CN112068190A

CN112068190A - 一种垂向延迟叠加震源

Info

Publication number: CN112068190A
Application number: CN202010980391.3A
Authority: CN
Inventors: 刘海平; 申有义; 田忠斌; 任斗金; 杨晓东; 王军; 杜琦伟
Original assignee: Shanxi Coal Geological Exploration And Painting Institute
Current assignee: Shanxi Coal Geological Exploration And Painting Institute
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2020-12-11

Abstract

本发明涉及一种垂向延迟叠加震源。该垂向延迟叠加震源具体包括：BOOM BOX、高压编码充电器、延迟器，第一药柱、第二药柱和第三药柱以及两节PVC管组成的震源药柱；PVC管和药柱之间采用螺旋接口连接；用土壤填充PVC管。本发明采用电路控制的方法实现多级炸药柱延迟引爆，延迟精度可达毫秒级。根据本发明所提供的垂向延迟叠加震源能够实现多级炸药柱依次引爆，实现地震波下传能量的增强，具有延时精度高、稳定性好、成本低、操作简单的特点。

Description

一种垂向延迟叠加震源

技术领域

本发明涉及地震勘探领域，特别是涉及一种垂向延迟叠加震源。

背景技术

在厚黄土区的地震勘探，面临着周期长、成本高、地震资料合格率低的难题。

目前，实现垂向延迟叠加震源已经有多种方案，[史克宝.地质勘探定向爆炸延迟迭加震源:CN 2314386 Y[P].1999.]主要包括：使用引爆装置金属激发元件和引爆药盒实现定向爆炸延迟迭加震源。[宋玉龙.震源延迟引爆具:CN 2690899 Y[P].2003.]使用导爆管和导爆雷管实现炸药柱的延迟引爆。[赵建平.脉冲叠加高能震源药柱:CN 204286228 U[P].2014.]使用多级V型药罩提高地震波的下传能量。但上述这些方案都存在延时精度低、制作工艺复杂的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂向延迟叠加震源，以解决现有的垂向延迟叠加震源延时精度低、制作工艺复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种垂向延迟叠加震源，包括：爆炸盒、高压编码充电器、震源药柱以及延迟器；

所述震源药柱垂直于地面，并埋设于地面炮孔底部；所述震源药柱包括自上而下设置的第一炸药柱、第二炸药柱、第三炸药柱以及两节聚氯乙烯PVC管；所述PVC管设于相邻的两个炸药柱之间，并通过螺旋接口连接相邻的两个炸药柱；

所述延迟器设于所述第三炸药柱的下端，所述延迟器分别与第一炸药柱、第二炸药柱、第三炸药柱以及高压编码充电器相连接；所述高压编码充电器设于地面，且所述高压编码充电器还与所述爆炸盒相连接；所述高压编码充电器用于根据充电信号对所述延迟器充电，还用于对所述延迟器发出弃炮信号；所述爆炸盒用于通过所述高压编码充电器向所述延迟器发送引爆信号，控制所述延迟器自上而下依次引爆所述第一炸药柱、所述第二炸药柱以及所述第三炸药柱。

可选的，所述PVC管的长度范围为1.5米至2米。

可选的，所述充电信号、所述弃炮信号以及所述引爆信号为三路不同步的并联输入信号；

所述并联输入信号通过所述高压编码充电器内部的或门电路调制为一路复合模拟输出信号。

可选的，所述延迟器具体包括：译码电路、单片机以及驱动电路；所述一路复合模拟输出信号作为输入信号输入至所述译码电路中；

所述译码电路用于将所述输入信号转化为二路晶体管-晶体管逻辑电路TTL数字信号，并将所述TTL数字信号输入所述单片机；所述TTL数字信号包括所述充电信号、所述弃炮信号以及所述引爆信号；

所述单片机用于识别所述TTL数字信号，并根据所述TTL数字信号发出充电命令、弃炮命令或引爆命令；

所述驱动电路用于根据所述充电命令、所述弃炮命令或所述引爆命令驱动所述延迟器充电、弃炮或引爆。

可选的，所述译码电路具体包括：取样电阻R1、取样电阻R2、取样电阻R3、取样电阻R4、取样电阻R5、取样电阻R6、三极管Q1以及三极管Q2；

所述输入信号经两路取样电路，得到两路取样电压值；第一路取样电路包括取样电阻R1以及取样电阻R2，第二路取样电路包括取样电阻R3以及取样电阻R4；

将所述第一路取样电路的取样电压值输入到所述三极管Q1中，在所述三极管Q1的集电极获取高电平；

将将所述第二路取样电路的取样电压值输入到所述三极管Q2中，在所述三极管Q2的集电极获取低电平；

将所述高电平和所述低电平输入到所述单片机的引脚。

可选的，所述单片机采用C语言程序，依据不同激发层的速度和药柱间隔距离，设定延迟时间。

可选的，所述驱动电路具体包括：储能电路单元、引爆电路单元以及弃炮电路单元；

所述储能电路单元用于存储所述高压编码充电器发出的电量；当充电开关闭合，310V直流电对所述储能电路单元中的储能电容充电；

所述引爆电路单元用于当所述单片机发出引爆命令，所述单片机的引脚PD0、引脚PD1以及引脚PD2输出高电平，触发三个可控硅依次导通，所述延迟器引爆所述震源药柱；

所述弃炮电路单元用于当所述单片机发出弃炮命令，所述单片机的引脚PD3输出低电平，引脚PD4输出高电平，所述充电开关断开，放电回路导通，控制所述储能电容放电。

可选的，所述爆炸盒生产脉冲4ms、振幅400V的引爆信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种垂向延迟叠加震源，延迟器和三发瞬发雷管连接，瞬发雷管塞入各个炸药柱的雷管座，各个炸药柱之间用填土的PVC管连接，并通过药柱螺旋接口旋紧，PVC管长度配合延迟器的延迟时间合理设置，一般在1.5m至2m范围内，能够精准控制三节药柱间隔3ms或4ms依次引爆，具有延时精度高、稳定性好、成本低、操作简单的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的垂向延迟叠加震源结构图；

图2为本发明所提供的译码电路图；

图3为本发明所提供的驱动电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出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。

本发明的目的是提供一种垂向延迟叠加震源，具有延时精度高、稳定性好、成本低、操作简单的特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的垂向延迟叠加震源结构图，如图1所示，一种垂向延迟叠加震源，包括：爆炸盒BOOM BOX、高压编码充电器、震源药柱以及延迟器；所述震源药柱垂直于地面，并埋设于地面炮孔底部；所述震源药柱包括自上而下设置的第一炸药柱、第二炸药柱、第三炸药柱以及两节聚氯乙烯PVC管；所述PVC管设于相邻的两个炸药柱之间，并通过螺旋接口连接相邻的两个炸药柱；所述延迟器设于所述第三炸药柱的下端，所述延迟器分别与第一炸药柱、第二炸药柱、第三炸药柱以及高压编码充电器相连接；所述高压编码充电器设于地面，且所述高压编码充电器还与所述爆炸盒相连接；所述高压编码充电器用于根据充电信号对所述延迟器充电，还用于对所述延迟器发出弃炮信号；所述爆炸盒用于通过所述高压编码充电器向所述延迟器发送引爆信号，控制所述延迟器自上而下依次引爆所述第一炸药柱、所述第二炸药柱以及所述第三炸药柱。其中，炮孔是在勘探区采用机钻或洛阳铲打孔形成的，孔径大于50cm,孔深根据该勘探区地质条件合理设置；图1中，1为炸药柱，2为炸药柱的螺旋接口，3为填土的PVC管，4为延迟器；a，b，c为三个垂向延迟叠加震源。

BOOM BOX产生振幅400V、脉冲宽度4ms的矩形脉冲，作为引爆信号。

压编码充电器通过第一按钮产生310V的充电信号、通过第二按钮产生210V弃炮信号，通过信号输入接口接收BOOM BOX产生的引爆信号。三路不同步的并联输入信号通过高压编码充电器内部的或门电路调制成一路复合模拟输出信号。

延迟器由译码电路、单片机最小系统、驱动电路三部分组成。译码电路将一路复合模拟信号转化为二路TTL数字信号输入单片机。01B、00B、11B分别表示充电、引爆、弃炮3种信号。单片机通过识别不同的输入信号，发出充电、延时引爆、弃炮命令。驱动电路是引爆雷管的电路，它由储能电路单元、引爆电路单元、弃炮电路单元组成。储能电路单元受充电命令将电能储存在高压电容中。引爆电路单元将高压电容中的电能对三发瞬发雷管释放，从而实现三发雷管从上到下依次引爆，引爆时间精度可达ms级。弃炮电路单元是遇到特殊情况，不允许引爆，将高压电容中的电能通过耗能电阻释放，防止雷管引爆。

图2为本发明所提供的译码电路图，如图2所示，延迟器内部的译码电路是由取样电阻R1、R2、R3、R4和三极管Q1和Q2组成。输入信号经两路取样电阻R1、R2和R3、R4，得到两路取样电压值，分别输入三极管Q1和Q2的基极后，在集电极分别得到不同的高电平和低电平。再输入单片机的PB0和PB1引脚，识别为充电、弃炮、引爆三种信号，从而实现对一路复合模拟输入信号的译码。

延迟器内部的单片机采用C语言程序，依据不同激发层的速度和药柱间隔距离，灵活设定延迟时间；利用循环查询算法实现对信号的输入和输出控制。第一步，循环检测信号输入引脚PB0和PB1，识别出三种输入信号；第二步，输入信号识别后，发出3种命令，控制驱动电路产生如下3种动作：

充电命令触发充电开关使高压电容充电到310V，为放炮做准备；

弃炮命令触发放电回路且同时断开充电线路，使高压电容迅速安全放电；

引爆命令触发上、中、下3发瞬发雷管间隔如3毫秒依次引爆。

图3为本发明所提供的驱动电路图，如图3所示，延迟器内部的驱动电路由储能电路单元、引爆电路单元、弃炮电路单元组成。

储能电路单元属于驱动电路的部分，受单片机PD3引脚控制，由三个二极管D1、D3、D5和三个高压电解电容C1、C2、C3组成，目的是存储高压编码充电器发出的能量，用来引爆上炮、中炮、下炮的瞬发雷管。当充电开关SW闭合，310V直流电通过导向二极管和电阻给储能电容充电，高压电给空电容充电瞬间会产生极大的浪涌电流，电阻R1能有效抑制浪涌电流，减少对单片机电路的干扰。

引爆电路单元属于驱动电路的部分，受单片机PD0、PD1、PD2引脚控制，由单向可控硅SCR1、SCR2、SCR3和高压电容C1、C2、C3组成。当单片机发出引爆命令，PD0、PD1、PD2输出高电平触发三个可控硅依次导通，从而实现雷管的延时引爆。

弃炮电路单元属于驱动电路的部分，受单片机PD4引脚控制，由三个二极管D2、D4、D6和三个高压电解电容C1、C2、C3以及耗能电阻R2、单向可控硅SCR4组成。单片机发出弃炮命令，PD3输出低电平，PD4输出高电平，充电开关断开，放电回路导通，储能电容C1、C2、C3通过电阻R2快速放电。

在实际应用中，延迟器和三发瞬发雷管连接，瞬发雷管塞入各药柱的雷管座，药柱之间用填土的PVC管连接，并通过药柱螺旋接口旋紧。PVC管长度配合延迟器的延迟时间合理设置，一般在1.5m至2m范围内。

高压编码充电器与延迟器、BOOM BOX连接，并将该新型垂向延迟叠加震源药柱送入炮孔底部，炮孔用土填埋。

启动高压编码充电器并对延迟器进行充电，待充电完成后，等待引爆信号。

BOOM BOX发送引爆信号，延迟器精准控制三节药柱自上而下依次引爆。

如果有特殊情况发生，不允许引爆，则高压编码充电器发送弃炮命令，延迟器进行自行放电，保证安全。

本发明所提供的新型垂向延迟叠加震源，可以较为精准的实现地震波在垂直方向上的叠加。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，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。

Claims

1.一种垂向延迟叠加震源，其特征在于，包括：爆炸盒、高压编码充电器、震源药柱以及延迟器；

2.根据权利要求1所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述PVC管的长度范围为1.5米至2米。

3.根据权利要求1所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述充电信号、所述弃炮信号以及所述引爆信号为三路不同步的并联输入信号；

4.根据权利要求3所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述延迟器具体包括：译码电路、单片机以及驱动电路；所述一路复合模拟输出信号作为输入信号输入至所述译码电路中；

5.根据权利要求4所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述译码电路具体包括：取样电阻R1、取样电阻R2、取样电阻R3、取样电阻R4、取样电阻R5、取样电阻R6、三极管Q1以及三极管Q2；

将所述高电平和所述低电平输入到所述单片机的引脚。

6.根据权利要求4所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述单片机采用C语言程序，依据不同激发层的速度和药柱间隔距离，设定延迟时间。

7.根据权利要求4所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述驱动电路具体包括：储能电路单元、引爆电路单元以及弃炮电路单元；

8.根据权利要求1-7任一项所述的垂向延迟叠加震源，其特征在于，所述爆炸盒生产脉冲4ms、振幅400V的引爆信号。