CN211826544U - 一种地震勘探气爆型震源弹 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物理爆炸震源弹技术领域，尤其涉及一种地震勘探气爆型震源弹。震源弹的结构为：压力容器上设置有二氧化碳充填口、第一排气口、支管，支管与压力容器连通，且支管中装载液体二氧化碳；支管安装在反应容器中，反应容器填充将管包裹在其中的生石灰；注水口和第二排气口均设置在反应容器上，保温层将压力容器和反应容器包裹在其中，压力容器和反应容器分别形成震源弹的内弹壳和外弹壳，二氧化碳充填口、第一排气口、注水口、第二排气口延伸至保温层外部的端口上均设置有阀门。本实用新型以二氧化碳膨胀作为爆破工质，并采用水和生石灰水合发热的方式引爆，比通电气爆简单，不消耗电能，非常适用于野外、水下地震勘探作业。

Description

一种地震勘探气爆型震源弹

技术领域

本实用新型涉及物理爆炸震源弹技术领域，尤其涉及一种地震勘探气爆型震源弹。

背景技术

本实用新型背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

震勘探是工程勘探中一种主要的勘探方法，其原理是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。因此，在地震勘探中，弹性波的激发致关重要。迄今，所广泛采用的地震震源主要有两大类，一类是炸药爆炸震源；另一类是物理爆炸震源。前者包括利用各种炸药、雷管、子弹等引爆产生不同地震勘探目的所需地震波(弹性波、声波)的震源系统。后者包括锤击、空气枪、电火花、机械振动、重物弹射等方法产生地震波的震源系统。就我国而言，目前资源勘探多使用大能量的炸药爆炸震源，一般采用雷管引爆。由于炸药爆炸震源爆炸后产生有毒有害物质导致环境污染、运输和使用安全性差、需要特殊爆炸资质等缺点，在地震勘探中的使用越来越受到限制。近年来，一些气爆型震源弹开始投入使用。例如，甲烷纯氧燃烧气爆震源弹；又如，采用乙炔气作为爆炸气体的气源，可以用小型乙炔发生器在现场直接生气，所用电石(CaC₂)运输方便，价格便宜。尽管气爆震源弹比较环保，但是因为应用可燃气体和强氧化气体，使用起来仍然有很大的危险性。

矿山开采有一种二氧化碳爆破技术。二氧化碳爆破始于二十世纪五十年代，八十年代在美国开始发展，主要是想避免因炸药爆破产生火焰引起的爆炸事故而专门为高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器(爆破筒)内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压致使岩体开裂。然而，本实用新型人发现：这种爆破方式需要消耗大量的电能，若作为震源弹通常能量从几百焦耳到几十万焦耳，勘探深度从几米到几千米。爆破的能量实际上是电能转化的热能，因为二氧化碳气化时吸收热能，没有足够热能持续输入，就没有足够量的液态二氧化碳转化为气态二氧化碳，也就没有足够大的爆破压力。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种地震勘探气爆型震源弹，与矿山二氧化碳爆破不同的是，本实用新型以二氧化碳膨胀作为爆破工质，并采用水和生石灰水合发热的方式引爆，比通电气爆简单，不消耗电能，非常适用于野外、水下地震勘探作业。

本实用新型的第一目的，是提供一种地震勘探气爆型震源弹。

本实用新型的第二目的，是提供上述地震勘探气爆型震源弹使用方法。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术手段为：

首先，本实用新型公开一种地震勘探气爆型震源弹，包括：压力容器，二氧化碳充填口，第一排气口，支管，液体二氧化碳，反应容器，生石灰，注水口，第二排气口和保温层，其中：所述压力容器上设置有二氧化碳充填口、第一排气口、支管，所述支管与压力容器连通，且支管中装载液体二氧化碳作为爆炸工质；所述支管安装在反应容器中，且反应容器填充有生石灰作为储能工质，所述生石灰将管包裹在其中；所述注水口和第二排气口均设置在反应容器上，所述保温层将压力容器和反应容器包裹在其中，压力容器和反应容器分别形成震源弹的内弹壳和外弹壳，所述二氧化碳充填口、第一排气口、注水口、第二排气口各自的另一端端口均延伸至保温层外部，且这几个端口上均设置有阀门，以便于控制原料加注和排气。

进一步地，所述液体二氧化碳也可以采用固体二氧化碳/干冰替代。

进一步地，所述压力容器为环形管道，所述二氧化碳充填口和第一排气口各自的一端均与所述环形管道连通，且二氧化碳充填口和第一排气口并排设置，所述支管设置在二氧化碳充填口/第一排气口的对侧。

进一步地，组成所述环形管道的管道包括圆形管、方形管等中的任意一种。

进一步地，所述环形管道的形状为圆环形、方形环、椭圆形环等中的任意一种。

进一步地，所述支管为“U”形管，其两个开口均与压力容器连通。

进一步地，所述支管为直管、蛇形管等中任意一种，所述支管为一端开口、一端封闭的管状结构，开口端与压力容器连通。

进一步地，所述压力容器的材质包括合金、塑料等中的任意一种。

进一步地，所述反应容器的材质包括合金、塑料等中的任意一种。

进一步地，所述保温层的材质为保温棉等。

进一步地，所述也可以采用氢氧化钠固体、碱金属的过氧化物等(如过氧化钠)代替氧化钙，这类物质遇水后会与水反应产生大量热，以便于持续快速加热工质。

其次，本实用新型公开所述地震勘探气爆型震源弹使用方法，包括如下步骤：

(1)将震源弹安装到位，需要起爆时，由注水口注入水，注水的同时第二排气口需要开启，以便于水的顺利注入，注水后注水口、排气口各自的阀门均关闭。

(2)水和生石灰反应放出大量的热对支管内爆破工质加热，随着爆破工质气化量持续上升，压力持续上升，接近全部气化时压力突破压力容器的承压能力，导致压力容器，即内弹壳的破裂，瞬间形成高压区，从而产生冲击波，成为振动波的震源。

进一步地，步骤(2)中，所述水的注入量与储能工质的重量比大于9：28。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型以二氧化碳作为爆破工质，并采用水和生石灰水合发热的方式对其进行引爆，能够持续输入热能，使液态二氧化碳转化出足够量的气态二氧化碳，形成足够大的爆破压力，比通电气爆简单，不消耗电能，而且非常适用于在野外、水下这些比较简陋、恶劣的环境下作业。

(2)由于本实用新型的震源弹只需要加入水就可以引爆本实用新型的震源弹，使得本实用新型的震源弹可以充分利用野外作业、水下作业提供的水资源，便捷地实现震源弹的引爆。

(3)引爆过程中，本实用新型震源弹的压力容器和支管外的温度持续上升，但管内由于二氧化碳气化温度维持很低，又有利于热量由储能工质快速地传递给液态二氧化碳加速引爆。

(4)本实用新型的这种气爆型的震源弹不仅耗能低、存储、运输方便，而且还具有对环境友好、成本低的特点，更适合实际应用。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例中地震勘探气爆型震源弹的结构示意图。

上述附图中标记分别代表：1-压力容器，2-二氧化碳充填口，3-第一排气口，4-支管，5-液体二氧化碳，6-反应容器，7-生石灰，8-注水口，9-第二排气口、10-保温层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语解释部分:本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

正如前文所述，现有的二氧化碳爆破方式需要消耗大量的电能，若作为震源弹通常能量从几百焦耳到几十万焦耳，勘探深度从几米到几千米。爆破的能量实际上是电能转化的热能，因为二氧化碳气化时吸收热能，没有足够热能持续输入，就没有足够量的液态二氧化碳转化为气态二氧化碳，也就没有足够大的爆破压力。因此，本实用新型提出了一种地震勘探气爆型震源弹；现结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型进一步进行说明。

第一实施例，参考图1，示例一种本实用新型设计的地震勘探气爆型震源弹，包括：压力容器1，二氧化碳充填口2，第一排气口3，支管4，液体二氧化碳5，反应容器6，生石灰7，注水口8，第二排气口9和保温层10。

所述压力容器1(材质为304不锈钢)作为内弹壳，其上设置有二氧化碳充填口2、第一排气口3、支管4，所述支管4与压力容器1连通，且支管4中装载液体二氧化碳5作为爆炸工质；所述支管4安装在反应容器6(材质为304不锈钢)中，所述反应容器6作为外弹壳，其中填充有生石灰7作为储能工质，所述生石灰将管4包裹在其中；所述注水口8和第二排气口9均设置在反应容器6上，所述保温层10(材质为保温棉)将压力容器1和反应容器6包裹在其中，压力容器1和反应容器6分别形成震源弹的内弹壳和外弹壳，所述二氧化碳充填口2、第一排气口3、注水口8、第二排气口9各自的另一端端口均延伸至保温层10外部，且这几个端口上均设置有阀门，以便于控制原料加注和排气。

使用前，将爆破工质从二氧化碳充填口2充装至支管4中，充装时开启第一排气口3上的阀门，以便于排出压力容器1和支管4中的气体，保证爆破工质顺利充入，充装完成后二氧化碳充填口2和第一排气3各自的阀门均关闭，生石灰已经提前预制在反应容器6中；所述爆破工质的充装量主要根据压力容器的爆破压力确定；水的注入量与储能工质的重量比大于9：28。

然后将充填完爆破工质的震源弹安装到位，需要起爆时，由注水口8注入水，注水的同时第二排气口10需要开启，以便于水的顺利注入，注水后注水口9、排气口10各自的阀门均关闭。

最后，水和生石灰反应放出大量的热对支管4内爆破工质加热，随着爆破工质气化量持续上升，压力持续上升，接近全部气化时压力突破压力容器1的承压能力，导致压力容器，即内弹壳的破裂，瞬间形成高压区，从而产生冲击波，成为振动波的震源。

可以理解的是，在所述第一实施例的基础上，还可衍生出包括但不限于以下的技术方案，以解决不同的技术问题，实现不同的发明目的，具体示例如下：

第二实施例，所述压力容器1为环形管道，组成所述环形管道的管道位圆管，所述二氧化碳充填口2和第一排气口3各自的一端均与所述环形管道连通，且二氧化碳充填口2和第一排气口3并排设置，所述支管4设置在二氧化碳充填口2和第一排气口3的对侧。

第三实施例，所述压力容器1为环形管道，所述环形管道的形状为圆环形，组成所述环形管道的管道为正方形管，所述二氧化碳充填口2和第一排气口3各自的一端均与所述环形管道连通，且二氧化碳充填口2和第一排气口3并排设置，所述支管4设置在二氧化碳充填口2和第一排气口3的对侧。

第四实施例，所述压力容器1为环形管道，所述环形管道的形状为椭圆环形，组成所述环形管道的管道为圆管，所述二氧化碳充填口2和第一排气口3各自的一端均与所述环形管道连通，且二氧化碳充填口2和第一排气口3并排设置，所述支管4设置在二氧化碳充填口2和第一排气口3的对侧。

第五实施例，所述支管4为“U”形管，其两个开口均与压力容器1连通。“U”形管具有与储能工质接触面更大的特点，便于传热进一步增加引爆压力。除此之外，在一些实施例中，所述支管4也采用直管或者蛇形管，这类支管为一端开口、一端封闭的管状结构，开口端与压力容器连通。

第六实施例，采用干冰替代所述液体二氧化碳作为爆破工质。采用氢氧化钠固体代替氧化钙作为储能工质，这类物质遇水后会与水反应产生大量热，也能够起到持续快速加热工质引爆震源弹的作用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，包括：压力容器，二氧化碳充填口，第一排气口，支管，液体二氧化碳，反应容器，生石灰，注水口，第二排气口和保温层；所述压力容器上设置有二氧化碳充填口、第一排气口和支管，所述支管与压力容器连通，且支管中装载液体二氧化碳；所述支管安装在反应容器中，且反应容器填充有生石灰，所述生石灰将管包裹在其中；所述注水口和第二排气口均设置在反应容器上，所述保温层将压力容器和反应容器包裹在其中，所述二氧化碳充填口、第一排气口、注水口、第二排气口各自的另一端端口均延伸至保温层外部，且这几个端口上均设置有阀门。

2.如权利要求1所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，所述压力容器为环形管道，所述二氧化碳充填口和第一排气口各自的一端均与所述环形管道连通，且二氧化碳充填口和第一排气口并排设置，所述支管设置在二氧化碳充填口的对侧。

3.如权利要求2所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，组成所述环形管道的管道包括圆形管、方形管中的任意一种。

4.如权利要求2所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，所述环形管道的形状为圆环形、方形环、椭圆形环中的任意一种。

5.如权利要求1所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，所述支管为“U”形管，其两个开口均与压力容器连通；或者，所述支管为直管、蛇形管中任意一种，所述支管为一端开口、一端封闭的管状结构，开口端与压力容器连通。

6.如权利要求1所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，所述压力容器的材质包括合金、塑料中的任意一种。

7.如权利要求1所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，所述反应容器的材质包括合金、塑料中的任意一种。

8.如权利要求1所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，所述保温层的材质为保温棉。

9.如权利要求1-8任一项所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，采用固体二氧化碳替代所述液体二氧化碳作为爆破工质。

10.如权利要求1-8任一项所述的地震勘探气爆型震源弹，其特征在于，采用氢氧化钠固体或碱金属的过氧化物代替氧化钙作为储能介质。

Images