CN112731516A - 一种无明火气动人工震源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无明火气动人工震源装置，包括：高压密封腔，其上设置有充气阀门，高压密封腔中充有高压气体；加速管，其管口端位于高压密封腔内，加速管其余管体位于地表层中；加速管的管口设置有击发阀门，击发阀门下方设置有重质量活塞，加速管上开设有多个进气口，进气口环绕重质量活塞设置，加速管通过击发阀门和重质量活塞实现与高压密封腔的隔绝密封。本发明利用高压空气推动重质量活塞加速运动，通过增加进气量、增大加速距离的方式使重质量活塞具备很大的动能。重质量活塞完全加速后冲击地底水柱，各向同性的形成并传递一个很大的冲击波，冲击波传递至地表层内，即形成了地震波，实现无明火、无污染，安全、低成本气动震源地质勘探。
Description
技术领域
本发明属于人工震源技术领域，更具体地说，本发明涉及一种无明火气动人工震源装置。
背景技术
人工震源是地质勘探的关键技术，分为炸药震源和非炸药震源。目前主流仍采用炸药震源，地质勘探中巨量的炸药使用，炸药的高度危险性给震源装置的运输、储存和管理等带来诸多困难，且震源成本高、环境危害大等。发展新型的非炸药人工震源已成为地质勘探领域的重点研究方向。人工震源的关键问题在于向地壳层内释放一个具有相当能量的冲击波，冲击波能量越高则地质勘探的深度越深、准确性越高。因此，目前的主流方式仍采用爆炸冲击波进行地质勘探，无论是炸药爆炸还是高压混合器爆炸，均是利用了爆炸是很高的能量密度是爆炸冲击波具备很高等能量。但爆炸就有明火，就有危险性，就有大量的不完全燃烧造成环境污染。因此，要实现完全无明火的气动人工震源，关键技术点在于提高冲击波的能量。
气动震源作为非炸药人工震源的新技术，更加安全低能耗的震源方式具有相当的优势。但目前气动人工震源仍然没有避开明火和爆炸先天缺陷，采用甲烷、纯氧等高压混合器充分预混后爆炸产生冲击波的方式进行地质勘探，仍具有一定的危险性和环境污染，仍不时地质勘探的最优解。
因此亟需一种能够避开明火爆炸的先天缺陷，更加安全低能耗，避免对环境产生污染且低成本的震源装置，为地质勘探提供一种更为安全可靠的震源解决方案。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无明火气动人工震源装置，包括：
高压密封腔，其上设置有充气阀门，高压密封腔中充有高压气体；
加速管，其管口端位于所述高压密封腔内，所述加速管其余管体位于地表层中；所述加速管的管口设置有击发阀门，所述击发阀门下方设置有重质量活塞，所述加速管上开设有多个进气口，所述进气口环绕重质量活塞设置，所述加速管通过击发阀门和重质量活塞实现与高压密封腔的隔绝密封；
打开击发阀门，高压密封腔内的高压气体进入到加速管内，从顶部推动重质量活塞克服摩擦力向下加速运动；重质量活塞向下运动一定距离后，被其挡住的进气口被打开，高压气体开始从进气口进入加速管内，大量的高压气体加速推动重质量活塞向下加速运动；重质量活塞加速运动至加速管底部时，重质量活塞具有最大的动能，重质量活塞与加速管末端外的地表层发生碰撞，碰撞产生的冲击波向地底深处传播，利用该冲击波对地表层进行冲击爆破后即可进行地质勘探。
优选的是，其中，所述加速管末端与地表层底部之间设置有地底水柱，所述地底水柱结构包括封闭容器，以及封闭容器内的液态水。
优选的是，其中，所述重质量活塞下端内部固定设置有电机，所述重质量活塞下端内部固定设置有电机，所述加速管的管壁上一体成型设置有两个限位块，且两个限位块在加速管内呈直线排布，所述电机的电机轴上固定安装有限位板，所述限位板的两端分别与两个限位块的上表面相抵接；
所述重质量活塞两侧设置有大小与限位块相适配的通槽。
优选的是，其中，所述重质量活塞上套设有密封圈，所述密封圈位于加速管的进气口下方。
优选的是，其中，所述加速管的外壁与高压密封腔的腔壁采用焊接的方式实现密封。
本发明至少包括以下有益效果：本发明提出的无明火气动人工震源装置利用高压空气作为动力源，驱动重质量活塞加速运动，在足够的高压空气进气量和足够的加速距离的保证下，使重质量活塞充分加速，具备足够的动力势能储备，使其与地底碰撞后，产生足够能量的冲击波，该冲击波被地表层接受并转化为地震波后，可用于地质勘探。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的无明火气动人工震源装置一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的无明火气动人工震源装置另一实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的无明火气动人工震源装置重质量活塞下方的限位板和限位块结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
如图1和图3所示：本发明的一种无明火气动人工震源装置的一种具体实施例，包括：
高压密封腔1，其上设置有充气阀门，高压密封腔1中充有高压气体2；
加速管6，其管口端位于所述高压密封腔1内，所述加速管6其余管体位于地表层8中；所述加速管6的管口设置有击发阀门3，所述击发阀门3下方设置有重质量活塞5，所述加速管6上开设有多个进气口4，所述进气口4环绕重质量活塞5设置，所述加速管6通过击发阀门3和重质量活塞5实现与高压密封腔1的隔绝密封；
所述重质量活塞5下端内部固定设置有电机9，所述加速管6的管壁上一体成型设置有两个限位块11，且两个限位块11在加速管6内呈直线排布，所述电机9的电机轴上固定安装有限位板10，所述限位板10的两端分别与两个限位块11的上表面相抵接；
所述重质量活塞5两侧设置有大小与限位块11相适配的通槽51。这种设置通过限位块11重质量活塞5进行限位，在打开电机9后，电机9驱动限位板10转动，使得限位板与限位块11脱离接触，限位块11失去了对重质量活塞的限位作用，因而重质量活塞5可以被高压气体推动向下加速运动；通槽51的设置使得重质量活塞5在加速通过限位块11时，限位块11不会阻碍重质量活塞5的运动。
在上述技术方案中，所述重质量活塞5上套设有密封圈，所述密封圈位于加速管6的进气口4下方，密封圈用于确保加速管6在击发阀门打开前的的密封性。
在上述技术方案中，所述加速管6的外壁与高压密封腔1的腔壁采用焊接的方式实现密封。
打开击发阀门3，这里打开击发阀门3的方法为遥控开启，击发阀门3打开后高压密封腔1内的高压气体进入到加速管6内，在打开击发阀门3的同时遥控开启电机9，电机9驱动限位板10转动，使限位10与限位块11脱离接触，限位块11对重质量活塞失去限位功能，进入加速管6内的高压气体从顶部推动重质量活塞5克服摩擦力向下加速运动；重质量活塞5向下运动一定距离后，被其挡住的进气口4被打开，高压气体开始从进气口4进入加速管内，大量的高压气体加速推动重质量活塞5向下加速运动；重质量活塞5加速运动至加速管6底部时，重质量活塞5具有最大的动能，重质量活塞5与加速管6末端外的地表层8发生碰撞，碰撞产生的冲击波向地底深处传播，利用该冲击波对地表层8进行冲击爆破后即可进行地质勘探。在实施碰撞前，先将整个无明火气动人工震源装置预埋在地表层中，然后再通过充气阀门向高压密封腔内充入高压气体。在预装重质量活塞5之前，保证电机9能够驱动限位板10转动，在限位板10与限位块11的接触面之间涂抹润滑剂。
实施例2：
如图2和图3所示，本发明的一种无明火气动人工震源装置的另一种具体实施例，包括：
高压密封腔1，其上设置有充气阀门，高压密封腔1中充有高压气体2；
加速管6，其管口端位于所述高压密封腔1内，所述加速管6其余管体位于地表层8中；所述加速管6的管口设置有击发阀门3，所述击发阀门3下方设置有重质量活塞5，所述加速管6上开设有多个进气口4，所述进气口4环绕重质量活塞5设置，所述加速管6通过击发阀门3和重质量活塞5实现与高压密封腔1的隔绝密封；
所述加速管6末端与地表层8底部之间设置有地底水柱7，所述地底水柱7结构包括封闭容器，以及封闭容器内的液态水。
所述重质量活塞5下端内部固定设置有电机9，所述加速管6的管壁上一体成型设置有两个限位块11，且两个限位块11在加速管6内呈直线排布，所述电机9的电机轴上固定安装有限位板10，所述限位板10的两端分别与两个限位块11的上表面相抵接；
所述重质量活塞5两侧设置有大小与限位块11相适配的通槽51。
在上述技术方案中，所述重质量活塞5上套设有密封圈，所述密封圈位于加速管6的进气口4下方。
在上述技术方案中，所述加速管6的外壁与高压密封腔1的腔壁采用焊接的方式实现密封。
打开击发阀门3，高压密封腔1内的高压气体进入到加速管6内，在打开击发阀门3的同时遥控开启电机9，电机9驱动限位板10转动，使限位10与限位块11脱离接触，限位块11对重质量活塞失去限位功能，进入加速管6内的高压气体从顶部推动重质量活塞5克服摩擦力向下加速运动；重质量活塞5向下运动一定距离后，被其挡住的进气口4被打开，高压气体开始从进气口4进入加速管内，大量的高压气体加速推动重质量活塞5向下加速运动；重质量活塞5加速运动至加速管6底部时，重质量活塞5具有最大的动能，重质量活塞5与加速管6末端外的地底水柱7发生碰撞产生冲击波，这个冲击波利用水的不可压缩特性，将与重质量活塞5碰撞后产生各向同性的冲击波传递至地表层8，地表层8接受到这个冲击波并形成地震波，碰撞产生的冲击波向地底深处传播，利用该冲击波对地表层进行冲击爆破后即可进行地质勘探。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种无明火气动人工震源装置，其特征在于，包括：
高压密封腔，其上设置有充气阀门，高压密封腔中充有高压气体；
加速管，其管口端位于所述高压密封腔内，所述加速管其余管体位于地表层中；所述加速管的管口设置有击发阀门，所述击发阀门下方设置有重质量活塞，所述加速管上开设有多个进气口，所述进气口环绕重质量活塞设置，所述加速管通过击发阀门和重质量活塞实现与高压密封腔的隔绝密封；
打开击发阀门，高压密封腔内的高压气体进入到加速管内，从顶部推动重质量活塞克服摩擦力向下加速运动；重质量活塞向下运动一定距离后，被其挡住的进气口被打开，高压气体开始从进气口进入加速管内，大量的高压气体加速推动重质量活塞向下加速运动；重质量活塞加速运动至加速管底部时，重质量活塞具有最大的动能，重质量活塞与加速管末端外的地表层发生碰撞，碰撞产生的冲击波向地底深处传播，利用该冲击波对地表层进行冲击爆破后即可进行地质勘探。
2.如权利要求1所述的无明火气动人工震源装置，其特征在于，所述加速管末端与地表层底部之间设置有地底水柱，所述地底水柱结构包括封闭容器，以及封闭容器内的液态水。
3.如权利要求1所述的无明火气动人工震源装置，其特征在于，所述重质量活塞下端内部固定设置有电机，所述加速管的管壁上一体成型设置有两个限位块，且两个限位块在加速管内呈直线排布，所述电机的电机轴上固定安装有限位板，所述限位板的两端分别与两个限位块的上表面相抵接；
所述重质量活塞两侧设置有大小与限位块相适配的通槽。
4.如权利要求1所述的无明火气动人工震源装置，其特征在于，所述重质量活塞上套设有密封圈，所述密封圈位于加速管的进气口下方。
5.如权利要求1所述的无明火气动人工震源装置，其特征在于，所述加速管的外壁与高压密封腔的腔壁采用焊接的方式实现密封。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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