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。