)測系統(tǒng)；

第二步：根據(jù)微震監(jiān)測試驗設計要求，確定機械式微震源的數(shù)目及微震傳感器數(shù)目均為3個，安置在待測地點，并與信號保真盒和微震監(jiān)測系統(tǒng)連接，打開微震監(jiān)測系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；

第三步：在待測地點鉆3個孔，清孔后，將第一步得到的微震監(jiān)測系統(tǒng)控制電腦(12)安置在地面，其余部分分別裝入3個孔中；

第三步：操作控制電腦(12)，觸發(fā)電子開關(guān)(1),分別使3個電動機(2)通電開始運轉(zhuǎn)，帶動飛輪(3)、曲軸(4)、連桿(6)運動，驅(qū)動活塞(8)在氣缸(9)內(nèi)運動，使氣缸(9)內(nèi)的壓力急劇增大，當氣缸(9)內(nèi)壓力達到全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時，安全閥自動打開，高壓氣流從射能頭(13)噴出，對測點產(chǎn)生沖擊，形成3個可控主動震源；

第四步：微震信號監(jiān)測裝置(7)采集信號并儲存在控制電腦(12)中；信號采集完成后，取出孔中的微震監(jiān)測系統(tǒng)，清理各個部件之間的雜物，清理完成后，將所述的機械式可控主動微震源以及其他所有試驗儀器帶回。