CN204188814U - 利用巷道支护体固定的地震ct探测用自补偿可控震源 - Google Patents

Abstract

一种利用巷道支护体固定的地震CT探测用自补偿可控震源，其特征是它由固定机构、自补偿机构、冲击机构、连接管路组成。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。固定机构在钻孔外连接巷道支护体，在钻孔内用于将可控震源固定在巷道中所钻的钻孔中。通过调节冲击锤的参数，可调节可控震源产生的地震波能量、频率大小。通过自补偿机构能自动将冲击锤移动到新的工作位置，使孔底活塞抵紧孔底，并使冲击锤锤头始终与孔底活塞保持所需的冲击距离。通过拆卸固定机构，回收孔内自补偿机构、顶紧杆和冲击锤。本实用新型能够长期稳定、重复地输出冲击力，实现冲击矿压和和其他一些动力显现预测预报的自动化和常态化。

Description

利用巷道支护体固定的地震CT探测用自补偿可控震源

技术领域

本实用新型涉及一种地震CT探测技术，尤其是一种可控震源的CT探测技术，具体地说是一种利用巷道支护体固定的地震CT探测用自补偿可控震源。

背景技术

冲击矿压是聚集在煤岩体中的弹性能突然大量释放导致的井巷动力灾害，一次冲击能造成数十米甚至上千米范围的采掘空间突然破坏，对矿井安全生产造成重大威胁。随着我国矿井开采进入深部，冲击矿压发生的频次和烈度越来越大。

不仅仅冲击矿压与煤岩体聚集的高应力直接相关，煤矿中许多动力现象的发生都与应力有着密切的关系，因此对煤岩体内应力分布的研究是分析预测冲击矿压危险和其他一些动力显现现象的基础。通过波速和应力之间较好的对应关系，应用矿震震动波速的CT探测理论与技术可以反演煤岩体开挖过程中的应力分布特征，能够揭示探测区域应力的变化、转移情况，为冲击矿压和其他一些动力显现的预测预报、以及措施效果检验等提供重要参考依据。

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进行放炮产生人工地震波震源，这种方式安全隐患多，工程量大，效率低，需要耗费大量的人力物力，工作面往往还需要停采；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。这些因素使地震CT探测技术难以经常性的重复使用。随着工作面的回采，工作面应力不断发生变化和转移，地震CT探测技术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，最大化发挥地震CT探测技术的潜能，提高预测预报和防治的工作效率。

解决上述问题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。且震源产生的地震波能量、频率大小均可调节，同时震源体积小、安全可靠、操作简单、可回收、自动化程度高。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有井下地震CT探测技术中，使用炸药震源安全隐患多、效率低、工程量大，难以满足冲击矿压和其他一些动力显现的动态、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、自动化程度高，能够部分回收以降低成本，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，能够利用巷道支护体固定的地震CT探测用自补偿可控震源。

本实用新型的技术方案是：

一种连接巷道支护体的地震CT探测用自补偿可控震源，其特征是它包括：

一冲击机构，该冲击机构能锤击震源孔21底部产生供检测用的震动；

一自补偿机构，该自补偿机构能自动将冲击锤11移动到新的工作位置，以便为冲击锤11再次锤击孔底活塞16提供所需的冲击距离；

一固定机构，该固定机构在震源孔21外连接巷道支护体，在震源孔21内通过自补偿机构和顶紧杆7将冲击机构固定在巷道中所钻的震源孔21中，防止可控震源因冲击反作用在震源孔21中滑动；

一套筒8，该套筒8主要为冲击机构提供安装空间；

一连接管路，用于提供可控震源所需的动力源和补偿动力源。

所述的冲击机构包括后法兰10、冲击锤11、橡胶圈组12、锤头13、隔离杆14、橡胶圈组15和孔底活塞16；所述的冲击锤11为气动式、水压式、液压式和电磁式；套装在冲击锤11上的橡胶圈组12和套装在孔底活塞16上的橡胶圈组15使冲击锤11和孔底活塞16与套筒8配合；锤头13与冲击锤11的冲击杆相连，隔离杆14安装在冲击锤11和孔底活塞16之间，使锤头13和孔底活塞16保持所需的冲击距离。

所述的自补偿机构主要包括后法兰3、伸缩部件4、端头6；该自补偿机构包括机械式、电动式、气压式或液压式；所述的自补偿机构为气压式或液压式时，伸缩部件4为气缸或液压缸。

所述的固定机构连接的巷道支护体包括锚杆、锚索或支架；该固定机构主要包括托盘1，托盘1与锚杆、锚索的端头19相连，或通过第一连接件24和第二连接件25与支架23相连。

所述的自补偿机构安装在固定机构和顶紧杆7之间或安装在顶紧杆7和冲击机构之间；所述的自补偿机构安装在固定机构和顶紧杆7之间时，固定机构与自补偿机构的后法兰3通过连接件2相连，自补偿机构的端头6通过连接件5与顶紧杆7相连，顶紧杆7通过连接件9与冲击机构的后法兰10相连；所述的自补偿机构安装在顶紧杆7和冲击机构之间时，顶紧杆7一端与固定机构相连，一端与自补偿机构的后法兰3相连，自补偿机构的端头6安装有隔离杆26，隔离杆26与冲击锤11抵紧。

所述的震源孔21中安装有向冲击机构的冲击锤11提供动力的第一连接管22。

所述的自补偿机构为气压式或液压式时，震源孔21中安装有向自补偿机构的伸缩部件4提供补偿动力的第二连接管20和蓄能器17。

本实用的有益效果：

本实用新型可以实现冲击矿压和其他一些动力显现预测预报的自动化和常态化，最大化发挥地震CT探测技术的潜能，提高预测预报和防治的工作效率。

本实用新型利用巷道支护体作为可控震源在震源孔中的固定装置，安装、拆卸操作更为方便，可大幅度降低试验成本，降低可控震源定位的复杂性。较之现有的液压式、机械式张紧装置更加安全可靠。

附图说明

图1是地震CT探测用自补偿可控震源的原理图。

图2是液压式自补偿可控震源连接锚杆、锚索的原理图。

图3是液压式自补偿可控震源连接巷道支架的原理图。

图4是自补偿机构安装在顶紧杆和冲击机构之间的原理图。

图中：1托盘、2连接件、3后法兰、4伸缩部件、5连接件、6端头、7顶紧杆、8套筒、9连接件、10后法兰、11冲击锤、12橡胶圈组、13锤头、14隔离杆、15橡胶圈组、16孔底活塞、17蓄能器、18巷道壁、19锚杆、锚索的端头、20第二连接管、21震源孔、22第一连接管、23支架体、24第一连接件、25第二连接件、26隔离杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-4所示。

一种连接巷道支护体的地震CT探测用自补偿可控震源，它包括：

一冲击机构，该冲击机构能锤击震源孔21底部产生供检测用的震动；

一自补偿机构，该自补偿机构能自动将冲击锤11移动到新的工作位置，以便为冲击锤11再次锤击孔底活塞16提供所需的冲击距离；

一固定机构，该固定机构在震源孔21外连接巷道支护体，在震源孔21内通过自补偿机构和顶紧杆7将冲击机构固定在巷道中所钻的震源孔21中，防止可控震源因冲击反作用在震源孔21中滑动；固定机构连接的巷道支护体包括锚杆、锚索或支架；该固定机构主要包括托盘1，托盘1与锚杆、锚索的端头19相连，如图2所示，或通过第一连接件24（可采用常用的扎箍）和第二连接件25（螺栓螺母结构）与支架体23相连，如图3所示。此处采用的第一连接件24和第二连接件25还可通过设计一种过渡连接件来代替，将托盘1直接连接有支架23上。

一套筒8，该套筒8主要为冲击机构提供安装空间。

一连接管路，用于提供可控震源所需的动力源和补偿动力源。

冲击机构包括后法兰10、冲击锤11、橡胶圈组12、锤头13、隔离杆14、橡胶圈组15和孔底活塞16；所述的冲击锤11为气动式、水压式、液压式和电磁式；套装在冲击锤11上的橡胶圈组12和套装在孔底活塞16上的橡胶圈组15使冲击锤11和孔底活塞16与套筒8配合；锤头13与冲击锤11的冲击杆相连，隔离杆14安装在冲击锤11和孔底活塞16之间，使锤头13和孔底活塞16保持所需的冲击距离，如图1所示。自补偿机构主要包括后法兰3、伸缩部件4、端头6；该自补偿机构包括机械式、电动式、气压式或液压式；自补偿机构为气压式或液压式时，伸缩部件4为气缸或液压缸。

自补偿机构既可安装在固定机构和顶紧杆7之间，也可安装在顶紧杆7和冲击机构之间；所述的自补偿机构安装在固定机构和顶紧杆7之间时，固定机构与自补偿机构的后法兰3通过连接件2相连，自补偿机构的端头6通过连接件5与顶紧杆7相连，顶紧杆7通过连接件9与冲击机构的后法兰10相连；自补偿机构安装在顶紧杆7和冲击机构之间时，顶紧杆7一端与固定机构相连，一端与自补偿机构的后法兰3相连，自补偿机构的端头6安装有隔离杆26，隔离杆26与冲击锤11抵紧。

震源孔21中安装有向冲击机构的冲击锤11提供动力的第一连接管22。

自补偿机构为气压式或液压式时，震源孔21中安装有向自补偿机构的伸缩部件4提供补偿动力的第二连接管20和蓄能器17。

本实用新型的使用方法是：

首先，在井下煤层工作面巷道壁18上施工一排震源孔21；

其次，向震源孔21放入套筒8、冲击机构、顶紧杆7、自补偿机构，并逐个相连；在震源孔21外安装固定结构，并使其与巷道支护体相连。

第三，向第一连接管22注入动力源，启动冲击锤，锤头13击打孔底活塞16，孔底活塞16击打震源孔21底部，产生地震波；

第四，钻孔底部被压缩，锤头13与孔底活塞16的间距增大，蓄能器17通过连接管20向伸缩部件4注入补偿动力源，伸缩部件4带动顶紧杆7顶紧冲击锤11，冲击锤11通过隔离杆14顶紧孔底活塞16，使锤头13与孔底活塞16重新保持所需的冲击距离。

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，从巷道支护体上拆卸固定结构，将自补偿机构、顶紧杆7、冲击锤11从震源孔21中抽出。

本实用新型工作原理是：

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。固定机构在钻孔外连接巷道支护体，在钻孔内用于将可控震源固定在巷道中所钻的钻孔中。通过调节冲击锤的气动源、水压源、液压源参数和电磁参数，可调节可控震源产生的地震波能量、频率大小。通过自补偿机构能自动将冲击锤移动到新的工作位置，使孔底活塞抵紧孔底，并使冲击锤锤头始终与孔底活塞保持所需的冲击距离。通过拆卸固定机构，回收孔内自补偿机构、顶紧杆和冲击锤。

本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想。对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

本实用新型未涉及部分如冲击锤、连接管路、橡胶圈、蓄能器、伸缩部件的结构、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 (7)

1.一种利用巷道支护体固定的地震CT探测用自补偿可控震源，其特征是它包括：

一冲击机构，该冲击机构能锤击震源孔（21）底部产生供检测用的震动；

一自补偿机构，该自补偿机构能自动将冲击锤（11）移动到新的工作位置，以便为冲击锤（11）再次锤击孔底活塞（16）提供所需的冲击距离；

一固定机构，该固定机构在震源孔（21）外连接巷道支护体，在震源孔（21）内通过自补偿机构和顶紧杆（7）将冲击机构固定在巷道中所钻的震源孔（21）中，防止可控震源因冲击反作用在震源孔（21）中滑动；

一套筒（8），该套筒（8）主要为冲击机构提供安装空间;

一连接管路，用于提供可控震源所需的动力源和补偿动力源。

2.根据权利要求1所述的可控震源，其特征是所述的冲击机构包括后法兰（10）、冲击锤（11）、橡胶圈组（12）、锤头（13）、隔离杆（14）、橡胶圈组（15）和孔底活塞（16）；所述的冲击锤（11）为气动式、水压式、液压式和电磁式；套装在冲击锤（11）上的橡胶圈组（12）和套装在孔底活塞（16）上的橡胶圈组（15）使冲击锤（11）和孔底活塞（16）与套筒（8）配合；锤头（13）与冲击锤（11）的冲击杆相连，隔离杆（14）安装在冲击锤（11）和孔底活塞（16）之间，使锤头（13）和孔底活塞（16）保持所需的冲击距离。

3.根据权利要求1所述的可控震源，其特征是所述的自补偿机构主要包括后法兰（3）、伸缩部件（4）、端头（6）；该自补偿机构包括机械式、电动式、气压式或液压式；所述的自补偿机构为气压式或液压式时，伸缩部件（4）为气缸或液压缸。

4.根据权利要求1所述的可控震源，其特征是所述的固定机构连接的巷道支护体包括锚杆、锚索或支架；该固定机构主要包括托盘（1），托盘（1）与锚杆、锚索的端头（19）相连，或通过第一连接件（24）和第二连接件（25）与支架（23）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机构安装在固定机构和顶紧杆（7）之间或安装在顶紧杆（7）和冲击机构之间；所述的自补偿机构安装在固定机构和顶紧杆（7）之间时，固定机构与自补偿机构的后法兰（3）通过连接件（2）相连，自补偿机构的端头（6）通过连接件（5）与顶紧杆（7）相连，顶紧杆（7）通过连接件（9）与冲击机构的后法兰（10）相连；所述的自补偿机构安装在顶紧杆（7）和冲击机构之间时，顶紧杆（7）一端与固定机构相连，一端与自补偿机构的后法兰（3）相连，自补偿机构的端头（6）安装有隔离杆（26），隔离杆（26）与冲击锤（11）抵紧。

6.根据权利要求1所述的可控震源，其特征是所述的震源孔（21）中安装有向冲击机构的冲击锤（11）提供动力的第一连接管（22）。

7.根据权利要求4所述的可控震源，其特征是所述的自补偿机构为气压式或液压式时，震源孔（21）中安装有向自补偿机构的伸缩部件（4）提供补偿动力的第二连接管（20）和蓄能器（17）。