CN110794449A - 可控震源装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控震源装置及其安装方法，属于地质勘探技术领域。本发明可控震源装置，包括外壳、中空膨胀螺栓和膨胀管，外壳内部装有GMM棒，GMM棒外部缠绕有能产生电流变化导致GMM棒长度发生伸缩的驱动线圈，外壳内的中空部分充满润滑油，GMM棒与油堵之间有预应力弹簧和应力传感器，延伸管内安装有受力棒，受力棒的一端顶在GMM棒上，另一端从延伸管伸出。所述中空膨胀螺栓和膨胀管配合用于将膨胀管紧密嵌装在岩体的开孔中。本发明可控震源装置由超磁致伸缩材料提供震动出力，结构紧凑小巧、安全可靠、便于控制，具有出力大、能量密度高、机电耦合系数大等有益效果。

Description

可控震源装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种矿井下主动式地震成像中使用的可控震源，属于地质勘探技术领域。

背景技术

目前，地震成像是地质勘探的一种重要手段，地震成像通过分析采集到的人工或天然地震激发的地震波推断目标区域的地质结构、岩层物性、应力分布等参数，是获取煤矿井下地质结构及应力分布的有效手段，是井下灾害预测、预报的支撑技术。但是，在某些高瓦斯或对安全性要求较高的场合，现有技术中常规的炸药、电火花等震源无法使用，而如果采用锤击等方式则由于能量过小无法满足地震成像的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种可控震源装置及其安装方法，本可控震源装置由超磁致伸缩材料（英文简称GMM，即Giant MagnetostrictiveMaterial）提供震动出力，具有出力大、能量密度高、机电耦合系数大等优势，本装置体积小巧，结构简单，可有效解决现有技术中的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种可控震源装置，包括外壳、中空膨胀螺栓和膨胀管，所述外壳内部有内支架，内支架上装有GMM棒，GMM棒外部缠绕有能产生电流变化导致GMM棒长度发生伸缩的驱动线圈，驱动线圈引出线从外壳穿出连接控制器，外壳内的中空部分充满润滑油，外壳的一端设有开口，该开口通过油堵封闭，外壳的另一端设有延伸管，所述GMM棒与所述油堵之间有预应力弹簧，预应力弹簧与所述油堵之间装有应力传感器，应力传感器的应力传感器信号线从外壳穿出连接控制器，所述延伸管的外端装有端盖，所述延伸管内安装有受力棒，受力棒的一端顶在所述GMM棒上，受力棒的另一端从延伸管的端盖伸出并能在使用时顶在岩体上，受力棒与所述延伸管滑动间隙配合，所述外壳与油堵之间、外壳与驱动线圈引出线之间、外壳与应力传感器信号线之间、外壳与受力棒之间均做密封处理。

所述中空膨胀螺栓和膨胀管配合用于将膨胀管紧密嵌装在岩体的开孔中，使用时所述中空膨胀螺栓置于膨胀管内，中空膨胀螺栓与膨胀管螺纹连接，中空膨胀螺栓的内部中间有内螺纹孔，所述延伸管的外壁有与中空膨胀螺栓内螺纹孔配合的外螺纹。

所述外壳上对应所述GMM棒的位置设有窥视口油堵，窥视口油堵的中间部分采用透明材质，所述驱动线圈引出线从所述窥视口油堵的出线孔穿出。

所述窥视口油堵上还设有使外壳的内外部气体流通的呼吸器。

所述外壳上还设有出线口油堵，所述应力传感器信号线从出线口油堵穿出。

所述延伸管的外端与受力棒之间装有油封，所述端盖通过若干螺钉安装在延伸管上并将油封固定。

所述中空膨胀螺栓的外端设有若干用于连接旋合工具的螺纹孔。

一种如所述的可控震源装置的安装方法，

步骤一、在岩体中开有安装孔，安装孔的孔径大于膨胀管外径但不能超过膨胀管的膨胀极限；

步骤二、在岩体的安装孔中插入膨胀管；

步骤三、在膨胀管中旋入中空膨胀螺栓使膨胀管与岩体紧密贴合为震源提供反作用力；

步骤四、在中空膨胀螺栓中旋入外壳的延伸管，使得受力棒的一端顶在GMM棒上，受力棒的另一端从延伸管的端盖伸出并顶在岩体上；

步骤五、旋紧延伸管，直至应力传感器输出值达到GMM棒所要求的初始预紧力；通过控制驱动线圈中电流变化使得GMM棒产生伸缩，GMM棒伸缩时带动受力棒伸缩从而在岩体中产生震动波，GMM棒工作时产生反作用力通过预应力弹簧、应力传感器作用于外壳上，此反作用力最终由膨胀管和岩体间的摩擦力及压力抵消。

本发明的有益效果是：本发明可控震源装置由超磁致伸缩材料（英文简称GMM）提供震动出力，结构紧凑小巧、安全可靠、便于控制，具有出力大、能量密度高、机电耦合系数大等有益效果，可有效解决现有技术中的问题，能够替代常规的炸药、电火花等震源用在某些高瓦斯或对安全性要求较高的场合，且能量能够满足地震成像的需求。

本发明安装方法简单、安全、高效，能有效形成安全可控的震源装置，满足地质勘探中的地震成像需要。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明剖面图；

图2是本发明立体图。

图中，1-油堵； 2-外壳； 2-1-内支架；2-2-延伸管；3-出线口油堵； 4-窥视口油堵； 5-呼吸器； 6-GMM棒； 7-中空膨胀螺栓；7-1-螺纹孔；8-膨胀管； 9-油封； 10-端盖；11-螺钉； 12-受力棒； 13-预应力弹簧； 14-应力传感器； A-应力传感器信号线； B-驱动线圈；B1-驱动线圈引出线； C-岩体；D-安装孔。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于本领域技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

如图1、图2所示的一种可控震源装置，包括外壳2、中空膨胀螺栓7和膨胀管8，所述外壳2内部有内支架2-1，内支架2-1上装有GMM棒6，GMM棒6外部缠绕有能产生电流变化导致GMM棒长度发生伸缩的驱动线圈B，驱动线圈引出线B1从外壳2穿出连接控制器，外壳2内的中空部分充满润滑油，外壳2的一端设有开口，该开口通过油堵1封闭，外壳2的另一端设有延伸管2-2，所述GMM棒6与所述油堵1之间有预应力弹簧13，预应力弹簧13与所述油堵1之间装有应力传感器14，应力传感器14的应力传感器信号线A从外壳2穿出连接控制器，所述延伸管2-2的外端装有端盖10，所述延伸管2-2内安装有受力棒12，受力棒12的一端顶在所述GMM棒6上，受力棒12的另一端从延伸管2-2的端盖10伸出并能在使用时顶在岩体C上，受力棒12与所述延伸管2-2滑动间隙配合，所述外壳2与油堵1之间、外壳2与驱动线圈引出线B1之间、外壳2与应力传感器信号线A之间、外壳2与受力棒12之间均做密封处理；

所述中空膨胀螺栓7和膨胀管8配合用于将膨胀管8紧密嵌装在岩体C的开孔中，使用时所述中空膨胀螺栓7置于膨胀管8内，中空膨胀螺栓7与膨胀管8螺纹连接，中空膨胀螺栓7的内部中间有内螺纹孔，所述延伸管2-2的外壁有与中空膨胀螺栓7内螺纹孔配合的外螺纹。

所述外壳2上对应所述GMM棒6的位置设有窥视口油堵4，窥视口油堵4的中间部分采用透明材质，所述驱动线圈引出线B1从所述窥视口油堵4的出线孔穿出。

所述窥视口油堵4上还设有使外壳2的内外部气体流通的呼吸器5。

所述外壳2上还设有出线口油堵3，所述应力传感器信号线A从出线口油堵3穿出。

所述延伸管2-2的外端与受力棒12之间装有油封9，所述端盖10通过若干螺钉11安装在延伸管2-2上并将油封9固定。

所述中空膨胀螺栓7的外端设有若干用于连接旋合工具的螺纹孔7-1，螺纹孔7-1可连接杠杆或手轮以使7与8旋合。

一种如所述的可控震源装置的安装方法，

步骤一、在岩体C中开有安装孔D，安装孔D的孔径大于膨胀管8外径但不能超过膨胀管8的膨胀极限；

步骤二、在岩体C的安装孔D中插入膨胀管8；

步骤三、在膨胀管8中旋入中空膨胀螺栓7使膨胀管8与岩体C紧密贴合为震源提供反作用力；

步骤四、在中空膨胀螺栓7中旋入外壳2的延伸管2-2，使得受力棒12的一端顶在GMM棒6上，受力棒12的另一端从延伸管2-2的端盖10伸出并顶在岩体C上；

步骤五、旋紧延伸管2-2，直至应力传感器14输出值达到GMM棒6所要求的初始预紧力；通过控制驱动线圈B中电流变化使得GMM棒6产生伸缩，GMM棒6伸缩时带动受力棒12伸缩从而在岩体C中产生震动波，GMM棒6工作时产生反作用力通过预应力弹簧13、应力传感器14作用于外壳2上，由于外壳2、中空膨胀螺栓7、膨胀管8和岩体C紧密旋合，此反作用力最终由膨胀管8和岩体C间的摩擦力及压力抵消。

本发明工作原理为，参考图1和图2，GMM棒6置于外壳2的内支架2-1上，GMM棒6上缠绕线圈，线圈中电流变化将导致GMM棒6发生伸缩。如图1所示，GMM棒6左侧与受力棒12接触，右侧与弹簧13接触，弹簧13产生初始预紧力，受力棒12左侧与岩体C接触，当GMM棒6伸缩时将带动受力棒12伸缩从而在岩体C中产生震动波。

窥视口油堵4中间部分可嵌入透明玻璃，便于观察仪器内部工作状况，窥视口油堵4上开有出线孔，便于GMM棒6驱动线圈的正、负铜线穿出，铜线穿出后，可做成接插件形式便于与控制柜连接。

所述外壳2内是密闭空间，如外壳2与油封9、油堵1、出线口油堵3、窥视孔油堵4组成密闭空间，因受力棒12与外壳2间隙配合，故空间内的油液不仅有对GMM棒6上线圈散热功能，还有对受力棒12在密闭腔中的润滑作用。出线口油堵3与外壳2，窥视口油堵4与外壳2，油堵1与外壳2均为螺纹连接并做密封处理，出线孔均做密封处理，防止渗油。

为保证装置使用寿命，实施例中的油堵1、外壳2、出线口油堵3、窥视孔油堵4、中空膨胀螺栓7、膨胀管8、受力棒12所用材料可选用316不锈钢，为保证散热及提供润滑，外壳2包括延伸管2-2的中空部分填充液态润滑油。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可控震源装置，其特征在于：包括外壳（2）、中空膨胀螺栓（7）和膨胀管（8），所述外壳（2）内部有内支架（2-1），内支架（2-1）上装有GMM棒（6），GMM棒（6）外部缠绕有能产生电流变化导致GMM棒长度发生伸缩的驱动线圈（B），驱动线圈引出线（B1）从外壳（2）穿出连接控制器，外壳（2）内的中空部分充满润滑油，外壳（2）的一端设有开口，该开口通过油堵（1）封闭，外壳（2）的另一端设有延伸管（2-2），所述GMM棒（6）与所述油堵（1）之间有预应力弹簧（13），预应力弹簧（13）与所述油堵（1）之间装有应力传感器（14），应力传感器（14）的应力传感器信号线（A）从外壳（2）穿出连接控制器，所述延伸管（2-2）的外端装有端盖（10），所述延伸管（2-2）内安装有受力棒（12），受力棒（12）的一端顶在所述GMM棒（6）上，受力棒（12）的另一端从延伸管（2-2）的端盖（10）伸出并能在使用时顶在岩体（C）上，受力棒（12）与所述延伸管（2-2）滑动间隙配合，所述外壳（2）与油堵（1）之间、外壳（2）与驱动线圈引出线（B1）之间、外壳（2）与应力传感器信号线（A）之间、外壳（2）与受力棒（12）之间均做密封处理；

所述中空膨胀螺栓（7）和膨胀管（8）配合用于将膨胀管（8）紧密嵌装在岩体（C）的开孔中，使用时所述中空膨胀螺栓（7）置于膨胀管（8）内，中空膨胀螺栓（7）与膨胀管（8）螺纹连接，中空膨胀螺栓（7）的内部中间有内螺纹孔，所述延伸管（2-2）的外壁有与中空膨胀螺栓（7）内螺纹孔配合的外螺纹。

2.根据权利要求1所述的可控震源装置，其特征在于：所述外壳（2）上对应所述GMM棒（6）的位置设有窥视口油堵（4），窥视口油堵（4）的中间部分采用透明材质，所述驱动线圈引出线（B1）从所述窥视口油堵（4）的出线孔穿出。

3.根据权利要求2所述的可控震源装置，其特征在于：所述窥视口油堵（4）上还设有使外壳（2）的内外部气体流通的呼吸器（5）。

4.根据权利要求1或2所述的可控震源装置，其特征在于：所述外壳（2）上还设有出线口油堵（3），所述应力传感器信号线（A）从出线口油堵（3）穿出。

5.根据权利要求1所述的可控震源装置，其特征在于：所述延伸管（2-2）的外端与受力棒（12）之间装有油封（9），所述端盖（10）通过若干螺钉（11）安装在延伸管（2-2）上并将油封（9）固定。

6.根据权利要求1所述的可控震源装置，其特征在于：所述中空膨胀螺栓（7）的外端设有若干用于连接旋合工具的螺纹孔（7-1）。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的可控震源装置的安装方法，其特征在于：

步骤一、在岩体（C）中开有安装孔（D），安装孔（D）的孔径大于膨胀管（8）外径但不能超过膨胀管（8）的膨胀极限；

步骤二、在岩体（C）的安装孔（D）中插入膨胀管（8）；

步骤三、在膨胀管（8）中旋入中空膨胀螺栓（7）使膨胀管（8）与岩体（C）紧密贴合为震源提供反作用力；

步骤四、在中空膨胀螺栓（7）中旋入外壳（2）的延伸管（2-2），使得受力棒（12）的一端顶在GMM棒（6）上，受力棒（12）的另一端从延伸管（2-2）的端盖（10）伸出并顶在岩体（C）上；

步骤五、旋紧延伸管（2-2），直至应力传感器（14）输出值达到GMM棒（6）所要求的初始预紧力；通过控制驱动线圈（B）中电流变化使得GMM棒（6）产生伸缩，GMM棒（6）伸缩时带动受力棒（12）伸缩从而在岩体（C）中产生震动波，GMM棒（6）工作时产生反作用力通过预应力弹簧（13）、应力传感器（14）作用于外壳（2）上，此反作用力最终由膨胀管（8）和岩体（C）间的摩擦力及压力抵消。

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