CN104155684A - 井下煤层工作面冲击危险区域震动波ct探测用自补偿式可控震源和震源产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源和震源产生方法，它通过在井下煤层工作面巷道侧帮施工一排钻孔。在每个钻孔内安装可控震源。液压式孔内张紧机构的震源通过注油膨胀锁紧在钻孔中。气动式孔内张紧机构的震源，需要利用水力割缝刀具割缝，通过气缸带动爪板张开，顶紧在水力割缝出的壁面来锁紧震源。通过调节冲击锤的气源参数和电磁参数，可调节震源产生的震动波能量、频率大小。当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大到套筒上两个切槽的距离时，通过气缸带动冲击锤自动进给补偿，使冲击锤的锤头与冲击活塞重新保持起始间距。本发明能使震源长期稳定、重复地输出冲击力，且可实现震源的回收。

Description

井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源和震源产生方法

技术领域

本发明涉及一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测技术，具体地说是一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源和震源产生方法。

背景技术

随着我国矿井开采进入深部，冲击矿压灾害对矿井安全生产影响日益深重。震动波CT是工程物探的一种新的勘探方法，也称震动波层析成像方法，通过震动波射线穿透地质体的走时和波动能量变化的观测，计算机处理反演获得地质体内部震动波速或震动波衰减系数分布图像，根据该图像信息与地质体应力及结构特征的对应关系，重现地质体内部的结构图像。

近年来，该技术在煤矿领域的应用日益广泛，通过在煤层回采工作面的回风巷（运输巷）内阵列布置一定数量的震源，另一侧运输巷（回风巷）阵列布置一定数量的检波器，直观反映工作面震动波波速高或者异常的区域。应用表明，震动波CT能够探测冲击矿压危险区域，揭示工作面应力的变化、转移情况，可为冲击矿压动力灾害预测预报、防冲措施效果检验及安全措施制定等提供重要参考依据。

目前，基于震动波CT的井下煤层工作面冲击危险区域探测技术，震源的产生需要在巷道侧帮钻孔，然后在钻孔内布设炸药卷，通过引爆炸药来产生人工震动波震源。这种方式安全隐患多，效率低，需要耗费大量的人力物力；同时爆破力难以准确控制和重复产生，测试参数容易出现偏差影响准确度，出现盲炮往往会导致测试工作必须重新开始，工程量大。这些因素导致基于震动波CT的工作面冲击危险性探测一般只在工作面回采前进行预评价，但随着工作面的回采，工作面应力不断发生变化和转移，仅仅在回采前进行预评价，远远不能满足冲击矿压动力灾害动态、及时预测预报的需求，不能实现动力灾害预测预报的自动化和常态化。这些因素还使震动波CT探测技术难以有效、及时地检验防冲措施效果，难以发挥该技术指导安全措施制定的能力。

解决上述技术局限性的关键是研制出一种能够在井下煤层工作面巷道内沿煤层倾向以任意角度钻孔布置；能够锁紧在钻孔内，长期稳定、重复地输出冲击力的可控震源系统。且震源产生的震动波能量、频率大小均可调节，同时震源体积小、安全可靠、操作简单、成本低廉，自动化程度高。

在以往的工程物探、石油勘探、煤层勘探、地质调查、地震结构调查等浅地层的地球物理勘探中，使用的可控震源车、气枪震源和电火花震源等，大多只能在地表和海洋中使用。而在一些石油和地质勘探使用的井间地震技术中，震源体积庞大，结构复杂，成本高，且大多在竖井中使用，产生的是水平径向力。这些在石油和地质勘探中使用的震源，因其应用领域的不同有其独特的结构和使用方法，不能适用于井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测技术当中，因此迫切需要研制适用于该技术的可控震源系统，以实现冲击危险预测预报的自动化和常态化，最大化发挥井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测技术的潜能，提高预测预报工作效率，及时检验防冲措施效果并指导安全措施制定。

发明内容

本发明的目的是针对现有井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测技术中，使用炸药震源安全隐患多、效率低、工程量大，难以满足冲击矿压动力灾害动态、及时预测预报的需求，难以实现动力灾害预测预报的自动化和常态化，难以有效、及时地检验防冲措施效果，难以发挥该技术指导安全措施制定的能力等问题，而提供一种体积小、安全可靠、操作简单、成本低廉，自动化程度高，能够在井下煤层工作面巷道内沿煤层倾向以任意角度钻孔布置；能够锁紧在钻孔内，长期稳定、重复地输出冲击力的井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源和震源产生方法。

本发明的技术方案之一是：

一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源，其特征是它包括：

一孔内张紧机构，该孔内张紧机构用于将可控震源固定在巷道中所钻的震源孔中，防止可控震源因冲击反作用而滑出震源孔外；

一自补偿冲击机构，该自补偿冲击机构中的冲击锤能锤击活塞对震源孔底部产生供检测用的震动；自补偿机构能自动将冲击锤移动到新的工作位置，以便为再次锤击活塞提供所需的运动距离；

一套筒1，该套筒1用于将孔内张紧机构和自补偿冲击机构连接成一体并为孔内张紧机构和自补偿冲击机构的动力源提供安装空间。

所述的孔内张紧机构为气动式或液压式。

所述的气动式孔内张紧机构包括尾端盖2、滑槽板3、垫板4、爪板5、连杆6、滑块7、连接件8、第一伸出杆9、前端盖10、第一T形块11、第一爪勾12、第一弹簧13、第一顶出连接件14、第一顶出件15、第一拉杆16、第一气缸连接件17、第一气缸法兰18、第一气缸19，所述前端盖10固定安装在套筒1的尾端上，垫板4固定在尾端盖2与前端盖10之间，滑槽板3固定在垫板4上，爪板5的一端铰装在滑槽板3的一端并能收纳在该滑槽板3的滑槽中，滑块7也安装在滑槽板3的滑槽中，滑块7的一端与连杆6的一端相铰接，连杆6的另一端与爪板5相铰接交能收纳在爪板5的凹槽中，滑块7的另一端通过连接件8与第一伸出杆9的一端相连，第一伸出杆9的另一端穿过前端盖10分别与位于套筒1中的对应的第一T形块11相连，在两块第一T形块11中间安装有两个第一爪勾12，两个第一爪勾12匀铰装第一T形块11上并通过第一连接弹簧13相拉使两个爪勾始终保持外张状态；在两个第一爪勾12之间安装有用于使两个爪勾呈收紧状态从而脱离套筒1内壁上设置的齿槽限制的第一顶出件15，第一顶出件15与第一顶出连接件14相连，第一顶出连接件14与穿过第一T形块11的第一拉杆16的一端相连，第一拉杆16的另一端与第一气缸连接件17相连，第一气缸连接件17与固定在套筒1中的作为孔内张紧机构动力源的第一气缸19相连，第一气缸19上安装有第一气缸法兰18。 

所述的液压式孔内张紧机构包括软钢膨胀囊39、尾端盖40、输线管41、前端盖42、固接杆43和气缸后法兰44；所述的软钢膨胀囊39的两端焊接在尾端盖40和前端盖42上，输线管41焊接在尾端盖40和前端盖42中心位置，前端盖42通过固接杆43连接气缸后法兰44，气缸后法兰44与第二气缸20相连。

所述的自补偿冲击机构包括第二气缸20、第二气缸法兰21、第二气缸连接件22、第二拉杆23、第二顶出连接件24、第二顶出件25、第二爪勾26、第二弹簧27、第二T形块28、第二伸出杆29、滑板30、冲击锤31、冲击活塞32、和密封圈38，所述滑板30的一面与冲击锤31焊接相连，滑板30的另一面连接有两个第二伸出杆29，第二伸出杆29与对应的第二T形块28相连，两个第二T形块28中间安装有两个第二爪勾26，两个第二爪勾26均铰装在第二T形块28上，两者之间通过第二弹簧27相拉从而使两个第二爪勾的勾端呈勾住套筒1内壁上的齿槽的状态，在两个第二爪勾26之间安装有一个第二顶出件25，第二顶出件25顶住第二爪勾26从而使第二爪勾26在非工作状态保持与套筒1内壁上的齿槽分离的状态；第二顶出件25与第二顶出连接件24相连，第二顶出连接件24通过穿过第二T形块28的第二拉杆23与第二气缸连接件22相连，第二气缸连接件22与固定在套筒1内的作为自补偿冲击机构动力源的第二气缸20相连，第二气缸20上安装有第二气缸法兰21；冲击活塞32与冲击锤31相连，在冲击活塞32上套装有密封圈38。

所述的冲击活塞32安装有弹出杆33、固定杆34和密封圈38，弹出杆33依次连接端塞件35、紧固件36和弹簧37。

所述的所述冲击锤31为气动式或电磁式冲击锤。

本发明技术方案之二是：

一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用震源产生方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在井下煤层工作面巷道侧帮加工一排钻孔；在每个钻孔内安装一个可控震源并通过可控震源中的孔内张紧机构将其锁定在钻孔中；

其次，向第二气缸内注入压缩空气，第二气缸伸出，通过第二拉杆和第二T形块带动第二伸出杆向外伸出；第二伸出杆通过滑板带动冲击锤移动并将活塞顶紧在钻孔底部，同时使第二爪勾在第二弹簧的作用下，勾紧在套筒上的第一个齿槽内，通过固定杆使冲击锤的锤头与冲击活塞保持起始间距；然后切断第二气缸20的供气；

第三，启动冲击锤，击打冲击活塞，冲击活塞击打钻孔底部，产生震动波；钻孔底部被压缩，冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大，冲击活塞通过密封圈的摩擦力抵紧钻孔底部；

第四，再次向第二气缸注入压缩空气，当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大到套筒上两个齿槽的距离时，第二爪勾勾紧在套筒上的第二个齿槽内，使冲击锤的锤头与冲击活塞重新保持起始间距；切断第二气缸供气；

第五，重复第三至第四步的内容，可使震源重复输出冲击力；

第六，使孔内张紧机构反向动作解除其与钻孔的定位，同时向第二气缸中注入压缩空气，第二气缸反向缩回；第二气缸通过第二拉杆带动第二顶出件，推动第二爪勾脱离套筒上的切齿槽，随后拉动第二伸出杆，使滑板和冲击锤缩回。

通过调节冲击锤的气源参数和电磁参数调节震源产生的震动波能量和频率的大小。

所述的孔内张紧机构为液压式孔内张紧机构时，通过向液压式孔内张紧机构的震源中注油，软钢膨胀囊在钻孔内涨紧，从而将可控震源锁紧在钻孔中；所述的孔内张紧机构为气动式孔内张紧机构时，应先利用水力割缝刀具在距离孔底距离等于一个套筒长度的位置处割缝，然后向气动式孔内张紧机构的第一气缸中注入压缩空气，第一气缸伸出，通过第一拉杆和第一T形块带动第一伸出杆9向外伸出，第一伸出杆通过第一连接件带动滑块在滑槽板中运动，滑块通过连杆带动爪板张开，顶紧在水力割缝中，第一爪勾在第一弹簧的作用下，勾紧在套筒上的齿槽内，切断第一气缸供气从而将气动式孔内张紧机构固定在钻孔中；当将液压油从软钢膨胀囊中抽出时，软钢膨胀囊缩小以便于将液压式孔内张紧机构从钻孔中取出，当向第一气缸19反向动作，通过第一拉杆和第一顶出连接件带动第一顶出件推动第一爪勾脱离套筒上的齿槽，随后拉动第一伸出杆，使爪板缩回，以便将气动式孔内张紧机构从钻孔中取出。

本发明的有益效果：

本发明可以实现冲击危险预测预报的自动化和常态化，最大化发挥井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测技术的潜能，提高预测预报工作效率，能够及时检验防冲措施效果并指导安全措施制定。

 

附图说明

图1是带气动式孔内张紧机构震源的三维外观图。

图2是起始状态时带气动式孔内张紧机构震源的三维剖视图。

图3是爪板张开时带气动式孔内张紧机构的震源的三维剖视图。

图4是爪板张开时带气动式孔内张紧机构的震源的二维剖视图。

图5是图1中爪勾放大的三维剖视图

图6震源在井下煤层钻孔中布置的示意图。

图7是带液压式孔内张紧机构震源的三维外观图。

图8是起始状态时带液压式孔内张紧机构震源的三维剖视图。

图9是冲击活塞顶出时带液压式孔内张紧机构震源的三维剖视图。

图10是冲击活塞顶出时带液压式孔内张紧机构震源的二维剖视图。

图中：1为套筒，2为尾端盖、3为滑槽板、4为垫板、5为爪板、6为连杆、7为滑块、8为连接件、9为第一伸出杆、10为前端盖、11为第一T形块、12为第一爪勾、13为第一弹簧、14为第一顶出连接件、15为第一顶出件、16为第一拉杆、17为第一气缸连接件、18为第一气缸法兰、19为第一气缸；20为第二气缸、21为第二气缸法兰、22为第二气缸连接件、23为第二拉杆、24为第二顶出连接件、25为第二顶出件、26为第二爪勾、27为第二弹簧、28为第二T形块、29为第二伸出杆、30为滑板、31为冲击锤、32为冲击活塞、33为弹出杆、34为固定杆、35为端塞件、36为紧固件、37为弹簧、38为密封圈，39为软钢膨胀囊、40为尾端盖、41为输线管、42为前端盖、43为固接杆、44为气缸后法兰。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1-6所示。

一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源，由孔内张紧机构和自补偿冲击机构及套筒1组成，它的外形和内部结构如图1、2所示。多个可控震源阵列布置在巷道内形成可控震源系统，如图6。孔内张紧机构可分为图1-5所示的气动式驱动结构，也可为图7-10所示的液压式驱动结构。

气动式孔内张紧机构如图1-4所示，图1-2为未使用状态的示意图，图3-4为使用状态时爪板5张开插入钻孔内的割缝中时的状态图，气动式孔内张紧机构包括尾端盖2、滑槽板3、垫板4、爪板5、连杆6、滑块7、连接件8、第一伸出杆9、前端盖10、第一T形块11、第一爪勾12、第一弹簧13、第一顶出连接件14、第一顶出件15、第一拉杆16、第一气缸连接件17、第一气缸法兰18、第一气缸19，所述前端盖10固定安装在套筒1的尾端上，垫板4固定在尾端盖2与前端盖10之间，滑槽板3固定在垫板4上，爪板5的一端铰装在滑槽板3的一端并能收纳在该滑槽板3的滑槽中，滑块7也安装在滑槽板3的滑槽中，滑块7的一端与连杆6的一端相铰接，连杆6的另一端与爪板5相铰接交能收纳在爪板5的凹槽中，滑块7的另一端通过连接件8与第一伸出杆9的一端相连，第一伸出杆9的另一端穿过前端盖10分别与位于套筒1中的对应的第一T形块11相连，在两块第一T形块11中间安装有两个第一爪勾12，两个第一爪勾12匀铰装第一T形块11上并通过第一连接弹簧13相拉使两个爪勾始终保持外张状态；在两个第一爪勾12之间安装有用于使两个爪勾呈收紧状态从而脱离套筒1内壁上设置的齿槽限制的第一顶出件15，第一顶出件15与第一顶出连接件14相连，第一顶出连接件14与穿过第一T形块11的第一拉杆16的一端相连，第一拉杆16的另一端与第一气缸连接件17相连，如图5所示，第一气缸连接件17与固定在套筒1中的作为孔内张紧机构动力源的第一气缸19相连，第一气缸19上安装有第一气缸法兰18，使用时应先在巷道钻孔内加工一个用于与爪板5相配的割缝，然后向第一气缸19中注入压缩空气，第一气缸19的气缸杆伸出，推动第一气缸连接件17移动，第一气缸连接件17推动第一拉杆16，第一拉杆16再推动第一顶出连接件14移动，第一顶出连接件14带动第一顶出件15离开两个第一爪勾12，第一爪勾12在第一弹簧13的作用下向外张开与套筒1内壁的齿槽相勾，与此同时第一气缸连接件17推动第一T形块11移动，第一T形块11再推动第一伸出杆9移动，第一伸出杆9通过连接件8推动滑块7在滑槽板3内移动，滑块7推动连杆6的一端移动，连杆6的另一端推动爪板5张开进入巷道钻孔的割缝内，由于第一爪勾12的作用爪板5在整个工作过程中保持张开状态，切断第一气缸19供气从而将气动式孔内张紧机构固定在钻孔中。当向第一气缸19中反向注入压缩空气，气缸杆反向移动，通过第一拉杆16和第一顶出连接件14带动第一顶出件15推动第一爪勾12脱离套筒1上的齿槽，随后拉动第一伸出杆9，并最终使爪板5缩回，以便将气动式孔内张紧机构从钻孔中取出。

本发明的自补偿冲击机构如图3、4、5所示，它包括第二气缸20、第二气缸法兰21、第二气缸连接件22、第二拉杆23、第二顶出连接件24、第二顶出件25、第二爪勾26、第二弹簧27、第二T形块28、第二伸出杆29、滑板30、冲击锤31、冲击活塞32和密封圈38，所述滑板30的一面与冲击锤31焊接相连，滑板30的另一面连接有两个第二伸出杆29，第二伸出杆29与对应的第二T形块28相连，两个第二T形块28中间安装有两个第二爪勾26，两个第二爪勾26均铰装在第二T形块28上，两者之间通过第二弹簧27相拉从而使两个第二爪勾的勾端呈勾住套筒1内壁上的齿槽的状态，在两个第二爪勾26之间安装有一个第二顶出件25，第二顶出件25顶住第二爪勾26从而使第二爪勾26在非工作状态保持与套筒1内壁上的齿槽分离的状态；第二顶出件25与第二顶出连接件24相连，第二顶出连接件24通过穿过第二T形块28的第二拉杆23与第二气缸连接件22相连，第二气缸连接件22与固定在套筒1内的作为自补偿冲击机构动力源的第二气缸20相连，第二气缸20上安装有第二气缸法兰21；冲击活塞32与冲击锤31相连，冲击锤31为气动式或电磁式冲击锤，在冲击活塞32上套装有密封圈38的冲击活塞32上安装有弹出杆33、固定杆34和密封圈38，弹出杆33依次连接端塞件35、紧固件36和弹簧37。本发明的第二爪勾26的张开与收紧原理与气动式孔内张紧机构中的第一爪勾12的张开与收紧原理相同，原理图均可参照图5所示。

实施例二。

如图1-6所示。

一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用震源产生方法，它包括以下步骤：

首先，在井下煤层工作面巷道侧帮施工一排钻孔，直接安装带液压式孔内张紧机构的可控震源或利用水力割缝刀具在距离孔底距离约为一个套筒长度的位置处割缝，在钻孔内安装带气动式孔内张紧机构的可控震源。

其次，向气动式孔内张紧机构的震源的注入压缩空气，第一气缸19伸出，通过第一拉杆16和第一T形块11带动第一伸出杆9向外伸出。第一伸出杆9通过连接件8带动滑块7在滑槽板3中运动，滑块7通过连杆6带动爪板5张开，顶紧在水力割缝出的壁面。第一爪勾12在第一弹簧13作用下，勾紧在套筒1上的齿槽内。切断气缸19的供气。

第三，向第二气缸20注入压缩空气，第二气缸20伸出，通过第二拉杆23和第二T形块28带动第二伸出杆29向外伸出。第二伸出杆29通过滑板30带动冲击锤31使弹出杆33压缩弹簧37。第二爪勾26在第二弹簧27的作用下，勾紧在套筒1上的第一个齿槽内，固定杆34使冲击锤31的锤头与冲击活塞32保持起始间距。切断第二气缸20供气。

第四，启动冲击锤31，击打冲击活塞32，冲击活塞32击打钻孔底部，产生震动波。钻孔底部被压缩，冲击锤31的锤头与冲击活塞32的间距增大，冲击活塞32通过密封圈38的摩擦力抵紧钻孔底部。

第五，再次向第二气缸注入压缩空气，当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大到套筒上两个齿槽的距离，切断第二气缸供气时，第二爪勾勾紧在套筒上的第二个齿槽内，使冲击锤的锤头与冲击活塞重新保持起始间距；当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距小于套筒上两个齿槽的距离，切断第二气缸供气时，弹簧37顶出弹出杆33，依次作用在冲击锤31、滑板30、第二伸出杆29、第二T形块28，使第二爪勾26重新勾紧在套筒上的第一个齿槽内。

第六，重复第四至第五步的内容，可使震源重复输出冲击力。

第七，向第一气缸19、第二气缸20注入压缩空气，使第一气缸19、第二气缸20反向缩回。第一气缸19通过第一拉杆16齿切槽，随后拉动第一伸出杆9，使爪板5缩回。第二气缸20通过第二拉杆23带动第二顶出件25，推动第二爪勾26脱离套筒1上的齿槽，随后拉动第二伸出杆29，使滑板30和冲击锤31缩回。

通过调节冲击锤31的气源参数和电磁参数，可调节震源产生的震动波能量、频率大小。

实施例三。

如图7-10所示。

一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源，它包括液压式孔内张紧机构、自补偿冲击机构。所述的液压式孔内张紧机构、自补偿冲击机构通过套筒1组合在一起，如图7-8所示。

液压式孔内张紧机构如图7-10所示，它包括软钢膨胀囊39、尾端盖40、输线管41、前端盖42、固接杆43和气缸后法兰44；所述的软钢膨胀囊39的两端焊接在尾端盖40和前端盖42上，输线管41焊接在尾端盖40和前端盖42中心位置，前端盖42通过固接杆43连接气缸后法兰44，气缸后法兰44与第二气缸20相连。通过向液压式孔内张紧机构注油，软钢膨胀囊39在钻孔内涨紧，从而将可控震源锁紧在钻孔中。当将液压油从软钢膨胀囊39中抽出时，软钢膨胀囊39缩小以便于将液压式孔内张紧机构从钻孔中取出。

自补偿冲击机构与实施例一相同，它包括第二气缸20、第二气缸法兰21、第二气缸连接件22、第二拉杆23、第二顶出连接件24、第二顶出件25、第二爪勾26、第二弹簧27、第二T形块28、第二伸出杆29、滑板30、冲击锤31、冲击活塞32和密封圈38，所述滑板30的一面与冲击锤31焊接相连，滑板30的另一面连接有两个第二伸出杆29，第二伸出杆29与对应的第二T形块28相连，两个第二T形块28中间安装有两个第二爪勾26，两个第二爪勾26均铰装在第二T形块28上，两者之间通过第二弹簧27相拉从而使两个第二爪勾的勾端呈勾住套筒1内壁上的齿槽的状态，在两个第二爪勾26之间安装有一个第二顶出件25，第二顶出件25顶住第二爪勾26从而使第二爪勾26在非工作状态保持与套筒1内壁上的齿槽分离的状态；第二顶出件25与第二顶出连接件24相连，第二顶出连接件24通过穿过第二T形块28的第二拉杆23与第二气缸连接件22相连，第二气缸连接件22与固定在套筒1内的作为自补偿冲击机构动力源的第二气缸20相连，第二气缸20上安装有第二气缸法兰21；冲击活塞32与冲击锤31相连，冲击锤31为气动式或电磁式冲击锤，在冲击活塞32上套装有密封圈38。的冲击活塞32上安装有弹出杆33、固定杆34和密封圈38，弹出杆33依次连接端塞件35、紧固件36和弹簧37，本发明的冲击锤31、冲击活塞32的连接结构与现有的冲击锤31的工作原理和结构基本相同。本发明的第二爪勾26的张开与收紧原理与气动式孔内张紧机构中的第一爪勾12的张开与收紧原理相同，原理图均可参照图5所示。

实施例四。

如图7-10所示。

一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用震源产生方法，它包括以下步骤：

首先，在井下煤层工作面巷道侧帮施工一排钻孔。在每个钻孔内安装带液压式孔内张紧机构的可控震源。

其次，向液压式孔内张紧机构的震源中注油，软钢膨胀囊39在钻孔内涨紧，将震源锁紧在钻孔中。

第三，向第二气缸20注入压缩空气，第二气缸20伸出，通过第二拉杆23和第二T形块28带动第二伸出杆29向外伸出。第二伸出杆29通过滑板30带动冲击锤31使弹出杆33压缩弹簧37。第二爪勾26在第二弹簧27的作用下，勾紧在套筒1上的第一个齿槽内，固定杆34使冲击锤31的锤头与冲击活塞32保持起始间距。切断第二气缸20供气。

第四，启动冲击锤31，击打冲击活塞32，冲击活塞32击打钻孔底部，产生震动波。钻孔底部被压缩，冲击锤31的锤头与冲击活塞32的间距增大，冲击活塞32通过密封圈38的摩擦力抵紧钻孔底部。

第五，再次向第二气缸注入压缩空气，当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大到套筒上两个齿槽的距离，切断第二气缸供气时，第二爪勾勾紧在套筒上的第二个齿槽内，使冲击锤的锤头与冲击活塞重新保持起始间距；当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距小于套筒上两个齿槽的距离，切断第二气缸供气时，弹簧37顶出弹出杆33，依次作用在冲击锤31、滑板30、第二伸出杆29、第二T形块28，使第二爪勾26重新勾紧在套筒上的第一个齿槽内。

第六，重复第四至第五步的内容，可使震源重复输出冲击力。

第七，放掉软钢膨胀囊39内的液压油，使之与钻孔内壁松开，同时向第二气缸20注入压缩空气，使第二气缸20反向缩回。第二气缸20通过第二拉杆23带动第二顶出件25，推动第二爪勾26脱离套筒1上的齿槽，随后拉动第二伸出杆29，使滑板30和冲击锤31缩回。

通过调节冲击锤31的气源参数和电磁参数，可调节震源产生的震动波能量、频率大小。

本发明工作原理是：

如图6所示，在井下煤层工作面巷道侧帮施工一排钻孔。在每个钻孔内安装可控震源。液压式孔内张紧机构的震源通过注油膨胀锁紧在钻孔中。气动式孔内张紧机构的震源，需要利用水力割缝刀具割缝，通过气缸带动爪板张开，顶紧在水力割缝出的壁面来锁紧可控震源。通过调节冲击锤的气源参数和电磁参数，可调节可控震源产生的震动波能量、频率大小。当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大到套筒1上两个切槽的距离时，通过气缸带动冲击锤自动进给补偿，使冲击锤的锤头与冲击活塞重新保持起始间距，使震源长期稳定、重复地输出冲击力。通过气缸使滑板和冲击锤缩回可以从钻孔中回收震源。

本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本发明未涉及部分如冲击锤的结构、工作原理等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源，其特征是它包括：

一孔内张紧机构，该孔内张紧机构用于将可控震源固定在巷道中所钻的震源孔中，防止可控震源因冲击反作用而滑出震源孔外；

一自补偿冲击机构，该自补偿冲击机构中的冲击锤能锤击活塞对震源孔底部产生供检测用的震动；自补偿机构能自动将冲击锤移动到新的工作位置，以便为再次锤击活塞提供所需的运动距离；

一套筒（1），该套筒（1）用于将孔内张紧机构和自补偿冲击机构连接成一体并为孔内张紧机构和自补偿冲击机构的动力源提供安装空间。

2.根据权利要求1所述的可控震源，其特征是所述的孔内张紧机构为气动式或液压式。

3.根据权利要求2所述的可控震源，其特征是所述的气动式孔内张紧机构包括尾端盖（2）、滑槽板（3）、垫板（4）、爪板（5）、连杆（6）、滑块（7）、连接件（8）、第一伸出杆（9）、前端盖（10）、第一T形块（11）、第一爪勾（12）、第一弹簧（13）、第一顶出连接件（14）、第一顶出件（15）、第一拉杆（16）、第一气缸连接件（17）、第一气缸法兰（18）、第一气缸（19），所述前端盖（10）固定安装在套筒（1）的尾端上，垫板（4）固定在尾端盖（2）与前端盖（10）之间，滑槽板（3）固定在垫板（4）上，爪板（5）的一端铰装在滑槽板（3）的一端并能收纳在该滑槽板（3）的滑槽中，滑块（7）也安装在滑槽板（3）的滑槽中，滑块（7）的一端与连杆（6）的一端相铰接，连杆（6）的另一端与爪板（5）相铰接交能收纳在爪板（5）的凹槽中，滑块（7）的另一端通过连接件（8）与第一伸出杆（9）的一端相连，第一伸出杆（9）的另一端穿过前端盖（10）分别与位于套筒（1）中的对应的第一T形块（11）相连，在两块第一T形块（11）中间安装有两个第一爪勾（12），两个第一爪勾（12）匀铰装第一T形块（11）上并通过第一连接弹簧（13）相拉使两个爪勾始终保持外张状态；在两个第一爪勾（12）之间安装有用于使两个爪勾呈收紧状态从而脱离套筒（1）内壁上设置的齿槽限制的第一顶出件（15），第一顶出件（15）与第一顶出连接件（14）相连，第一顶出连接件（14）与穿过第一T形块（11）的第一拉杆（16）的一端相连，第一拉杆（16）的另一端与第一气缸连接件（17）相连，第一气缸连接件（17）与固定在套筒（1）中的作为孔内张紧机构动力源的第一气缸（19）相连。

4.根据权利要求2所述的可控震源，其特征是所述的液压式孔内张紧机构包括软钢膨胀囊（39）、尾端盖（40）、输线管（41）、前端盖（42）、固接杆（43）和气缸后法兰（44）；所述的软钢膨胀囊（39）的两端焊接在尾端盖（40）和前端盖（42）上，输线管（41）焊接在尾端盖（40）和前端盖（42）中心位置，前端盖（42）通过固接杆（43）连接气缸后法兰（44），气缸后法兰（44）与第二气缸（20）相连。

5.根据权利要求1所述的可控震源，其特征是所述的自补偿冲击机构包括第二气缸（20）、第二气缸法兰（21）、第二气缸连接件（22）、第二拉杆（23）、第二顶出连接件（24）、第二顶出件（25）、第二爪勾（26）、第二弹簧（27）、第二T形块（28）、第二伸出杆（29）、滑板（30）、冲击锤（31）、冲击活塞（32）和密封圈（38），所述滑板（30）的一面与冲击锤（31）焊接相连，滑板（30）的另一面连接有两个第二伸出杆（29），第二伸出杆（29）与对应的第二T形块（28）相连，两个第二T形块（28）中间安装有两个第二爪勾（26），两个第二爪勾（26）均铰装在第二T形块（28）上，两者之间通过第二弹簧（27）相拉从而使两个第二爪勾的勾端呈勾住套筒（1）内壁上的齿槽的状态，在两个第二爪勾（26）之间安装有一个第二顶出件（25），第二顶出件（25）顶住第二爪勾（26）从而使第二爪勾（26）在非工作状态保持与套筒（1）内壁上的齿槽分离的状态；第二顶出件（25）与第二顶出连接件（24）相连，第二顶出连接件（24）通过穿过第二T形块（28）的第二拉杆（23）与第二气缸连接件（22）相连，第二气缸连接件（22）与固定在套筒（1）内的作为自补偿冲击机构动力源的第二气缸（20）相连；冲击活塞（32）与冲击锤（31）相连，在冲击活塞（32）上套装有密封圈（38）。

6.根据权利要求5所述的可控震源，其特征是所述的冲击活塞（32）安装有弹出杆（33）、固定杆（34）和密封圈（38），弹出杆（33）依次连接端塞件（35）、紧固件（36）和弹簧（37）。

7.根据权利要求1或5所述的可控震源，其特征是所述的所述冲击锤（31）为气动式或电磁式冲击锤。

8.一种基于权利要求1所述的可控震源的井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用震源产生方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在井下煤层工作面巷道侧帮加工一排钻孔；在每个钻孔内安装一个可控震源并通过可控震源中的孔内张紧机构将其锁定在钻孔中；

其次，向第二气缸内注入压缩空气，第二气缸伸出，通过第二拉杆和第二T形块带动第二伸出杆向外伸出；第二伸出杆通过滑板带动冲击锤移动并将活塞顶紧在钻孔底部，同时使第二爪勾在第二弹簧的作用下，勾紧在套筒上的第一个齿槽内，通过固定杆使冲击锤的锤头与冲击活塞保持起始间距；然后切断第二气缸20的供气；

第三，启动冲击锤，击打冲击活塞，冲击活塞击打钻孔底部，产生震动波；钻孔底部被压缩，冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大，冲击活塞通过密封圈的摩擦力抵紧钻孔底部；

第四，再次向第二气缸注入压缩空气，当冲击锤的锤头与冲击活塞的间距增大到套筒上两个齿槽的距离时，第二爪勾勾紧在套筒上的第二个齿槽内，使冲击锤的锤头与冲击活塞重新保持起始间距；切断第二气缸供气；

第五，重复第三至第四步的内容，可使震源重复输出冲击力；

第六，使孔内张紧机构反向动作解除其与钻孔的定位，同时向第二气缸中注入压缩空气，第二气缸反向缩回；第二气缸通过第二拉杆带动第二顶出件，推动第二爪勾脱离套筒上的切齿槽，随后拉动第二伸出杆，使滑板和冲击锤缩回。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征是通过调节冲击锤的气源参数和电磁参数调节震源产生的震动波能量和频率的大小。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征是所述的孔内张紧机构为液压式孔内张紧机构时，通过向液压式孔内张紧机构的震源中注油，软钢膨胀囊在钻孔内涨紧，从而将可控震源锁紧在钻孔中；所述的孔内张紧机构为气动式孔内张紧机构时，应先利用水力割缝刀具在距离孔底距离等于一个套筒长度的位置处割缝，然后向气动式孔内张紧机构的第一气缸中注入压缩空气，第一气缸伸出，通过第一拉杆和第一T形块带动第一伸出杆向外伸出，第一伸出杆通过第一连接件带动滑块在滑槽板中运动，滑块通过连杆带动爪板张开，顶紧在水力割缝中，第一爪勾在第一弹簧的作用下，勾紧在套筒上的齿槽内，切断第一气缸供气从而将气动式孔内张紧机构固定在钻孔中；当将液压油从软钢膨胀囊中抽出时，软钢膨胀囊缩小以便于将液压式孔内张紧机构从钻孔中取出，当向第一气缸反向动作，通过第一拉杆和第一顶出连接件带动第一顶出件推动第一爪勾脱离套筒上的齿槽，随后拉动第一伸出杆，使爪板缩回，以便将气动式孔内张紧机构从钻孔中取出。