CS227406B1

CS227406B1 - Expansion source of seismic waves

Info

Publication number: CS227406B1
Application number: CS877882A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Andrejsek
Original assignee: Karel Ing Andrejsek
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1984-04-16

Description

Vynález ae týká expanzního zdroje seismických vln pro seismický refrakční průzkum do malých hloubek, např. pro účely inženýrskogeologické a hydrogeologické. Je přenosný a pro vybuzení elastických vln v zemském povrchu je u něho využito účinku volně padajícího gravitačního tlouku v kombinaci s účinkem expanze plynů z prachové sloze nábojky.The invention relates to an expansion source of seismic waves for seismic refractive exploration to shallow depths, eg for engineering geological and hydrogeological purposes. It is portable and utilizes the effect of a free-falling gravitational beat in combination with the effect of gas expansion from the cartridge dust composition to excite the elastic waves in the earth's surface.

Je známý expanzní zdroj seismických vln s tloukem, pracujícím na principu vznětového motoru. Tlouk v podobě těžkého pístu stlačuje ve válci vzduch, který vytvoří se vstříknutou motorovou naftou palivovou směs, zapalující se kompresním teplem. Detonací vznikne mechanický ráz, který vyvolá v okolní Části zemské kůry seismické vlnění. Spaliny roztahující se ve válci vymrštují tlouk do výchozí polohy v horní úvrati.It is a well-known expansion source of seismic waves with a diesel operating on the principle of a diesel engine. A heavy piston thrust compresses air in the cylinder, which, with the injected diesel fuel, forms a fuel mixture igniting the compression heat. Detonation creates a mechanical shock that causes seismic waves in the surrounding part of the Earth's crust. The flue gases expanding in the cylinder eject the hammer to the starting position at the top dead center.

Nevýhodou tohoto expanzního zdroje seismických vln je značná hmotnost. Zdroj vyžaduje speciální vozidlo. Jeho využití je proto omezeno jen na přístupné terény. Kromě toho povětrnostní podmínky, především poryvy větru, způsobují chvění vozidla, které značně zvyšuje úroveň neklidu blízkých geofonů.The disadvantage of this seismic expansion source is its considerable weight. The source requires a special vehicle. Its use is therefore limited to accessible terrains. In addition, weather conditions, particularly wind gusts, cause vehicle vibration, which greatly increases the level of agitation of nearby geophones.

Mnohé z uvedených nevýhod odstraňuje jiný známý expanzní zdroj seismických vln, který sestává z expanzního válce, brzdného bloku, elektromechanické spouště a nábojové komory pro nábojku s prachovou složí. Po zapálení prachové slože expandují plyny do komory situované pod brzdným blokem a tlakem na základnu expanzního válce vyvolají elastické vlnění v zemské kůře. Brzdný blok se reaktivní silou nadzvedne a když dosáhne horní úvrati, setrvačností celé zařízení vyskočí do výše. až dvou metrů.Many of the aforementioned disadvantages are overcome by another known seismic wave expansion source, which consists of an expansion cylinder, a brake block, an electromechanical release and a cartridge chamber for the dust composition cartridge. After ignition of the dust composition, the gases expand into the chamber located under the brake block and, by pressure on the base of the expansion cylinder, cause elastic ripple in the Earth's crust. The braking block is lifted by reactive force, and when it reaches the top dead center, the entire device jumps to the top by inertia. up to two meters.

Nevýhodou druhého známého expanzního zdroje seismických vln je nedostatečné tlumení zpětného rázu, způsobující vymrštování zdroje nad terén a relativně velká hmotnost, ovlivněnáThe disadvantage of the second known seismic expansion source is the lack of recoil damping, causing the source to be ejected above the terrain and the relatively high

227 406 funkčními parametry brzdného bloku. Hmotnost zdroje, činící přibližně 70 kg, působí obsluze namáhavou manuální práci při jeho ustavování. Vymrětování zdroje do výšky je pro obsluhu pracovně rizikové a nadto omezuje rozsah využití zdroje. Nelze ho např. použít pro geofyzikální seismický průzkum svahů, budoucích břehů údolních přehrad, nebot není možné vyloučit pád zdroje ze svahu do údolí.227 406 with brake block functional parameters. The weight of the power supply, which is approximately 70 kg, causes strenuous manual work for the operator to set it up. Ejection of the source to the height is hazardous for the operator and it also limits the range of utilization of the source. For example, it cannot be used for geophysical seismic exploration of slopes, future shores of valley dams, since it is not possible to exclude the fall of a source from a slope to a valley.

Uvedené nevýhody odstraňuje expanzní zdroj seismických vln podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v čele jeho stykové podstavy je závitově upevněn expanzní válec s dutým pístem a s nábojovou komorou uvnitř duté pístnice, na kterém je suvně uložena pomocí bajonetového spoje vodicí trubka gravitačního tlouku opatřeného dole úderníkem a nahoře prstencovou drážkou, do níž zasahuje západka spouštěcí páky, upevněná k objímce vodicí trubky spolu s ochranným třmenem gravitačního tlouku, přitom vodicí trubka dosedá vnitřními výstupky bajonetového spoje na límcové sedlo, upravené v čele stykové podstavy.The above-mentioned disadvantages are eliminated by an expansion source of seismic waves according to the invention, which is based on the fact that the expansion cylinder with a hollow piston and a cartridge chamber is threadedly mounted at the head of its base. at the bottom by a striker and at the top by an annular groove into which the trigger lever latch, fixed to the guide tube sleeve and the protective yoke of gravity, protrudes, the guide tube abutting the internal projections of the bayonet joint on the collar seat provided in the face of the base.

Proti nežádoucímu odpalu je zdroj zajištěn tím, že na límcovém sedle jsou upraveny pod naváděcími drážkami expanzního válce pojistné podpěrné výstupky.The source is secured against unwanted firing by the provision of safety support projections on the collar seat under the guide grooves of the expansion cylinder.

Ustavit zdroj do svislé polohy lze pomocí olovnice, která plní i funkci bezpečnostní závěry a zabraňuje pohybu gravitačního tlouku, je-li delší než průměr vodicí trubky a jsou-li pro její uložení ve vodicí trubce pod gravitačním tloukem upraveny radiální otvory.The source can be positioned vertically by means of a plumb line, which also serves as a safety seal and prevents the gravity hammer from moving if it is longer than the diameter of the guide tube and radial holes are provided to accommodate it in the guide tube below the gravity hammer.

Výhodou expanzního zdroje seismických vln podle vynálezu je jeho bezpečnost, malá hmotnost a vysoká účinnost. Expanze prachových plynů se uskutečňuje v utěsněném prostoru pod dutým pístem. Zpětný ráz dutého pístu se utlumí stlačováním vzduchu v mezikruží duté pístnice a expanzního válce, kde vzduch působí jako pneumatická brzda a v součinnosti se svisle axiálním posuvem vodicí trubky a s elastickým ochranným třmenem spolehlivě zabrání vymrštění jak gravitačního tlouku z vodicí trubky, tak celého zdroje nad zkoumaný terén. Expandování prachových plynů do utěsněného prostoru pod dutý píst je příznivé i z hlediska tlakové vlny a impulzního hluku, jehož hodnota nepřevyšuje přípustnou mez z hlediska pracovně hygienických podmínek pro obsluhu. Svisle axiální posuv vodicí trubky zabraňuje bezprostřednímu přenosu mechanického rázu ze stykové podstavy na vodicí trubku,The advantage of the inventive seismic wave source is its safety, low weight and high efficiency. The expansion of the dust gases takes place in a sealed space below the hollow piston. The recoil of the hollow piston is dampened by compressing air in the annular ring of the hollow piston rod and expansion cylinder, where the air acts as a pneumatic brake and, in conjunction with the vertical axial displacement of the guide tube and elastic protective yoke reliably prevents terrain. The expansion of the dust gases into the sealed space under the hollow piston is also favorable in terms of pressure wave and impulse noise, the value of which does not exceed the permissible limit in terms of occupational hygiene conditions for the operator. The vertical axial displacement of the guide tube prevents the immediate transmission of mechanical shock from the contact base to the guide tube,

227 406 takže obsluha může i při odpalu přidržovat expanzní z-droj za vo dici trubku. Hmotnost zdroje nepřevyšuje přípustný limit pro ruční přenášení břemen. Zdroj je možno vybavit kolovým podvozkem. Vysoká účinnost expanzního zdroje je dosažena kombinací účinků volného pádu gravitačního tlouku a expanze plynů z prachové slože nábojky. Lze docílit až čtyřnásobku užitečné energie ve srovnání s pouhým účinkem gravitačního tlouku a přitom rázová vlna má výhodné strmější nasazení, aniž by změnila svou základní frekvenci. Podle obsahu střelného prachu v nábojce je možno získat kvalitní záznam průběhu seismických vln vybuzených expanzním zdrojem podle vynálezu ve vzdálenosti 120 až 200 m od místa odpalu.227 406 so that the operator can also hold the expansion device behind the guide tube even when firing. The source weight does not exceed the permissible limit for manual load carrying. Power supply can be equipped with wheeled chassis. The high efficiency of the expansion source is achieved by combining the effects of the free fall of gravity and the expansion of the gases from the dust composition of the cartridge. Up to four times the useful energy can be achieved compared to the mere effect of gravity, and the shock wave has the advantage of a steeper deployment without changing its fundamental frequency. Depending on the gunpowder content of the cartridge, it is possible to obtain a good record of the course of the seismic waves excited by the expansion source according to the invention at a distance of 120 to 200 m from the firing point.

Příklad konkrétního provedení expanzního zdroje seismických vln podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde obr. 1 představuje dolní část expanzního zdroje v částečném bokorysu a v podélném řezu, obr. 2 představuje horní část expanzního zdroje v částečném podélném řezu a v bokorysu, na obr. 3 je expanzní zdroj v příčném řezu rovinou I - I z obr. 1, na obr. 4 je expanzní válec s vodicí trubkou v zajištovací poloze, na obr. 5 je expanzní válec s vodicí trubkou v okamžiku odpalu a na obr. 6 expanzní válec v příčném řezu rovinou II - II z obrAn example of a particular embodiment of an expansion seismic source according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 represents the lower part of the expansion source in partial side and longitudinal section; Fig. 2 represents the upper part of the expansion source in partial longitudinal section and side view; Fig. 3 is an expansion source in cross-section along line I-I of Fig. 1, Fig. 4 is an expansion tube with guide tube in the locked position, Fig. 5 is an expansion tube with guide tube at the moment of firing, and Fig. 6 the cylinder in cross section II - II of FIG

5.5.

V čele 2 stykové podstavy 2 expanzního zdroje seismických vln podle vynálezu je závitově upevněn expanzní válec 2 ^s dutým pístem £ a dutou pístnici 2· V duté pístnici 2> utěsněné dorazovým elastickým kroužkem 8, je nábojová komora 6 tvarovaná podle nábojky χ. Na expanzním válci 2» ^na kterém jsou zevně upraveny okrajové ozuby 2 ^a mezi nimi naváděcí drážky 10 (obr. 6), je suvně uložena vodicí trubka 11 z plastického materiálu. Její součástí je kovový nástavec 12 s prstencem 13« Na spodním okraji prstence 13 jsou uspořádány vnitřní výstupky 14. které tvoří s okrajovými ozuby 2 ^a naváděcími drážkami 10 svisle posuvný bajonetový spoj 26 vodicí trubky 11 se stykovou podstavou 2· V čele 2 stykové podstavy 1. je okolo expanzního válce 2 ^u“ praveno límcové sedlo 15 pro vodicí trubku 11 β na něm pod naváděcími drážkami 10 expanzního válce 2 pojistné podpěrné výstupky 16. Ve vodicí trubce 11 je suvně uložen gravitační tlouk 17 (obr. 2) s úderníkem 18 dole a prstencovou drážkou 19 nahoře.The expansion cylinder 2 ^{with the} hollow piston 6 and the hollow piston 2 is threadedly fastened to the face 2 of the contact base 2 of the seismic expansion source 2 according to the invention. A guide tube 11 of plastics material is slidably mounted on the expansion cylinder 2, ^on which the edge teeth 2 ^{and the} guide grooves 10 (FIG. 6) are arranged externally. It comprises a metal extension 12 with a ring 13. At the lower edge of the ring 13 there are inner projections 14 which form a vertically displaceable bayonet joint 26 of the guide tube 11 with the contact base 2 with the edge teeth 2 ^{and the} guide grooves 10. . is about 2 ⁱⁿ the expansion cylinder "spoken collar seat 15 for the guide tube 11 β thereon under guidance grooves 10 of the expansion cylinder 2 locking protrusions of the support 16. in the guide pipe 11 is slidingly mounted gravitational stamper 17 (FIG. 2) with striker 18 below and an annular groove 19 at the top.

227 406227 406

Vodicí trubka 11 je opatřena objímkou 20, k níž je upevněn ochranný třmen 21 a spouštěcí páka 22 se západkou 23. zasahující do prstencové drážky 19 gravitačního tlouku 21« Ke spouštěcí pá ce 22 je upoutána olovnice 24« které je delší než průměr vodicí trubky 11 a v úložné poloze, tj. při uložení v radiálních otvorech 28 vodicí trubky 11 pod gravitačním tloukem 21, plní funkci mechanické pojistky gravitačního tlouku 17. V kovovém nástavci 12 vodicí trubky 11 nad prstencem 13 jsou vyvrtány výfukové otvory 27 pro odvod expandujících plynů 25 z nábojky 7. Snazší přeprayu expanzního zdroje podle vynálezu umožňuje kolový podvozek 29 připevněný k vodicí trubce 11.The guide tube 11 is provided with a sleeve 20, to which a protective bracket 21 and a trigger lever 22 with a latch 23 are attached, extending into the annular groove 19 of gravity 21 '. and in the deposition position, i.e. when mounted in the radial openings 28 of the guide tube 11 under gravity 21, performs the function of mechanical locking of the gravity pestle 17. Exhaust holes 27 are drilled in the metal extension 12 of the guide tube 11 above the ring 13 to remove expanding gases 25 from The wheel undercarriage 29 attached to the guide tube 11 facilitates the overhaul of the expansion source according to the invention.

Styková podstava 2 ⁸ expanzním válcem 2 expanzního zdroje seismických vln podle vynálezu se ustaví na povrchu zkoumaného terénu a do nábojové komory 6 se vloží nábojka 2· Na expanzní válec J ^se nasadí vodicí trubka 22» vnitřní výstupky 14 projdou naváděcími drážkami 10 expanzního válce 2 a dosednou na pojistné podpěrné výstupky 16 límcového sedla 15. ^v této poloze, kdy bajonetový spoj 26 není zaklesnut, je expanzní zdroj podle vynálezu zajištěn proti nežádoucí iniciaci, nebot i kdyby gravitační tlouk 17 se uvolnil, nedopadne na nábojku 2, nebot jej zachytí prstenec 22· Pomocí olovnice 24 se expanzní zdroj podle vynálezu ustaví do svislé polohy. Pootočením vodicí trubky 11 o rozteč pojistných podpěrných výstupků 16 je expanzní zdroj odjišten. Spouštěcí pákou 22 se uvolní západka 23 a gravitační tlouk 17 dopadne na expanzní válec 3. Jeho úderv nik 18 přitom roznítí nábojku 2· Kinetická energie gravitačního tlouku 17 se přenese z expanzního válce 2 na stykovou podstavu 2 ^a vyvolá ve zkoumaném terénu elastické vlnění, jehož energii zvyšují expandující plyny 22» působící rázovým přítlakem na stykovou podstavu 2· Expandující plyny 25 působí i směrem nahoru na dutý píst 4» ^{na dn0} nábojky 2 ^a pomocí duté pístnice 2 na gravitační tlouk 22· Dutý píst 4 ^se zvedá, stlačuje nad sebou vzduch, který působí jako pneumatická brzda tlumící nežádoucí zpětný ráz. V horní úvrati dosedne dutý píst 4 na dorazový elastický kroužek 8, který současně utěsňuje dutou pístnici £·Gravitační tlouk 17 pokračuje setrvačností v pohybu směrem nahoru až do výchozí polohy, kde je fixován západkou 23. Nábojka 2 J^e přitom expandujícími plyny 25 vyhozena z nábojovéThe contact base ^{28 with the} expansion cylinder 2 of the seismic expansion source according to the invention is positioned on the surface of the terrain to be examined and a cartridge 2 is inserted into the chamber 6. The guide tube 22 ^is fitted to the expansion cylinder. ^In this position, when the bayonet connection 26 is not engaged, the expansion source according to the invention is secured against unwanted initiation, since even if the gravity beat 17 is released it will not fall on the cartridge 2 since it is caught by the ring 22. By means of a plumb line 24, the expansion source according to the invention is set in a vertical position. By rotating the guide tube 11 by the spacing of the safety support lugs 16, the expansion source is unlocked. The latch 23 releases the latch 23 and the gravitational hammer 17 hits the expansion cylinder 3. Its anvil 18 ignites the cartridge 2. The kinetic energy of the gravitational hammer 17 is transferred from the expansion cylinder 2 to the contact base 2 ^and causes elastic undulations in the terrain. The expanding gases 25 also act upwardly on the hollow piston 4 » ^{on the} cartridge ^bottom 2 ^and by means of the hollow piston rod 2 on the gravity thrust 22 · The hollow piston 4 ^is lifted, compresses the air above it , which acts as a pneumatic brake to dampen unwanted kickback. At TDC piston 4 abuts on the hollow stopper elastic ring 8, which simultaneously seals the hollow stem £ · Gravity inertia ram 17 continues moving upward to the initial position, wherein the pawl is fixed on the 23rd Blank cartridge 2 J ^e 25 while expanding gas ejected from nábojové

227 406 komory £ do vodicí trubky 11. Je-li zkoumaný terén v místě odpalu velmi zpevněný, je zpětný ráz značný a gravitační tlouk 1? Je vyhozen až na ochranný třmen 21 . který se elasticky deformuje a utlumí reaktivní pohyb gravitačního tlouku 17« Vodicí trubka 11 se zvedne až do polohy, v níž vnitřní výstupky 14 bajonetového spoje 26 upravené v prstenci 13 dosednou zespodu na okrajové ozuby ^.expanzního válce 2 (obr. 5). Zbytek reaktiv ní síly je kompenzován hmotností stykové podstavy 1_. Gravitační tlouk 17 se zajistí proti nežádoucímu pádu uložením olovnice 24 do radiálních otvorů 28. Expanzní zdroj podle vynálezu je připraven k přepravě na další lokalitu.227 406 of the chamber 6 into the guide tube 11. If the terrain under investigation at the launch site is very solid, is the recoil significant and the gravitational thickness 1? It is fired up to the safety yoke 21. The guide tube 11 is lifted to a position in which the inner projections 14 of the bayonet joint 26 provided in the ring 13 abut against the edge teeth of the expansion cylinder 2 (FIG. 5). The rest of the reactive force is compensated by the weight of the interface 7. The gravity hammer 17 is secured against unwanted falling by placing the plumb line 24 in the radial openings 28. The expansion source according to the invention is ready for transport to another location.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

227 406

A seismic wave expansion source comprising a contact base, characterized in that an expansion cylinder (3) with a hollow piston (4) and a chamber (6) inside the hollow piston rod (6) is mounted in the face (2) of the contact base (1). 5), on which the guide tube (11) of the gravity hammer (17) provided with a firing pin (18) and an annular groove (19) on top of which the latch (23) of the trigger lever (22) engages by means of a bayonet joint (26) fastened to the sleeve (20) of the guide tube (11) together with the protective yoke (21) of the gravity hammer (17), the guide tube (11) abutting the internal projections (14) of the bayonet joint (26) on the collar seat (15) at the head (2) of the base (1).

Expansion source according to claim 1, characterized in that locking collars (16) are provided on the collar seat (15) below the guide grooves (10) of the expansion cylinder (3).

Expansion source according to Claims 1 and 2, characterized in that a plumb line (24) which is longer than the diameter of the guide tube (11) and for which they are located under the gravity in the guide tube (11) is attached to the lowering lever (22). radial holes (28) are provided with a thickness (17).