CN204479758U - 利用弹簧激发的井下煤层地震ct探测用可控震源 - Google Patents
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Abstract
一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是它包括弹簧击打机构和动力机构，弹簧击打机构安装在套筒（11）内，套筒（11）通过固定机构固定安装在巷道壁上所钻的孔中，弹簧击打机构包括弹簧（12）、锤头（15）和垫板（16），垫板（16）的一端插装在套筒（11）中，另一端位于套筒（11）外与所钻孔的底部相抵，弹簧（12）驱动锤头（15）击打垫板（16），垫板（16）位于套筒外的一端击打孔底从而在煤层中产生可控震动波，锤头（15）上设有导向槽，通过安装在套筒（11）上的导向销（14）实现运动导向，动力机构用于驱动锤头（15）压缩弹簧（12），使锤头（15）处于激发状态。本实用新型结构简单，易于实现。
Description
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弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源。
背景技术
目前，我国冲击矿压发生的频次和烈度越来越大，对煤炭资源的安全生产造成重大威胁。冲击矿压的发生与煤岩体聚集的高应力直接相关，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。根据波速和应力之间较好的对应关系，地震CT探测技术可以反演煤岩体开挖过程中的应力分布特征，从而预测预报下一时段的冲击矿压和其他一些动力显现的危险区域。
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震动波震源，这种方式安全隐患多，工程量大，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，不能够揭示工作面应力的变化、转移情况，不能实现动力灾害预测预报的自动化和常态化，难以发挥地震CT探测技术的潜能。
解决上述问题的关键是研制出一种井下煤层地震CT探测用钻孔内激发震动波的震源和方法；该震源能够在煤层中以任意角度钻孔布置；能够长期稳定、重复地输出冲击力，可激发不同能量和频率及不同纵、横波形式的震动波；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等问题，提供一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，该震源能够在巷道施工的任意角度钻孔内激发震动波，体积小、安全可靠、操作简单、自动化程度高，能够长期稳定、可控地激发震动波。
本实用新型的技术方案是：
一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是它包括：
一弹簧击打机构，该弹簧击打机构安装在套筒11内，套筒11通过固定机构固定安装在巷道壁上所钻的孔中，弹簧击打机构包括弹簧12、锤头15和垫板16，垫板16的一端插装在套筒11中，另一端位于套筒11外与所钻孔的底部相抵，弹簧12驱动锤头15击打垫板16，垫板16位于套筒外的一端击打孔底从而在煤层中产生可控震动波，锤头15上设有导向槽，通过安装在套筒11上的导向销14实现运动导向；
一动力机构，该动力机构用于驱动锤头15压缩弹簧12，使锤头15处于激发状态。
所述的固定机构包括压板7和端盖8，端盖8固定在套筒11的端面上，压板7通过巷道中锚杆或锚索的端头17固定，或通过支架体18上的连接件19固定，并压紧端盖8，从而将套管11固定在钻孔中。
所述的套筒11的进口端中安装有用于使弹簧12在非激发状态下始终推动锤头15抵住垫板16的滑块10，滑块10连接有驱动丝杆9，驱动丝杆9的一端伸出套筒11外与驱动装置相连。
所述的动力机构包括位于套筒11外的外置旋转驱动式动力机构或位于套筒11内的内置伸缩驱动式动力机构。
所述的外置旋转驱动式动力机构包括马达1，马达1通过固定在底座4上，底座4通过巷道中锚杆或锚索的端头17固定，或通过支架体18上的连接件19固定，马达1通过离合器2与滚筒3相连，滚筒3上绕装有钢丝绳5；钢丝绳5的一端固定在滚筒上，另一端经过端盖8上安装的第一滑轮6后穿过滑块10再绕过锤头15上安装的第二滑轮13，最后再次穿过滑块10后固定在端盖8上，离合器2吸合，马达1带动滚筒3转动，滚筒3将钢丝绳5收绕在滚筒3上，从而带动锤头15压缩弹簧12，使锤头15处于激打状态，离合器2松开，滚筒3自由旋转，将绕在滚筒3上的钢丝绳5释放，锤头15在弹力作用下击打垫板16产生所需的震动；所述的马达1为气动马达、液压马达或电动马达。
所述的内置伸缩驱动式动力机构的包括伸缩缸20，伸缩缸20安装在套筒11中，伸缩缸20的一端与滑块10相连，另一端上安装有推杆21，伸缩缸20的伸缩杆上安装有抓钩22，抓钩22与锤头15活动连接，所述的伸缩杆处于外伸状态时，抓钩22与锤头15相连接，伸缩杆回收时，抓钩22带动锤头15移动同时压缩弹簧12，抓钩22进入推杆21中时，抓钩22在推杆21的作用下将锤头15释放进而击打垫板16产生所需的震源；伸缩杆伸出时，抓钩22移动到锤头15尾端时，抓钩22前端倾斜面与锤头15尾端相互滑动，抓钩22张开，重新抓紧锤头15。
本实用新型的有益效果：
本实用新型可以使井下煤层地震CT探测技术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，能够实现动力灾害预测预报的自动化和常态化，能够有效、及时地检验防冲措施效果。
本实用新型通过带动锤头压缩弹簧，随后释放锤头击打钻孔底部的垫板产生震动波。由于采用机械方式产生震动波，较之现有的气动式、液压式和电磁式震源，结构简单，安装、拆卸方便，并可替代爆炸震源，其施工安全性得到保证，地震CT探测技术的效率得到提高。
本实用新型通过调节锤头的质量、弹簧的参数、马达的扭矩、冲击行程的长短，以及垫板的材质、厚度和倾斜角度，可产生不同能量和频率及不同纵、横波形式的震动波。该震源能够在巷道施工的任意角度钻孔内激发震动波，能够长期稳定、可控地激发震动波。由于采用机械方式产生震动波，其施工安全性得到保证，地震CT探测技术的效率得到提高，能够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。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图之一。
图2是本实用新型的套筒固定结构示意图之一。
图3是本实用新型的套筒固定结构示意图之二。
图4是本实用新型的结构示意图之二。
图中：1马达、2离合器、3滚筒、4底座、5钢丝绳、6第一滑轮、7压板、8端盖、9驱动丝杆、10滑块、11套筒、12弹簧、13第二滑轮、14导向销、15锤头、16垫板、17锚杆或锚索的端头、18支架体、19连接件、20伸缩缸、21推杆、22抓钩。
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。
实施例一。
如图1-3所示。
一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，它主要由套筒、弹簧击打机构和动力机构组成，弹簧击打机构安装在套筒11内，套筒11通过压板7和端盖8固定在所巷道内需要进行检测位置所钻的孔内，端盖8固定在套筒11的端面上，压板7既可通过巷道中的锚杆或锚索的端头17固定（图1、2），也可通过支架体18上的连接件19固定（图3所示），压板7压紧端盖8，从而将套管11固定在钻孔中固定安装在巷道壁上所钻的孔中，弹簧击打机构包括弹簧12、锤头15和垫板16，垫板16的一端插装在套筒11中，另一端位于套筒11外与所钻孔的底部相抵，弹簧12驱动锤头15击打垫板16，垫板16位于套筒外的一端击打孔底从而在煤层中产生可控震动波，锤头15上设有导向槽，通过安装在套筒11上的导向销14实现运动导向；为了使锤头在非激发状态下始终将垫板顶住孔底，具体实施时最好在套筒11的进口端中安装一个用于使弹簧12在非激发状态下始终推动锤头15抵住垫板16的滑块10，滑块10连接有驱动丝杆9，驱动丝杆9的一端伸出套筒11外与驱动装置相连。动力机构用于驱动锤头15压缩弹簧12，使锤头15处于激发状态。本实施例采用的动力机构如图1所示，它采用的是位于套筒11外的外置旋转驱动式动力机构，外置旋转驱动式动力机构包括马达1，马达1通过固定在底座4上，底座4通过巷道中锚杆或锚索的端头17固定，或通过支架体18上的连接件19固定，马达1通过离合器2与滚筒3相连，滚筒3上绕装有钢丝绳5；钢丝绳5的一端固定在滚筒上，另一端经过端盖8上安装的第一滑轮6后穿过滑块10再绕过锤头15上安装的第二滑轮13，最后再次穿过滑块10后固定在端盖8上，离合器2吸合，马达1带动滚筒3转动，滚筒3将钢丝绳5收绕在滚筒3上，从而带动锤头15压缩弹簧12，使锤头15处于激打状态，离合器2松开，滚筒3自由旋转，将绕在滚筒3上的钢丝绳5释放，锤头15在弹力作用下击打垫板16产生所需的震动；所述的马达1为气动马达、液压马达或电动马达。
本实施例的震源产生方法为：
一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震动波产生方法，它包括以下步骤：
首先，在巷道中施工钻孔，孔深应与套筒直径和长度相配，孔的直径和长度最好略小于套筒的直径和长度，通过挤压的方式将套筒固定在所钻的孔中；
其次，通过压板7压紧端盖8，将套管11固定在钻孔中；
第三，通过手动或机动使丝杆9推动滑块10移动，压迫弹簧12推动锤头15顶紧垫板16，垫板16抵紧钻孔底部；
第四，驱动马达1驱动钢丝绳5拉动锤头15压迫弹簧12，使锤头15处于激发状态；
第五，启动离合器2动作，滚筒自动转动，在弹力的作用下，释放锤头15击打紧贴钻孔底部的垫板16，在煤层中激发震动波；
第六，重复第三至第五步的内容，可重复产生震动波供测试，测试结束，由于垫板向孔内移动，可再次驱动丝杆9推动滑块向套筒内部移动，使垫板再次顶紧孔底，为下次测量做好准备。
通过调节锤头的质量、弹簧的参数、马达的扭矩、冲击行程的长短，以及垫板的材质、厚度和倾斜角度，产生不同能量和频率及不同纵、横波形式的震动波。
实施例二。
如图2-4所示。
一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，它主要由套筒、弹簧击打机构和动力机构组成，弹簧击打机构安装在套筒11内，套筒11通过压板7和端盖8固定在所巷道内需要进行检测位置所钻的孔内，端盖8固定在套筒11的端面上，压板7既可通过巷道中的锚杆或锚索的端头17固定（图1、2），也可通过支架体18上的连接件19固定（图3所示），压板7压紧端盖8，从而将套管11固定在钻孔中固定安装在巷道壁上所钻的孔中，弹簧击打机构包括弹簧12、锤头15和垫板16，垫板16的一端插装在套筒11中，另一端位于套筒11外与所钻孔的底部相抵，弹簧12驱动锤头15击打垫板16，垫板16位于套筒外的一端击打孔底从而在煤层中产生可控震动波，锤头15上设有导向槽，通过安装在套筒11上的导向销14实现运动导向；为了使锤头在非激发状态下始终将垫板顶住孔底，具体实施时最好在套筒11的进口端中安装一个用于使弹簧12在非激发状态下始终推动锤头15抵住垫板16的滑块10，滑块10连接有驱动丝杆9，驱动丝杆9的一端伸出套筒11外与驱动装置（驱动装置可为手动也可为机动）相连。动力机构用于驱动锤头15压缩弹簧12，使锤头15处于激发状态。本实施例采用的动力机构如图4所示，它采用的是位于套筒11内的内置伸缩驱动式动力机构，内置伸缩驱动式动力机构包括伸缩缸20，伸缩缸20安装在套筒11中，伸缩缸20的一端与滑块10相连，另一端上安装有推杆21，伸缩缸20的伸缩杆上安装有抓钩22，抓钩22与锤头15活动连接，所述的伸缩杆处于外伸状态时，抓钩22与锤头15相连接，伸缩杆回收时，抓钩22带动锤头15移动同时压缩弹簧12，抓钩22进入推杆21中时，抓钩22在推杆21的作用下将锤头15释放进而击打垫板16产生所需的震源；伸缩杆伸出时，抓钩22移动到锤头15尾端时，抓钩22前端倾斜面与锤头15尾端相互滑动，抓钩22张开，重新抓紧锤头15。
本实施例的震源产生方法为：
一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震动波产生方法，它包括以下步骤：
首先，在巷道中施工钻孔，孔深应与套筒直径和长度相配，孔的直径和长度最好略小于套筒的直径和长度，通过挤压的方式将套筒固定在所钻的孔中；
其次，通过压板7压紧端盖8，将套管11固定在钻孔中；
第三，通过手动或机动使丝杆9推动滑块10移动，滑块推动伸缩缸20，伸缩缸20压迫弹簧12推动锤头15顶紧垫板16，垫板16抵紧钻孔底部；
第四，驱动伸缩缸20拉动锤头15压迫弹簧12，使锤头15处于激发状态；
第五，当锤头15移动到推杆21位置处时，连接伸缩缸20中的伸缩杆与锤头的抓钩22受推杆21的压迫，使伸缩杆与锤头分离，锤头在弹力的作用下，迅速移动击打紧贴钻孔底部的垫板16，在煤层中激发震动波；
第六，重复第三至第五步的内容，可重复产生震动波供测试，测试结束，由于垫板向孔内移动，可再次驱动丝杆9推动滑块向套筒内部移动，使垫板再次顶紧孔底，为下次测量做好准备。
通过调节锤头的质量、弹簧的参数、马达的扭矩、冲击行程的长短，以及垫板的材质、厚度和倾斜角度，可产生不同能量和频率及不同纵、横波形式的震动波。
本实用新型工作原理是：
将震源放入巷道施工的钻孔中，通过固定机构连接巷道支护体的钢板固定。弹簧击打机构包括弹簧、锤头和垫板。通过动力机构带动锤头压缩弹簧，使锤头处于激发状态，随后释放激发状态的锤头，击打钻孔底部的垫板，在煤层中产生震动波。通过调节锤头的质量、弹簧的参数、马达的扭矩、冲击行程的长短，以及垫板的材质、厚度和倾斜角度，可产生不同能量和频率及不同纵、横波形式的震动波。
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马达、伸缩缸、滑轮的结构、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 (6)
1.一种利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是它包括：
一弹簧击打机构，该弹簧击打机构安装在套筒（11）内，套筒（11）通过固定机构固定安装在巷道壁上所钻的孔中，弹簧击打机构包括弹簧（12）、锤头（15）和垫板（16），垫板（16）的一端插装在套筒（11）中，另一端位于套筒（11）外与所钻孔的底部相抵，弹簧（12）驱动锤头（15）击打垫板（16），垫板（16）位于套筒外的一端击打孔底从而在煤层中产生可控震动波，锤头（15）上设有导向槽，通过安装在套筒（11）上的导向销（14）实现运动导向；
一动力机构，该动力机构用于驱动锤头（15）压缩弹簧（12），使锤头（15）处于激发状态。
2.根据权利要求1所述的利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是所述的固定机构包括压板（7）和端盖（8），端盖（8）固定在套筒（11）的端面上，压板（7）通过巷道中锚杆或锚索的端头（17）固定，或通过支架体（18）上的连接件（19）固定，并压紧端盖（8），从而将套管（11）固定在钻孔中。
3.根据权利要求1所述的利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是所述的套筒（11）的进口端中安装有用于使弹簧（12）在非激发状态下始终推动锤头（15）抵住垫板（16）的滑块（10），滑块（10）连接有驱动丝杆（9），驱动丝杆（9）的一端伸出套筒（11）外与驱动装置相连。
4.根据权利要求1所述的利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是所述的动力机构包括位于套筒（11）外的外置旋转驱动式动力机构或位于套筒（11）内的内置伸缩驱动式动力机构。
5.根据权利要求4所述的利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是所述的外置旋转驱动式动力机构包括马达（1），马达（1）通过固定在底座（4）上，底座（4）通过巷道中锚杆或锚索的端头（17）固定，或通过支架体（18）上的连接件（19）固定，马达（1）通过离合器（2）与滚筒（3）相连，滚筒（3）上绕装有钢丝绳（5）；钢丝绳（5）的一端固定在滚筒上，另一端经过端盖（8）上安装的第一滑轮（6）后穿过滑块（10）再绕过锤头（15）上安装的第二滑轮（13），最后再次穿过滑块（10）后固定在端盖（8）上，离合器（2）吸合，马达（1）带动滚筒（3）转动，滚筒（3）将钢丝绳（5）收绕在滚筒（3）上，从而带动锤头（15）压缩弹簧（12），使锤头（15）处于激打状态，离合器（2）松开，滚筒（3）自由旋转，将绕在滚筒（3）上的钢丝绳（5）释放，锤头（15）在弹力作用下击打垫板（16）产生所需的震动；所述的马达（1）为气动马达、液压马达或电动马达。
6.根据权利要求4所述的利用弹簧激发的井下煤层地震CT探测用可控震源，其特征是所述的内置伸缩驱动式动力机构的包括伸缩缸（20），伸缩缸（20）安装在套筒（11）中，伸缩缸（20）的一端与滑块（10）相连，另一端上安装有推杆（21），伸缩缸（20）的伸缩杆上安装有抓钩（22），抓钩（22）与锤头（15）活动连接，所述的伸缩杆处于外伸状态时，抓钩（22）与锤头（15）相连接，伸缩杆回收时，抓钩（22）带动锤头（15）移动同时压缩弹簧（12），抓钩（22）进入推杆（21）中时，抓钩（22）在推杆（21）的作用下将锤头（15）释放进而击打垫板（16）产生所需的震源；伸缩杆伸出时，抓钩（22）移动到锤头（15）尾端时，抓钩（22）前端倾斜面与锤头（15）尾端相互滑动，抓钩（22）张开，重新抓紧锤头（15）。
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| CN104375167A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-02-25 | 中国矿业大学 | 基于弹簧激发震动波的井下煤层地震ct探测用可控震源和方法 |
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