一种机械式微震源与监测系统和使用方法与流程

本发明涉及一种机械式微震源与监测系统和使用方法，属于岩体微震监测技术领域。

技术背景

随着浅部资源的逐步减少，大量的矿山向地下深部发展。在巷道及硐室开挖过程中，对深部高地应力造成扰动，使其发生地应力集中和重新分布，导致原本稳定的围岩处于不稳定状态。岩体中积聚的弹性势能在岩体发生非弹性变形(裂纹扩展，岩体滑移失稳等)过程中以地震波的形式逐步或突然释放，从而产生一系列的微震事件。弹性势能的突然无序释放往往会诱发断层滑移或岩爆等灾害的发生，严重制约了矿山的正常生产作业。采用微震监测技术对岩体中发生破裂时的微震事件进行监测并分析处理得到的数据，可以确定微震事件发生的震源位置、震级大小以及能量释放的信息。因此，在深部开采矿山构建微震监测系统势在必行。

传统的微震监测过程都是以爆破做为震源进行监测，为了分析爆破作业对矿山巷道及硐室稳定性的影响，监测的区域多靠近爆破地点，监测到的数据中混杂着大量的爆破事件，而目前还没有方法可以自动准确识别爆破事件和微震事件，大多数都需要靠人们进行手工拾取，该过程不但要耗费大量的人力物力和财力，而且需要花费很长的时间。最主要的，人工拾取的精度不高，这在指导矿山生产的过程中存在很大的弊端。

因此，研发一种既能快速安装且使用简便，又能很好地反映微震震源的可控主动震源是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种既能快速安装且使用简便，又能很好地反映微震震源信息的机械式可控主动震源。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述的机械式可控主动震源的安装使用方法。

为了解决上述的第一个技术问题，本发明提供的一种机械式微震源，所述微震源包括驱动动力、蓄压腔体、安全阀、射能头；

所述蓄压腔体的出气口依次连接有安全阀、射能头；在蓄压腔体上设有进气口，进气口中设有单向阀；所述驱动动力控制蓄压腔体中压力的大小。

本发明一种机械式微震源，所述驱动动力包括电动机(2)、飞轮(3)、曲轴(4)；所述蓄压腔体包括活塞(8)、气缸(9)；所述电动机(2)与电子开关(1)电连接，通过电子开关(1)控制电动机(2)电源的通断，电动机(2)的输出驱动飞轮(3)，飞轮(3)与曲轴(4)的一端连接；曲轴(4)的另一端与设于活塞(8)上的连杆(6)相连，驱动活塞(8)在气缸(9)中往复运动；在气缸(9)上，还设有出气口和进气口；所述出气口依次连接有安全阀、射能头；所述进气口上设有吸气阀(10)；所述安全阀为全启式弹簧安全阀(11)。

本发明一种机械式微震源，所述驱动动力与蓄压腔体的数量一致。

本发明一种机械式微震源，所述电子开关(1)为一个。

本发明一种机械式微震源，多组驱动动力与同一个电子开关(1)电连接，组网实现多震源同时触发。

本发明一种机械式微震源，在气缸(9)上设有2-5个吸气阀(10)。

本发明一种机械式微震源，全启式弹簧安全阀(11)的公称压力根据微震监测实验设计的震动能量大小确定。

本发明一种机械式微震源，与气缸(9)出气口依次连接的安全阀、射能头通过螺纹旋合连接，连接处设有密封垫，防止漏气，保证震源效果；与气缸(9)进气口连接的吸气阀(10)通过螺纹旋合连，连接处设有密封垫。

本发明一种包含机械式微震源的微震监测系统，包括微震源，信号保真盒(5)、微震信号监测装置(7)、控制电脑(12)、微震传感器(14)，其特征在于：微震源的电子开关(1)与控制电脑(12)电连接；微震信号监测装置(7)的一端与控制电脑(12)电连接，另一端依次与信号保真盒(5)、微震传感器(14)电连接，所述微震传感器(14)设置在微震源中的射能头周边，与射能头的距离0.5-500米。

本发明一种包含机械式微震源的微震监测系统的使用方法，包括下述步骤：

第一步：按包含机械式微震源的微震监测系统结构组成连接好个部件；

第二步：根据微震监测试验设计要求，确定机械式微震源的数目及微震传感器数目，安置在待测地点，并与信号保真盒和微震监测系统连接，打开微震监测系统进入数据采集状态；

第三步：根据第二步确定的机械式微震源的数目，在待测地点钻孔，钻孔数量与机械式微震源的数目一致，清孔后，将第一步得到的微震监测系统控制电脑(12)安置在地面，其余部分装入孔中；

第三步：操作控制电脑(12)，触发电子开关(1),使电动机(2)通电开始运转，带动飞轮(3)、曲轴(4)、连杆(6)运动，驱动活塞(8)在气缸(9)内运动，使气缸(9)内的压力急剧增大，当气缸(9)内压力达到全启式弹簧安全阀(11)的临界压力时，安全阀自动打开，高压气流从射能头(13)喷出，对测点产生冲击，形成一个可控主动震源；

第四步：微震信号监测装置(7)采集信号并储存在控制电脑(12)中；信号采集完成后，取出孔中的微震监测系统，清理各个部件之间的杂物，清理完成后，将所述的机械式可控主动震源以及其他所有试验仪器带回。

本发明提供的机械式可控主动微震源中，所述的所有部件均可重复多次使用。

本发明的工作原理简述于下：微震源初始状态下，所述的活塞(8)处于所述的气缸(9)的最右端。所述的电子开关(1)和控制电脑(12)连接，当通过所述的控制电脑触发所述的电子开关之后，接通所述的电动机(2)使其通电，带动所述的飞轮(3)旋转，进而通过所述的曲轴(4)和连杆(6)带动所述的活塞(8)进行运动。所述的飞轮(3)旋转一周之后，所述的电子开关断开，使系统断电停止运转。该过程可分为两个阶段，第一阶段为吸气阶段，该阶段中所述的活塞(8)从最右端向左端滑动，此时所述的吸气阀(10)打开，外界的空气进入所述的气缸(9)。当所述的活塞运动到所述气缸的最左端时，所述的吸气阀关闭，进入第二阶段。该阶段为蓄压阶段，所述的活塞(8)从所述的气缸(9)左端向右运动，使所述的气缸(9)内空气逐渐处于压缩状态，压力急剧增大。当所述的气缸(9)内压力达到所述的全启式弹簧安全阀(11)的临界压力时，安全阀打开，高压气流从所述的射能头(13)喷出，对测点产生冲击，形成一个可控主动震源。

本发明所述的机械式可控主动微震源，可以通过电动机(2)带动飞轮(3)、曲轴(4)和连杆(6)，推动活塞(8)在气缸(9)内进行往复运动，将吸入气缸(9)的空气进行压缩，使气缸(9)内压强急剧增大。当气缸(9)内压强增大至全启式弹簧安全阀(11)的临界压强时，气缸(9)内积累的能量在瞬间冲开全启式弹簧安全阀(11)，通过射能头(13)释放，对待测区域产生冲击，形成可控主动震源。

采用上述技术方案的机械式可控主动微震源及其使用方法，无需停止生产，不会影响正常的生产进程，无污染，无危险，各部件均可循环利用，组网可实现多震源同时触发，几乎不产生负面效果是一种安全、经济、高效的方法。

综上诉述，本发明是一种既能快速安装且使用简便，又能很好地反映微震震源的可控主动震源。

本发明的优势

根据上述内容中，本发明的机械式可控主动震源及其使用方法的优势主要体现在以下几个方面：

1、整个吸气和压缩射能过程为物理过程，无火花，不产生有害气体，不引起爆炸，粉尘少，无飞石，经济环保；

2、不产生破坏性的地震波，对周围环境的影响小；

3、整个处理过程简单，可实现连续作业；

4、设备各部件的储存、运输、使用和回收过程均安全；

5、能量释放可控，射能方向可控，即震源方位可控，组网可实现多震源同时触发；

6、与爆破震源相比较，本发明震源频率低，更接近岩石中真实的微震信号；

7、本发明中所有部件均可重复使用，大大降低了成本，使用过程安全快捷，为微震监测提供硬件设备支撑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的使用布置示意图。

具体实施方式

实施例1

一种机械式微震源，所述微震源包括驱动动力、蓄压腔体、安全阀、射能头；所述驱动动力包括电动机(2)、飞轮(3)、曲轴(4)；所述蓄压腔体包括活塞(8)、气缸(9)；所述电动机(2)与电子开关(1)电连接，通过电子开关(1)控制电动机(2)电源的通断，电动机(2)的输出驱动飞轮(3)，飞轮(3)与曲轴(4)的一端连接；曲轴(4)的另一端与设于活塞(8)上的连杆(6)相连，驱动活塞(8)在气缸(9)中往复运动；在气缸(9)上，还设有出气口1个，进气口2个；所述出气口依次连接有安全阀(11)、射能头(13)；所述2个进气口上分别设有吸气阀(10)；所述安全阀为全启式弹簧安全阀(11)；

与气缸(9)出气口依次连接的安全阀(11)、射能头(13)通过螺纹旋合连接，连接处设有密封垫，防止漏气，保证震源效果；与气缸(9)进气口连接的吸气阀(10)通过螺纹旋合连，连接处设有密封垫。

实施例2

一种机械式微震源，与实施例1的区别在于：

一个电子开关(1)同时与3个驱动动力相连，组网实现多震源同时触发；驱动动力与蓄压腔体的数量一致。

实施例3

一种包含机械式微震源的微震监测系统，包括微震源，信号保真盒(5)、微震信号监测装置(7)、控制电脑(12)、微震传感器(14)，其特征在于：微震源的电子开关(1)与控制电脑(12)电连接；微震信号监测装置(7)的一端与控制电脑(12)电连接，另一端依次与信号保真盒(5)、微震传感器(14)电连接，所述微震传感器(14)设置在微震源中的射能头周边，与射能头的平均距离50米。

实施例4

一种包含机械式微震源的微震监测系统，与实施例3的区别在于：

一个电子开关(1)一端与控制电脑(12)电连接，另一端同时与5个驱动动力相连，组网实现多震源同时触发；驱动动力与蓄压腔体的数量一致；微震传感器(14)与射能头的距离在1-250米。

实施例5

一种包含机械式微震源的微震监测系统的使用方法，包括下述步骤：

第一步：连接好微震监测系统；

第二步：根据微震监测试验设计要求，确定机械式微震源的数目及微震传感器数目均为3个，安置在待测地点，并与信号保真盒和微震监测系统连接，打开微震监测系统进入数据采集状态；

第三步：在待测地点钻3个孔，清孔后，将第一步得到的微震监测系统控制电脑(12)安置在地面，其余部分分别装入3个孔中；

第三步：操作控制电脑(12)，触发电子开关(1),分别使3个电动机(2)通电开始运转，带动飞轮(3)、曲轴(4)、连杆(6)运动，驱动活塞(8)在气缸(9)内运动，使气缸(9)内的压力急剧增大，当气缸(9)内压力达到全启式弹簧安全阀(11)的临界压力时，安全阀自动打开，高压气流从射能头(13)喷出，对测点产生冲击，形成3个可控主动震源；

第四步：微震信号监测装置(7)采集信号并储存在控制电脑(12)中；信号采集完成后，取出孔中的微震监测系统，清理各个部件之间的杂物，清理完成后，将所述的机械式可控主动微震源以及其他所有试验仪器带回。