高蓄能定位定向主动激励震源炮及使用方法
【专利摘要】一种高蓄能定位定向主动激励震源炮及使用方法，适用于矿井地震勘探使用。包括滑移支固架和安装在滑移支固架上的炮体，滑移支固架包括套管固定夹托和设在套管固定夹托底部的三条滑移支固架腿，炮体包括炮管和绞盘装置；使用时先将高蓄能定位定向主动激励震源炮主体固定，转动绞盘机，带动绞车卷筒旋转，使抗拉钢丝绳拉紧，带动拉动抗冲击钢棒滑动，使高承压弹簧收缩变形；使用时，触发安全制动锁，高承压弹簧在无约束状态下即推动抗冲击钢棒在脱离高承压弹簧后瞬间高速撞击目标物体，形成震源。其成本低，易维护，结构简单，携带轻便，经济可靠，操作简易，手持与固定作业兼顾，具有震动效应连续可调特性，适用于各类固相介质内的地震勘探工程。
【专利说明】
高蓄能定位定向主动激励震源炮及使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种主动激励震源炮及使用方法，尤其适用于矿井地震勘探使用的高蓄能定位定向主动激励震源炮及使用方法。
【背景技术】
[0002]以冲击地压、煤与瓦斯突出、突水为主的矿井地质动力灾害已成为当前我国煤炭工业安全领域的主要问题。作为地采煤矿采掘生产活动与工程建设活动过程中的诱发性灾害，动力灾害事故发生的频次和影响范围正随着开采深度的逐年增加而增大。
[0003]针对这类灾害，常规矿山动力监测方法与技术已不能较好地满足采掘生产活动中临灾预警的安全需求。一批建立于应用地球物理原理与方法的技术手段应运而生。其中，以矿井地震勘探为代表的灾害预警技术在近些年如火如荼地推广开来，并逐渐在动力灾害的评价与预报方面发挥着举足轻重的作用。
[0004]矿井地震勘探是确保煤矿安全开采的关键技术之一，探查工作面及围岩内部的构造分布特性，为矿井地质动力灾害源提供诊断基础，是实现煤矿安全高效生产的重要前提。随着煤矿开采深度的增加，地质赋存构造越来越复杂，对矿井地震勘探技术的需求也越来越突出。
[0005]矿井地震勘探是运用弹性波传播原理，采用锤击、爆破、地震枪、电火花等震源产生的物理波场实施工程检测与勘探，是纵波、横波、槽波、面波勘探的总称;矿井地震勘探主要以煤岩体作为对象，基于物理波场的反射、折射、透射及频散特性来探查煤岩体的不连续性，以及与之相关的地质构造破坏和地质异常体;激励震动波在煤岩介质内传播时，检波器接收到震动波的波动数据，可根据震动波的物理和数学关系反演煤岩介质的物理特性。
[0006]以锤击作为震源时，锤头加速下落，撞击在锤垫上，通过锤垫把能量传递给煤岩体；以炸药作为震源时，炸药爆炸产生的高温高压气体迅速膨胀形成瞬时脉冲力，并作用于煤岩体，产生震动波;这类主动震源激发操作存在人工锤击劳动强度大、主动激震效应偏弱及爆破激震危险性高、对围岩稳定性控制不利的技术问题，严重影响了矿井地震勘探技术预测预报地质动力灾害的时效性。
【发明内容】
[0007]针对上述技术问题，本发明提供一种结构简单，使用方便，作业效率高，安全可靠，有效降低人工劳动强度，产生主动激震效应可控性好，危险性低的高蓄能定位定向主动激励震源炮及使用方法。
[0008]为实现上述技术目的，本发明的高蓄能定位定向主动激励震源炮，它包括滑移支固架和安装在滑移支固架上的炮体，滑移支固架包括套管固定夹托和设在套管固定夹托底部的三条滑移支固架腿，炮体包括炮管和绞盘装置；
[0009]所述炮管包括不锈钢套管，锈钢套管侧面设有套管扶手，锈钢套管内设有高承压弹簧，锈钢套管尾部设有防止弹簧滑出的结构，在高承压弹簧前端设有抗冲击钢棒，抗冲击钢棒尾部设有抗拉钢丝绳，抗拉钢丝绳穿过炮管与绞盘装置相连接，抗冲击钢棒通过高承压弹簧和抗拉钢丝绳在不锈钢套管内前后伸缩；
[0010]所述绞盘装置包括绞盘机架，绞盘机架顶部设有绞盘把手，绞盘机架上设有绞盘机，绞盘机包括转轴，转轴上设有与抗拉钢丝绳相连接的绞车卷筒，绞盘机上设有安全制动锁，绞盘机包括一大一小两个齿轮相互咬合的绞盘齿轮，两个绞盘齿轮上设有绞盘保护罩。
[0011]所述的绞盘机为手摇绞盘机或电动绞盘机;所述的抗冲击钢棒为高强度440C不锈钢，安全制动锁为正反转合金钢刹车叉头。
[0012]—种高蓄能定位定向主动激励震源炮使用方法，其步骤如下:
[0013]将滑移支固架的三条滑移支固架腿固定在矿井地震勘探的待激震区域处，调节滑移支固架的套管固定夹托，将炮管的不锈钢套管与套管固定夹托完全夹合固定，根据测试需要使炮体与待激震区域地面形成-90°?+90°范围内的可调角度；
[0014]旋转绞盘机，绞盘机内绞盘齿轮转动，绞盘齿轮转轴上的绞车卷筒旋转并向抗拉钢丝绳产生拉力，抗拉钢丝绳带动连接的抗冲击钢棒在不锈钢套管内收缩，并迫使高承压弹簧蓄力收缩；
[0015]旋转绞盘机时，通过安全制动锁使绞盘机的绞盘齿轮保持在自锁状态，当高承压弹簧蓄力收缩至需要位置后，将不锈钢套管的管口对准并接触待激震区域处的目标物，开启安全制动锁的锁定，高承压弹簧在无约束状态下即推动抗冲击钢棒在不锈钢套管内快速滑移，抗冲击钢棒在高承压弹簧的作用下撞击目标物体，从而在目标物体内部产生高能透射震动波。
[0016]有益效果:利用绞盘机和高承压弹簧控制抗冲击钢棒对目标物体撞击，定位定向，激震效应显著，不使用人力锤击目标物体，劳动强度低，克服了人工锤击激震效应弱及爆破激震危险性高的问题，安全高效;基于高承压弹簧的弹性收缩变形特性积蓄大量弹性能量，操作全程能量转化率高，抗冲击钢棒撞击目标物瞬间的能量输出率高；高蓄能定位定向主动激励震源炮结构简单，携带轻便，单次激震成功率高，有效避免重复性作业和检查;不锈钢套管管口与目标物体对接，接触点为主动激震震源点，抗冲击钢棒运动方向为能量传播扩散主方向，可360度全方位制造人工震源;抗冲击钢棒撞击目标物体不产生火花，对作业环境具有良好适应能力。
【附图说明】
[0017]图1为本发明高蓄能定位定向主动激励震源炮结构正视示意图
[0018]图2为本发明高蓄能定位定向主动激励震源炮结构俯视示意图
[0019]图3为本发明高蓄能定位定向主动激励震源炮的滑移支固架结构正视示意图
[0020]图中:1-不锈钢套管，2-抗冲击钢棒，3-高承压弹簧，4-手摇绞盘机，5-安全制动锁，6-抗拉钢丝绳，7-套管扶手，8-绞盘保护罩，9-绞盘齿轮，10-绞盘机架，11-绞盘把手，12-滑移支固架腿，13-套管固定夹托。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图对发明进一步说明:
[0022]如图1和图2所示，本发明的高蓄能定位定向主动激励震源炮，包括滑移支固架和安装在滑移支固架上的炮体，如图3所示，滑移支固架包括套管固定夹托13和设在套管固定夹托13底部的三条滑移支固架腿12，炮体包括炮管和绞盘装置；
[0023]所述炮管包括不锈钢套管I，锈钢套管I侧面设有套管扶手7，锈钢套管I内设有高承压弹簧3，锈钢套管I尾部设有防止弹簧滑出的结构，在高承压弹簧3前端设有抗冲击钢棒2，抗冲击钢棒2尾部设有抗拉钢丝绳6，抗拉钢丝绳6穿过炮管与绞盘装置相连接，抗冲击钢棒2通过高承压弹簧3和抗拉钢丝绳6在不锈钢套管I内前后伸缩；
[0024]所述绞盘装置包括绞盘机架10，绞盘机架10顶部设有绞盘把手11，绞盘机架10上设有绞盘机4，绞盘机4包括转轴，转轴上设有与抗拉钢丝绳6相连接的绞车卷筒，绞盘机4上设有安全制动锁5，绞盘机4包括一大一小两个齿轮相互咬合的绞盘齿轮9，两个绞盘齿轮9上设有绞盘保护罩8;所述的绞盘机4为手摇绞盘机或电动绞盘机。
[0025]—种高蓄能定位定向主动激励震源炮使用方法，，其步骤如下:
[0026]将滑移支固架的三条滑移支固架腿12固定在矿井地震勘探的待激震区域处，调节滑移支固架的套管固定夹托13，将炮管的不锈钢套管I与套管固定夹托13完全夹合固定，根据测试需要使炮体与待激震区域地面形成-90°?+90°范围内的可调角度；
[0027]旋转绞盘机4，绞盘机4内绞盘齿轮9转动，绞盘齿轮9转轴上的绞车卷筒旋转并向抗拉钢丝绳6产生拉力，抗拉钢丝绳6带动连接的抗冲击钢棒2在不锈钢套管I内收缩，并迫使高承压弹簧3蓄力收缩；
[0028]旋转绞盘机4时，通过安全制动锁5使绞盘机4的绞盘齿轮9保持在自锁状态，当高承压弹簧3蓄力收缩至需要位置后，将不锈钢套管I的管口对准并接触待激震区域处的目标物，开启安全制动锁5的锁定，高承压弹簧3在无约束状态下即推动抗冲击钢棒2在不锈钢套管I内快速滑移，抗冲击钢棒2在高承压弹簧3的作用下撞击目标物体，从而在目标物体内部产生高能透射震动波。
[0029]利用震动波传感器采集目标物体内部产生高能透射震动波，通过工程地球物理勘探的方法反演目标物体的内部物理构造特性。
[0030]工作原理:在矿井地震勘探的待激震区域，将滑移支固架的三条支腿12分开并保持在牢固节位，调整套管固定夹托13的角度与方位;将高蓄能定位定向主动激励震源炮主体固定，不锈钢套管I与套管固定夹托13完全夹合;通过手摇绞盘机4的平缓转动，带动以齿轮驱动9的绞车卷筒旋转，并使绕在绞车卷筒上的抗拉钢丝绳6拉紧，拉动抗冲击钢棒2在不锈钢套管I内平顺滑动，绞盘钢丝绳6产生的牵引力通过抗冲击钢棒2的滑移迫使高承压弹簧3缓慢收缩变形;高承压弹簧3在被压缩过程中，抗冲击钢棒2始终触发安全制动锁5，使安全制动锁5保持在自锁状态;使用时，将不锈钢套管I管口对准并接触目标物，调整不锈钢套管I方向，推开制动拨片，触发安全制动锁5处于关闭状态，高承压弹簧3在无约束状态下即推动抗冲击钢棒2在不锈钢套管I内快速滑移，抗冲击钢棒2在脱离高承压弹簧3后瞬间高速撞击目标物体;从而在目标物体内部产生强烈震动效应。
【主权项】
1.一种高蓄能定位定向主动激励震源炮，其特征在于:它包括滑移支固架和安装在滑移支固架上的炮体，滑移支固架包括套管固定夹托(13)和设在套管固定夹托(I 3)底部的三条滑移支固架腿(12)，炮体包括炮管和绞盘装置； 所述炮管包括不锈钢套管(I)，锈钢套管(I)侧面设有套管扶手(7)，锈钢套管(I)内设有高承压弹簧(3)，锈钢套管(I)尾部设有防止弹簧滑出的结构，在高承压弹簧(3)前端设有抗冲击钢棒(2)，抗冲击钢棒(2)尾部设有抗拉钢丝绳(6)，抗拉钢丝绳(6)穿过炮管与绞盘装置相连接，抗冲击钢棒(2)通过高承压弹簧(3)和抗拉钢丝绳(6)在不锈钢套管(I)内前后伸缩； 所述绞盘装置包括绞盘机架(10)，绞盘机架(10)顶部设有绞盘把手(11)，绞盘机架(10)上设有绞盘机(4)，绞盘机(4)包括转轴，转轴上设有与抗拉钢丝绳(6)相连接的绞车卷筒，绞盘机(4)上设有安全制动锁(5)，绞盘机(4)包括一大一小两个齿轮相互咬合的绞盘齿轮(9)，两个绞盘齿轮(9)上设有绞盘保护罩(8)。2.根据权利要求1所述的高蓄能定位定向主动激励震源炮，其特征在于:所述的绞盘机(4)为手摇绞盘机或电动绞盘机。3.根据权利要求1所述的高蓄能定位定向主动激励震源炮，其特征在于:所述的抗冲击钢棒(2)为高强度440C不锈钢，安全制动锁(5)为正反转合金钢刹车叉头。4.一种使用权利要求1所述装置的高蓄能定位定向主动激励震源炮使用方法，其特征在于步骤如下: 将滑移支固架的三条滑移支固架腿(12)固定在矿井地震勘探的待激震区域处，调节滑移支固架的套管固定夹托(13)，将炮管的不锈钢套管(I)与套管固定夹托(13)完全夹合固定，根据测试需要使炮体与待激震区域地面形成-90°?+90°范围内的可调角度； 旋转绞盘机(4)，绞盘机(4)内绞盘齿轮(9)转动，绞盘齿轮(9)转轴上的绞车卷筒旋转并向抗拉钢丝绳(6)产生拉力，抗拉钢丝绳(6)带动连接的抗冲击钢棒(2)在不锈钢套管(I)内收缩，并迫使高承压弹簧(3)蓄力收缩； 旋转绞盘机(4)时，通过安全制动锁(5)使绞盘机(4)的绞盘齿轮(9)保持在自锁状态，当高承压弹簧(3)蓄力收缩至需要位置后，将不锈钢套管(I)的管口对准并接触待激震区域处的目标物，开启安全制动锁(5)的锁定，高承压弹簧(3)在无约束状态下即推动抗冲击钢棒(2)在不锈钢套管(I)内快速滑移，抗冲击钢棒(2)在高承压弹簧(3)的作用下撞击目标物体，从而在目标物体内部产生高能透射震动波。
【文档编号】G01V1/143GK105891876SQ201610222504
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】张明伟, 刘盛东, 刘树才, 陈彦龙, 孟庆彬
【申请人】中国矿业大学