CN117631015A - 一种用于钻孔长期监测的可控震源及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿开采技术领域，公开一种用于钻孔长期监测的可控震源及操作方法，包括外壳，外壳中部开设有排气孔，外壳的一端设置有进气机构，外壳的另一端设置有封堵机构；定套，设置在外壳内，定套一端与进气机构相抵、且另一端抵接设置有密封机构，密封机构与排气孔连通设置，且密封机构与封堵机构相抵；放气活塞，与密封机构滑动接触，放气活塞的大端外圆与进气机构内壁滑动接触、且与封堵机构之间形成右腔室；放气活塞的小端外圆与活塞体连接，且活塞体与封堵机构之间形成左腔室，左腔室通过密封机构与排气孔连通设置。本发明可实现提高不同工况的适应性，同时提高安全性能。

Description

一种用于钻孔长期监测的可控震源及操作方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种用于钻孔长期监测的可控震源及操作方法。

背景技术

近年来，随着煤矿开采深度的增大和开采装备的高度现代化，煤炭资源开发将面临一系列在浅部开采所未遇到的问题和困难，同时，对引发煤矿动力灾害因素的探测和预警提出了新的、更高的要求。随着开采深度和强度的增加，发生动力灾害的矿井数量、事故频度和破坏强度也随之增加，其中突水，煤与瓦斯突出和冲击地压是最主要的煤矿动力灾害，具有突然、急剧、猛烈等特点，危害程度大，影响面广，且容易诱发其他重大事故的特征。煤矿动力灾害是一种非线性复杂问题，涉及地质赋存条件致灾作用机制、煤岩体变形破坏规律和工程动力响应特征、采动应力分布等问题，灾害风险识别及监控预警技术仍滞后于当前深部开采条件下安全、高效、绿色开采对动力灾害预警的需求。因此，目前的煤矿动力灾害因素的探测和预警技术还不够成熟、完善，探测精度和预警技术还不能够完全满足煤矿安全高效生产的需求，是一种被动的监测手段，并不能真正起到预警的目的

煤矿山深部动力灾害的预警是国际性难题，吸引了很多学者的关注和研究，尝试了从探测到监测的各种手段，如三维地震勘探，微震监测、声发射监测、电磁辐射监测技术，但效果都不能满足安全生产的要求，特别在预报的时间上不能满足实际需要。在众多的监测系统中，地震波监测系统具有抗干扰能力强和连续监测的功能，在国内外广泛使用。基于地震波的三维成像技术通过岩体特征的地震波三维成像，显示岩体的力学，孔隙，孔隙介质的特征，监测矿山动力灾害孕育过程。为矿山的安全生产提供可靠保障。

可控监测用震源是关键组成部分，但目前的震源都不能满足煤矿的三维成像技术应用的要求：

1)锤击法

最基本的震源是大锤。地震能量是通过直接撞击地面产生的，或者更常见的是通过撞击地面上的金属或聚乙烯板产生的。通常应用于地表附近的地震波折射勘测。当大锤接触地表时，它会向界面深度提供足够的地震能量，深度可达30m或更深，具体取决于地质条件和物理特性。此法简单易行，但不能用于连续监测，并且每次锤击产生的信号缺乏一致性，不能保证三维成像的质量。

2)炸药爆炸法

最广泛用作震源的炸药被称为明胶炸药。这些炸药分为三类：纯明胶，其活性成分是硝化甘油，也称为三硝酸甘油，化学式为C3H5(ONO2)3；氨明胶，其活性成分是亚硝酸氨，化学式为NH4NO3。。明胶主要成分为硝酸甘油。爆炸时，炸药迅速释放出大量膨胀气体，以地震波的形式对周围环境施加巨大压力。使用炸药作为震源的做法已经有几十年了。提供可靠性和能源效率。由于沉积物厚度高，此类来源最常用于陆地和湿地环境。现场反射调查使用的典型费用范围为：单源0.25千克至100千克，多源0.25千克至250千克以上，折射调查2500千克。它可以达到更多。高效爆炸源开始限制在某些地区使用炸药，因为与其他爆炸源相比，它们成本较低，更容易在困难的地形上运输，并且不需要定期维护。炸药被放置在地下20至250英尺(6至76米)处，由专门的钻机为此目的所钻的孔中。这种类型的地震钻井通常被称为“炮眼钻井”。用于“炮眼钻孔”的常见钻机是安装在ARDCOK4X4越野车上的ARDCOC-1000钻机。这些钻机通常使用水或空气来辅助钻探。炸药法只能用于勘探的目的，有于它的破坏性，不能再同一地点重复使用，不适合在连续成像和监测项目中使用。只能用于地面的项目。

3)电火花法

等离子源(PSS)，也称为火花隙源，或简称为火花，是一种在水中产生极低频声纳脉冲的方法。每次发射时，电荷都会存储在大型高压电容器组中，并以水下电极之间的电弧形式释放。水中的火花放电会产生高压等离子体和气泡，它们会膨胀、破裂并发出巨大的声音。大多数产生的声音都在20到200Hz之间，这使得它们对于地震和声纳应用都很有用。它的优点是方便和可重复使用，但由于它的运行需产生强电火花，不能在易燃易爆炸场所使用，更不能在煤矿使用。

4)重锤法

1953年，重量落锤技术作为炸药源的替代品被引入。重击轨道(或重锤轨道)是一种车载地面冲击系统，可用于提供震源。重物由卡车后部的起重机吊起，通常掉落约3米并撞击(或“猛烈”)到地面。可以在同一位置多次放下重物以增强信号。还可以通过击中阵列中的几个附近位置来增强信号，可以选择阵列的尺寸以通过空间滤波增强地震信号。更先进的重击器使用一种称为“加速重量下降”(AWD)的技术，该技术使用高压气体(至少7MPa(1000lbf/in2))推动重锤(5,000kg(11,000lb))加速并击打。底板与地面的连接距离为2-3米(6'7"-9'10")。叠加几次重击以提高信噪比。与重力下落相比，全轮驱动可以提供更多的能量和对信号源的控制，从而实现更大的深度穿透和对信号频率内容的控制。这种撞击对环境的破坏可能比向炮眼发射炸药要小，但每隔几米就有侧脊的严重撞击地震线可能会造成长期的土壤扰动。可以引起它。重击器(后来与可控震源共享)的一个优点是它们不需要炸药和重复使用；但由于煤矿的开采空间限制，不能提供此法所需的操作空间。

5)电磁声波法

电磁声波源用于浅海地震勘探，主要用于工程勘探应用。与等电火花法一样，将能量存储在电容器中，但它不会产生火花，而是通过扁平螺旋线圈放电。当电容器放电时，与线圈相邻的铜板弯曲远离线圈。这种偏转作为地震脉冲传输到水中。最初，存储电容器安装在研究船上的钢制容器(班箱)中。使用高电压(通常为3,000V)，需要粗电缆和坚固的安全容器。最近，低压电磁声波源已经开始应用，它能实现高效的能量回收、低压电源和轻质电缆。低压系统通常更容易安装，并且安全问题也更少。它除了产生地震波的频率范围比较低，影响成像质量外，主要是需要比较大的水体才能运行，这要求在煤矿开采中很难得满足。

目前的震源的存在问题主要包括：不能适应开采的安全防爆要求，如电火花法，电磁声波法，和炸药爆炸法；不能适应煤矿空间限制，如重锤法；以及不能适应动力灾害连续监测要求，如锤击法和炸药爆炸法。钻孔长期监测可控震源克服了目前震源在煤矿开采监测的局限性，具有连续长期监测，可在同一地点重复使用，符合煤矿的安全要求，可安装在煤矿开采的任何地点，解决了煤矿动力灾害监测所需的震源问题。除了符合煤矿监测的基本要求以外，钻孔长期监测可控震源还具有频带宽，产生的地震波一致好的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于钻孔长期监测的可控震源及操作方法，以解决现有技术存在的问题，符合煤矿安全要求，提供一致性稳定的地震波震源；它可安装于煤矿开采工程的任何地方，在选定的地方使用井下钻机钻3至30米钻孔；它可长期在孔中自主运行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于钻孔长期监测的可控震源，包括：

外壳，所述外壳中部开设有排气孔，所述外壳的一端设置有进气机构，所述外壳的另一端设置有封堵机构；

定套，设置在所述外壳内，所述定套一端与所述进气机构相抵、且另一端抵接设置有密封机构，所述密封机构与所述排气孔连通设置，且所述密封机构与所述封堵机构相抵；

放气活塞，与所述密封机构滑动接触，所述放气活塞的大端外圆与所述进气机构内壁滑动接触、且与所述封堵机构之间形成右腔室；所述放气活塞的小端外圆与活塞体连接，且所述活塞体与所述封堵机构之间形成左腔室，所述左腔室通过所述密封机构与所述排气孔连通设置。

优选的，所述密封机构包括：

弹簧座，所述弹簧座的一端与所述定套相抵；

储气密封套，所述弹簧座的另一端与所述储气密封套相抵；

导向套，所述储气密封套与所述导向套相抵；

进气盖，所述进气盖的一端与所述盖板相抵，所述进气盖的另一端与所述导向套相抵。

优选的，所述储气密封套上开设有通孔，所述通孔与所述排气孔连通。

优选的，所述进气盖通过称圈与所述放气活塞滑动接触，且所述左腔室与所述右腔室通过所述放气活塞上的小孔连通设置。

优选的，所述储气密封套内壁上固接有密封圈，所述密封圈与所述活塞体相抵。

优选的，所述进气机构包括：

盖板，所述盖板与所述外壳通过螺纹连接，且所述进气盖端面相抵；

进气管，所述进气管的一端贯穿所述盖板与所述右腔室连通；

出气管，所述出气管的一端贯穿所述盖板与所述右腔室连通，所述出气管上设置有电磁阀。

优选的，所述封堵机构包括：

前盖，所述前盖与所述外壳通过螺纹连接，且与所述定套端面相抵。

一种用于钻孔长期监测的可控震源的操作方法，包括如下步骤：

S1、将可控震源安装在钻孔或井下专用蓄水池内；

S2、安装气路单元并与可控震源连通；

S3、向可控震源供气，气体由进气管进入右腔室内，直至右腔室充满高压气体，推动活塞体及放气活塞的组合体左移至另一端，实现活塞体端面与密封圈端面密封，活塞体的外圆与储气密封圈的通孔径向密封，部分高压气体由放气活塞的小孔进入左腔室，随着不断供气，左腔逐渐充满气体，等待发射指令。

S4、当需要击发时，计算机向电磁阀发出击发信号，电磁阀开启，高压气体由出气管排出，活塞体受到向右的推力，推动活塞体与放气活塞组合体同时右移，挡在储气密封套通孔处的活塞体迅速移开，高压气体瞬间在排气孔处膨胀爆炸，发出爆炸声产生脉冲形成的振源，此震动波穿透岩层被远方拾震传感器接收到。

S5、完成一次击发后，计算机发出指令关闭电磁阀，左腔室压力释放后左腔室无压，右腔室有压力，推动活塞体及放气活塞组合体左移，此时，活塞体端面与密封圈的端面再次实现轴向密封，活塞体的外圆与储气密封套的通孔实现密封，等待计算机发出下次击发命令。

优选的，所述S1包括如下步骤：

在岩壁上钻孔，并在钻孔内安装可控震源外罩；

在可控震源外罩内依次放置挡板、可控震源、阻流板和密封板；

用密封挡板抵接阻流板，并上紧螺母压实密封板，实现可控震源在钻孔内的安装。

优选的，所述S2包括如下步骤：

将空气增压泵管路通过高压胶管与可控震源的进气管相连；

将可控震源的出气管与电磁阀相连，电磁阀由计算机控制，执行计算机发出的指令；

通过排气管向可控震源外罩与可控震源间注入耦合剂；

向岩壁上钻孔与可控震源外罩之间注满耦合剂。

本发明公开了以下技术效果：可控震源是煤矿采集时监测预警系统重要组成部分。可控振源是通过将高压气体密封在一个密闭空间，高压气体由右腔室到左腔室，根据需要设置释放时间后，释放出的高压气体瞬间在排气孔膨胀爆炸，发出爆炸声产生脉冲形成的振源,爆炸的气体排入大气中。该震源发射的时间是可控的，可以根据需求来设置发生脉冲的时间，且可以无数次循环使用，实现在同一地点的长期监测，所以可控振源使用成本低；该可控震源安全，可控震源工作时是靠高压气体在出气口膨胀爆炸声产生脉冲形成的振源，不产生电火花，无高压电；可控振源是用空气作为介质不会对周围环境造成污染；震源稳定，将其深埋于地下3米左右，不会受到外界不良的声音干扰。

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为本发明中可控震源的结构示意图；

图2为本发明中可控震源外罩的结构示意图；

其中，201、盖Ⅰ；202、管Ⅰ；203、管Ⅱ；204、挡板；205、阻流板；206、进气管；207、出气管；208、密封板；209、连接法兰；210、螺母；211、排气管；212、耦合剂；301、前盖；302、定套；303、外壳；304、弹簧座；305、储气密封套；306、密封圈；307、活塞体；308、导向套；309、放气活塞；310、进气盖；311、称圈；312、盖板。

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。

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。

参照图1-图2，本发明提供一种用于钻孔长期监测的可控震源，包括：

外壳303，外壳303中部开设有排气孔，外壳303的一端设置有进气机构，外壳303的另一端设置有封堵机构；

定套302，设置在外壳303内，定套302一端与进气机构相抵、且另一端抵接设置有密封机构，密封机构与排气孔连通设置，且密封机构与封堵机构相抵；

放气活塞309，与密封机构滑动接触，放气活塞309的大端外圆与进气机构内壁滑动接触、且与封堵机构之间形成右腔室；放气活塞309的小端外圆与活塞体307连接，且活塞体307与封堵机构之间形成左腔室，左腔室通过密封机构与排气孔连通设置。

可控震源是煤矿采集时监测预警系统重要组成部分。可控振源是通过将高压气体密封在一个密闭空间，高压气体由右腔室到左腔室，根据需要设置释放时间后，释放出的高压气体瞬间在排气孔膨胀爆炸，发出爆炸声产生脉冲形成的振源,爆炸的气体排入大气中。该震源发射的时间是可控的，可以根据需求来设置发生脉冲的时间，且可以无数次循环使用，实现在同一地点的长期监测，所以可控振源使用成本低；该可控震源安全，可控震源工作时是靠高压气体在出气口膨胀爆炸声产生脉冲形成的振源，不产生电火花，无高压电；可控振源是用空气作为介质不会对周围环境造成污染；震源稳定，将其深埋于地下3米左右，不会受到外界不良的声音干扰。

进一步优化方案，密封机构包括：

弹簧座304，弹簧座304的一端与定套302相抵；

储气密封套305，弹簧座304的另一端与储气密封套305相抵；

导向套308，储气密封套305与导向套308相抵；

进气盖310，进气盖310的一端与盖板312相抵，进气盖310的另一端与导向套308相抵。

进一步优化方案，储气密封套305上开设有通孔，通孔与排气孔连通。

进一步优化方案，进气盖310通过称圈311与放气活塞309滑动接触，且左腔室与右腔室通过放气活塞309上的小孔连通设置。

进一步优化方案，储气密封套305内壁上固接有密封圈306，密封圈306与活塞体307相抵。

进一步优化方案，进气机构包括：

盖板312，盖板312与外壳303通过螺纹连接，且进气盖310端面相抵；

进气管206，进气管206的一端贯穿盖板312与右腔室连通；

出气管207，出气管207的一端贯穿盖板312与右腔室连通，出气管207上设置有电磁阀。

进一步优化方案，封堵机构包括：

前盖301，前盖301与外壳303通过螺纹连接，且与定套302端面相抵。

一种用于钻孔长期监测的可控震源的操作方法，包括如下步骤：

S1、将可控震源安装在钻孔或井下专用蓄水池内；

S2、安装气路单元并与可控震源连通；

S3、向可控震源供气，气体由进气管206进入右腔室内，直至右腔室充满高压气体，推动活塞体307及放气活塞309的组合体左移至另一端，实现活塞体307端面与密封圈306端面密封，活塞体307的外圆与储气密封圈306的通孔径向密封，部分高压气体由放气活塞309的小孔进入左腔室，随着不断供气，左腔逐渐充满气体，等待发射指令。

S4、当需要击发时，计算机向电磁阀发出击发信号，电磁阀开启，高压气体由出气管207排出，活塞体307受到向右的推力，推动活塞体307与放气活塞309组合体同时右移，挡在储气密封套305通孔处的活塞体307迅速移开，高压气体瞬间在排气孔处膨胀爆炸，发出爆炸声产生脉冲形成的振源，此震动波穿透岩层被远方拾震传感器接收到。

S5、完成一次击发后，计算机发出指令关闭电磁阀，左腔室压力释放后左腔室无压，右腔室有压力，推动活塞体307及放气活塞309组合体左移，此时，活塞体307端面与密封圈306的端面再次实现轴向密封，活塞体307的外圆与储气密封套305的通孔实现密封，等待计算机发出下次击发命令。

进一步优化方案，S1包括如下步骤：

1、首先用钻机在岩壁上钻孔，孔内安装可控震源外罩，钻孔孔径与可控震源外罩相匹配，一般较可控震源外罩大10mm左右，深度3米左右；

2、把可控震源外罩放置钻孔中，并用螺栓把可控震源外罩牢固固定在岩壁上:

3、按图2方向将挡板204放入震源外罩内，依次将可控震源放在可控震源外罩内；

4、把阻流板205放入可控震源外罩压在可控震源上，使两零件相互抵接；

5、用密封板208抵接住阻流板205。

6、上紧螺母210并压实密封挡板204，完成可控震源罩的安装。

为了可控震源的信号清晰，在可控震源外罩与可控震源间注入了耦合剂212。阻流板205为近似鼠笼结构，是由钢板焊接而成，共设计了三层结构，每层钢板上钻有供水流出的一个孔，每层板之间的孔与孔之间呈180°错位放置，从而达到使水流由一端缓慢流动到另一端的目的，阻流板205上的隔板开有长腰子孔，供水流通过，同时隔板起到了支撑的作用。挡板204外形为圆柱形，内孔为锥孔，用来放置可控震源。可控震源外罩体的管Ⅰ202和管Ⅱ203是由两段钢管加工组成，衔接部分由螺纹连接并设计了O形密封圈306，两端设计了连接螺纹，由于可控震源外罩中上下连接处均设置了密封圈306，在可控震源外罩一端与外界连接的端面上，焊接有连接法兰209，连接法兰209上钻有将可控震源外罩固定在岩石上的孔管Ⅰ202的一端与盖Ⅰ201通过螺纹连接，出气管207和进气管206贯穿密封板208，且密封板208上还设置有排气管211。

进一步优化方案，S2包括如下步骤：

将空气增压泵管路通过高压胶管与可控震源的进气管206相连；

将可控震源的出气管207与电磁阀相连，电磁阀由计算机控制，执行计算机发出的指令；

通过排气管211向可控震源外罩与可控震源间注入耦合剂212；

向岩壁上钻孔与可控震源外罩之间注满耦合剂212。

本发明的工作原理如下：

根据计算机指令，空气增压泵将高压气体由进气管206进入可控震源外罩右腔室，待气体充满右腔室后，右腔室的压力大于左腔室的压力，气体推动活塞体307与放气活塞309组合体由右侧移动至左侧密封圈306端面，并与密封圈306端面贴实，即活塞体307端面与密封圈306端面形成了轴向密封、活塞外圆对储气密封套305的出气孔形成径向的密封，随着空气增压泵不断供气，气体由放气活塞309的小孔进入到左腔室，待左腔室充满气体后，由出气孔出气，随着左腔室压力不断增加，此时活塞体307受到向左的推力，将活塞体307及放气活塞309组合体右向移动，挡在储气密封套305排气孔的活塞体307迅速右移，气体快速从可控震源外罩中间的排气孔迅速膨胀发生爆炸，产生脉冲形成振源，可控震源完成了一次震动。左腔室的压力释放后无压力，右腔有压力，气体推动活塞体307及放气活塞309组合体左移，形成轴向及经向的密封，这样周而复始，往复运动可以形成多次震动，并可长期自主运行。可以根据用户的不同需求，来设置每次需要发生震动间隔时间。为了满足客户的不同需求，按照出气方式不同，设计了中间排气及端面排气两种形式，不同排气方式的工作原理相同，现在只对中间排气的工作原理在此说明，另外一种端面排气方式的工作原理，不在此赘述。

本发明的技术效果如下：

适用于所有易燃易爆炸场所。可控监测震源使用高压空气做为动力，避开了机械震源(如锤击等)可能引起的金属火花或电动力震源(如电火花)可能引起的灾害。电磁阀的本身具防爆功能，这使得整个震源可以在煤矿开采过程中安全使用。

适用于煤矿操作空间有限的场所。可控监测震源的直径一般小于15㎝地，长度小于70㎝，重量小于20千克，井下的运输和安装十分方便，这是其它震源除锤击之外不能提供的。它的物理尺寸和重量为在矿山中的广泛使用提供了可能，也为矿山动力灾害监测提供必需的装备。

无需水的耦合。目前所有可控气动和电动的震源都是使用于海洋中，海水既是地震波的传播介质也起到耦合功能。它们的运行必需将震源悬浮在水中。这种运行条件在煤矿开采中是很难实现的，因为煤矿开采的空间有限和缺水。可控监测震源通过特殊的设计成功解决地震波能量从震源到煤岩的传播和耦合，是其它震源不具备的性能，也是它们没有在煤矿开采中的得到应用的主要原因。

全自动。可控监测震源使用电磁阀控制震源的地震波释放。控制可通过输入电流信号或设置定时参数，震源可长期自主运行。为矿山监测提供可靠保障。

产生的地震波具有良好一致性特征。用于矿山动力灾害监测的地震波成像，主要是利用地震波参数随时间的变化来监测监测区内岩石的应力场，瓦斯场，和水文场的变化，目前主要震源大多由于自身的缺陷，如锤击，或由于震源对周围的破坏，如气枪和爆炸，都不能产生不随时间变化的稳定一致的地震波特征。可控监测震源使用特殊耦合设计保证了震源释放时，不对周围的煤岩层产生破坏，从根本上保证了震源产生的地震波随时间的一致性。

可根据工程和成像需要,调整震源的震动方向。地震波按震动方向和传播方向之间的关系可以分为很多种，但监测和勘探常用的主要就两种：纵波和横波。纵波的震动和传播方向一致，而横波的震动方向和传播方向垂直。对不同的地震波分析不同的矿山动力灾害。为了分析不同的地震波，通常通过调整传感器的感应方向与震源的空间位置来实现，这有时在矿山开采现场有时造成很大的困难，传感器的安装很难符合要求。可控监测震源的方向可控性大大降低了传感器安装要求，为矿山动力灾害监测提供了其它震源所没有的功能。

产生的地震波具有较宽的频率范围。矿山动力灾害监测要求震源产生的地震波的具有较宽的频率分布。目前的震源大都不具较宽的频带，锤击法和重锤法产生的地震波频率偏低，电火花法和电磁声波法产生的频率受到震源不同的参数的影响，但产生的频带宽度一般就分布在某个频率很有限的区间(10-20Hz)，不能满足于监测的应用。而爆炸法和气枪法虽然具有频带宽的特点，但无法在煤矿开采中使用。可控监测震源成功实现了动力灾害监测的宽频带要求。

钻孔安装增加成像系统的抗干扰能力。矿山开采现场具有各种噪音，地震波成像技术，极易受到这些噪音干扰。可控监测震源安装在浅层的钻孔中的设计，避免了现场的各种噪音，保证了矿山动力灾害监测三维成像的质量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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，而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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于，包括：

外壳(303)，所述外壳(303)中部开设有排气孔，所述外壳(303)的一端设置有进气机构，所述外壳(303)的另一端设置有封堵机构；

定套(302)，设置在所述外壳(303)内，所述定套(302)一端与所述进气机构相抵、且另一端抵接设置有密封机构，所述密封机构与所述排气孔连通设置，且所述密封机构与所述封堵机构相抵；

放气活塞(309)，与所述密封机构滑动接触，所述放气活塞(309)的大端外圆与所述进气机构内壁滑动接触、且与所述封堵机构之间形成右腔室；所述放气活塞(309)的小端外圆与活塞体(307)连接，且所述活塞体(307)与所述封堵机构之间形成左腔室，所述左腔室通过所述密封机构与所述排气孔连通设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于，所述密封机构包括：

弹簧座(304)，所述弹簧座(304)的一端与所述定套(302)相抵；

储气密封套(305)，所述弹簧座(304)的另一端与所述储气密封套(305)相抵；

导向套(308)，所述储气密封套(305)与所述导向套(308)相抵；

进气盖(310)，所述进气盖(310)的一端与所述盖板(312)相抵，所述进气盖(310)的另一端与所述导向套(308)相抵。

3.根据权利要求2所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于：所述储气密封套(305)上开设有通孔，所述通孔与所述排气孔连通。

4.根据权利要求3所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于：所述进气盖(310)通过称圈(311)与所述放气活塞(309)滑动接触，且所述左腔室与所述右腔室通过所述放气活塞(309)上的小孔连通设置。

5.根据权利要求4所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于：所述储气密封套(305)内壁上固接有密封圈(306)，所述密封圈(306)与所述活塞体(307)相抵。

6.根据权利要求5所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于，所述进气机构包括：

盖板(312)，所述盖板(312)与所述外壳(303)通过螺纹连接，且所述进气盖(310)端面相抵；

进气管(206)，所述进气管(206)的一端贯穿所述盖板(312)与所述右腔室连通；

出气管(207)，所述出气管(207)的一端贯穿所述盖板(312)与所述右腔室连通，所述出气管(207)上设置有电磁阀。

7.根据权利要求1所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于，所述封堵机构包括：

前盖(301)，所述前盖(301)与所述外壳(303)通过螺纹连接，且与所述定套(302)端面相抵。

8.一种用于钻孔长期监测的可控震源的操作方法，根据权利要求7所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将可控震源安装在钻孔或井下专用蓄水池内；

S2、安装气路单元并与可控震源连通；

S3、向可控震源供气，气体由进气管(206)进入右腔室内，直至右腔室充满高压气体，推动活塞体(307)及放气活塞(309)的组合体左移至另一端，实现活塞体(307)端面与密封圈(306)端面密封，活塞体(307)的外圆与储气密封圈(306)的通孔径向密封，部分高压气体由放气活塞(309)的小孔进入左腔室，随着不断供气，左腔逐渐充满气体，等待发射指令。

S4、当需要击发时，计算机向电磁阀发出击发信号，电磁阀开启，高压气体由出气管(207)排出，活塞体(307)受到向右的推力，推动活塞体(307)与放气活塞(309)组合体同时右移，挡在储气密封套(305)通孔处的活塞体(307)迅速移开，高压气体瞬间在排气孔处膨胀爆炸，发出爆炸声产生脉冲形成的振源，此震动波穿透岩层被远方拾震传感器接收到。

S5、完成一次击发后，计算机发出指令关闭电磁阀，左腔室压力释放后左腔室无压，右腔室有压力，推动活塞体(307)及放气活塞(309)组合体左移，此时，活塞体(307)端面与密封圈(306)的端面再次实现轴向密封，活塞体(307)的外圆与储气密封套(305)的通孔实现密封，等待计算机发出下次击发命令。

9.根据权利要求8所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源的操作方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：

在岩壁上钻孔，并在钻孔内安装可控震源外罩；

在可控震源外罩内依次放置挡板(204)、可控震源、阻流板(205)和密封板(208)；

用密封挡板(204)抵接阻流板(205)，并上紧螺母(210)压实密封板(208)，实现可控震源在钻孔内的安装。

10.根据权利要求8所述的一种用于钻孔长期监测的可控震源的操作方法，其特征在于，所述S2包括如下步骤：

将空气增压泵管路通过高压胶管与可控震源的进气管(206)相连；

将可控震源的出气管(207)与电磁阀相连，电磁阀由计算机控制，执行计算机发出的指令；

向可控震源外罩与可控震源间注入耦合剂(212)；

向岩壁上钻孔与可控震源外罩之间注满耦合剂(212)。