一種機械式微震源與監測系統和使用方法與流程
2023-06-06 14:03:11 2
本發明涉及一種機械式微震源與監測系統和使用方法，屬於巖體微震監測技術領域。
技術背景
隨著淺部資源的逐步減少，大量的礦山向地下深部發展。在巷道及硐室開挖過程中，對深部高地應力造成擾動，使其發生地應力集中和重新分布，導致原本穩定的圍巖處於不穩定狀態。巖體中積聚的彈性勢能在巖體發生非彈性變形(裂紋擴展，巖體滑移失穩等)過程中以地震波的形式逐步或突然釋放，從而產生一系列的微震事件。彈性勢能的突然無序釋放往往會誘發斷層滑移或巖爆等災害的發生，嚴重製約了礦山的正常生產作業。採用微震監測技術對巖體中發生破裂時的微震事件進行監測並分析處理得到的數據，可以確定微震事件發生的震源位置、震級大小以及能量釋放的信息。因此，在深部開採礦山構建微震監測系統勢在必行。
傳統的微震監測過程都是以爆破做為震源進行監測，為了分析爆破作業對礦山巷道及硐室穩定性的影響，監測的區域多靠近爆破地點，監測到的數據中混雜著大量的爆破事件，而目前還沒有方法可以自動準確識別爆破事件和微震事件，大多數都需要靠人們進行手工拾取，該過程不但要耗費大量的人力物力和財力，而且需要花費很長的時間。最主要的，人工拾取的精度不高，這在指導礦山生產的過程中存在很大的弊端。
因此，研發一種既能快速安裝且使用簡便，又能很好地反映微震震源的可控主動震源是非常有必要的。
技術實現要素：
本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種既能快速安裝且使用簡便，又能很好地反映微震震源信息的機械式可控主動震源。
本發明所要解決的第二個技術問題是提供上述的機械式可控主動震源的安裝使用方法。
為了解決上述的第一個技術問題，本發明提供的一種機械式微震源，所述微震源包括驅動動力、蓄壓腔體、安全閥、射能頭；
所述蓄壓腔體的出氣口依次連接有安全閥、射能頭；在蓄壓腔體上設有進氣口，進氣口中設有單向閥；所述驅動動力控制蓄壓腔體中壓力的大小。
本發明一種機械式微震源，所述驅動動力包括電動機(2)、飛輪(3)、曲軸(4)；所述蓄壓腔體包括活塞(8)、氣缸(9)；所述電動機(2)與電子開關(1)電連接，通過電子開關(1)控制電動機(2)電源的通斷，電動機(2)的輸出驅動飛輪(3)，飛輪(3)與曲軸(4)的一端連接；曲軸(4)的另一端與設於活塞(8)上的連杆(6)相連，驅動活塞(8)在氣缸(9)中往復運動；在氣缸(9)上，還設有出氣口和進氣口；所述出氣口依次連接有安全閥、射能頭；所述進氣口上設有吸氣閥(10)；所述安全閥為全啟式彈簧安全閥(11)。
本發明一種機械式微震源，所述驅動動力與蓄壓腔體的數量一致。
本發明一種機械式微震源，所述電子開關(1)為一個。
本發明一種機械式微震源，多組驅動動力與同一個電子開關(1)電連接，組網實現多震源同時觸發。
本發明一種機械式微震源，在氣缸(9)上設有2-5個吸氣閥(10)。
本發明一種機械式微震源，全啟式彈簧安全閥(11)的公稱壓力根據微震監測實驗設計的震動能量大小確定。
本發明一種機械式微震源，與氣缸(9)出氣口依次連接的安全閥、射能頭通過螺紋旋合連接，連接處設有密封墊，防止漏氣，保證震源效果；與氣缸(9)進氣口連接的吸氣閥(10)通過螺紋旋合連，連接處設有密封墊。
本發明一種包含機械式微震源的微震監測系統，包括微震源，信號保真盒(5)、微震信號監測裝置(7)、控制電腦(12)、微震傳感器(14)，其特徵在於：微震源的電子開關(1)與控制電腦(12)電連接；微震信號監測裝置(7)的一端與控制電腦(12)電連接，另一端依次與信號保真盒(5)、微震傳感器(14)電連接，所述微震傳感器(14)設置在微震源中的射能頭周邊，與射能頭的距離0.5-500米。
本發明一種包含機械式微震源的微震監測系統的使用方法，包括下述步驟：
第一步：按包含機械式微震源的微震監測系統結構組成連接好個部件；
第二步：根據微震監測試驗設計要求，確定機械式微震源的數目及微震傳感器數目，安置在待測地點，並與信號保真盒和微震監測系統連接，打開微震監測系統進入數據採集狀態；
第三步：根據第二步確定的機械式微震源的數目，在待測地點鑽孔，鑽孔數量與機械式微震源的數目一致，清孔後，將第一步得到的微震監測系統控制電腦(12)安置在地面，其餘部分裝入孔中；
第三步：操作控制電腦(12)，觸發電子開關(1),使電動機(2)通電開始運轉，帶動飛輪(3)、曲軸(4)、連杆(6)運動，驅動活塞(8)在氣缸(9)內運動，使氣缸(9)內的壓力急劇增大，當氣缸(9)內壓力達到全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時，安全閥自動打開，高壓氣流從射能頭(13)噴出，對測點產生衝擊，形成一個可控主動震源；
第四步：微震信號監測裝置(7)採集信號並儲存在控制電腦(12)中；信號採集完成後，取出孔中的微震監測系統，清理各個部件之間的雜物，清理完成後，將所述的機械式可控主動震源以及其他所有試驗儀器帶回。
本發明提供的機械式可控主動微震源中，所述的所有部件均可重複多次使用。
本發明的工作原理簡述於下：微震源初始狀態下，所述的活塞(8)處於所述的氣缸(9)的最右端。所述的電子開關(1)和控制電腦(12)連接，當通過所述的控制電腦觸發所述的電子開關之後，接通所述的電動機(2)使其通電，帶動所述的飛輪(3)旋轉，進而通過所述的曲軸(4)和連杆(6)帶動所述的活塞(8)進行運動。所述的飛輪(3)旋轉一周之後，所述的電子開關斷開，使系統斷電停止運轉。該過程可分為兩個階段，第一階段為吸氣階段，該階段中所述的活塞(8)從最右端向左端滑動，此時所述的吸氣閥(10)打開，外界的空氣進入所述的氣缸(9)。當所述的活塞運動到所述氣缸的最左端時，所述的吸氣閥關閉，進入第二階段。該階段為蓄壓階段，所述的活塞(8)從所述的氣缸(9)左端向右運動，使所述的氣缸(9)內空氣逐漸處於壓縮狀態，壓力急劇增大。當所述的氣缸(9)內壓力達到所述的全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時，安全閥打開，高壓氣流從所述的射能頭(13)噴出，對測點產生衝擊，形成一個可控主動震源。
本發明所述的機械式可控主動微震源，可以通過電動機(2)帶動飛輪(3)、曲軸(4)和連杆(6)，推動活塞(8)在氣缸(9)內進行往復運動，將吸入氣缸(9)的空氣進行壓縮，使氣缸(9)內壓強急劇增大。當氣缸(9)內壓強增大至全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓強時，氣缸(9)內積累的能量在瞬間衝開全啟式彈簧安全閥(11)，通過射能頭(13)釋放，對待測區域產生衝擊，形成可控主動震源。
採用上述技術方案的機械式可控主動微震源及其使用方法，無需停止生產，不會影響正常的生產進程，無汙染，無危險，各部件均可循環利用，組網可實現多震源同時觸發，幾乎不產生負面效果是一種安全、經濟、高效的方法。
綜上訴述，本發明是一種既能快速安裝且使用簡便，又能很好地反映微震震源的可控主動震源。
本發明的優勢
根據上述內容中，本發明的機械式可控主動震源及其使用方法的優勢主要體現在以下幾個方面：
1、整個吸氣和壓縮射能過程為物理過程，無火花，不產生有害氣體，不引起爆炸，粉塵少，無飛石，經濟環保；
2、不產生破壞性的地震波，對周圍環境的影響小；
3、整個處理過程簡單，可實現連續作業；
4、設備各部件的儲存、運輸、使用和回收過程均安全；
5、能量釋放可控，射能方向可控，即震源方位可控，組網可實現多震源同時觸發；
6、與爆破震源相比較，本發明震源頻率低，更接近巖石中真實的微震信號；
7、本發明中所有部件均可重複使用，大大降低了成本，使用過程安全快捷，為微震監測提供硬體設備支撐。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的使用布置示意圖。
具體實施方式
實施例1
一種機械式微震源，所述微震源包括驅動動力、蓄壓腔體、安全閥、射能頭；所述驅動動力包括電動機(2)、飛輪(3)、曲軸(4)；所述蓄壓腔體包括活塞(8)、氣缸(9)；所述電動機(2)與電子開關(1)電連接，通過電子開關(1)控制電動機(2)電源的通斷，電動機(2)的輸出驅動飛輪(3)，飛輪(3)與曲軸(4)的一端連接；曲軸(4)的另一端與設於活塞(8)上的連杆(6)相連，驅動活塞(8)在氣缸(9)中往復運動；在氣缸(9)上，還設有出氣口1個，進氣口2個；所述出氣口依次連接有安全閥(11)、射能頭(13)；所述2個進氣口上分別設有吸氣閥(10)；所述安全閥為全啟式彈簧安全閥(11)；
與氣缸(9)出氣口依次連接的安全閥(11)、射能頭(13)通過螺紋旋合連接，連接處設有密封墊，防止漏氣，保證震源效果；與氣缸(9)進氣口連接的吸氣閥(10)通過螺紋旋合連，連接處設有密封墊。
實施例2
一種機械式微震源，與實施例1的區別在於：
一個電子開關(1)同時與3個驅動動力相連，組網實現多震源同時觸發；驅動動力與蓄壓腔體的數量一致。
實施例3
一種包含機械式微震源的微震監測系統，包括微震源，信號保真盒(5)、微震信號監測裝置(7)、控制電腦(12)、微震傳感器(14)，其特徵在於：微震源的電子開關(1)與控制電腦(12)電連接；微震信號監測裝置(7)的一端與控制電腦(12)電連接，另一端依次與信號保真盒(5)、微震傳感器(14)電連接，所述微震傳感器(14)設置在微震源中的射能頭周邊，與射能頭的平均距離50米。
實施例4
一種包含機械式微震源的微震監測系統，與實施例3的區別在於：
一個電子開關(1)一端與控制電腦(12)電連接，另一端同時與5個驅動動力相連，組網實現多震源同時觸發；驅動動力與蓄壓腔體的數量一致；微震傳感器(14)與射能頭的距離在1-250米。
實施例5
一種包含機械式微震源的微震監測系統的使用方法，包括下述步驟：
第一步：連接好微震監測系統；
第二步：根據微震監測試驗設計要求，確定機械式微震源的數目及微震傳感器數目均為3個，安置在待測地點，並與信號保真盒和微震監測系統連接，打開微震監測系統進入數據採集狀態；
第三步：在待測地點鑽3個孔，清孔後，將第一步得到的微震監測系統控制電腦(12)安置在地面，其餘部分分別裝入3個孔中；
第三步：操作控制電腦(12)，觸發電子開關(1),分別使3個電動機(2)通電開始運轉，帶動飛輪(3)、曲軸(4)、連杆(6)運動，驅動活塞(8)在氣缸(9)內運動，使氣缸(9)內的壓力急劇增大，當氣缸(9)內壓力達到全啟式彈簧安全閥(11)的臨界壓力時，安全閥自動打開，高壓氣流從射能頭(13)噴出，對測點產生衝擊，形成3個可控主動震源；
第四步：微震信號監測裝置(7)採集信號並儲存在控制電腦(12)中；信號採集完成後，取出孔中的微震監測系統，清理各個部件之間的雜物，清理完成後，將所述的機械式可控主動微震源以及其他所有試驗儀器帶回。