[发明专利]基于储能弹簧人工激发可控震动波装置及方法

说明书

一种基于储能弹簧人工激发可控震动波装置及方法，适用于煤矿采煤工作面及其相邻巷道内。以人工方法激发的地震波，在向对面巷道或者邻近巷道传播时，遇到不同密度的煤岩层，地震波波速将发生变化，在不同地点用拾震传感器接收的地震波信号与震源特性、位置以及地震波经过的煤岩层性质和结构有关。通过对地震波处理和分析，能推断煤(岩)层的速度变化，得出煤(岩)层应力分布规律。这种已知震源位置和发震时刻进行波速测量和反演应力分布的方法，称为主动反演法，一般反演精度可达到五米以内。人工激发可控震动波的方法在矿上应用性强、简单、易操作，能安全有效地达到主动反演的作用效果，从而推断出煤(岩)层性质、结构和应力场分布规律。

技术领域

本发明涉及一种人工激发可控震动波装置及方法，尤其是一种适用于地震层析成像CT探测中产生可控震动波的基于储能弹簧人工激发可控震动波的装置及方法。

背景技术

目前，我国矿井发生冲击矿压的次数和强度越来越大，严重威胁着矿井煤炭资源安全开采和矿工人身安全。煤矿冲击矿压问题与煤岩体应力条件密切相关，通过研究煤岩体内的应力分布，分析预测煤岩体发生冲击矿压和其他矿压显现现象的危险。依据波速和煤岩层应力间的对应关系，通过CT方法反演波速可大范围得到煤岩体的应力分布特征，进而实现高分辨率、大范围监测和预警冲击矿压或强矿震危险分布区域。

近年来，该技术广泛应用在煤矿领域，尤其是冲击矿压矿井以及矿压显现强烈的矿井应用更普遍。这种震动波探测技术根据震源的不同可分别为主动与被动探测技术，其中主动CT技术优点在于震源位置是已知的，并可以人工优化选择，一般通过人工炸药或锤击的方式激发震动波。但是在煤层工作面或巷道内进行人工放置炸药，并放炮产生震动波震源时，工作面一般要停产并且在放炮范围内撤离所有人员，影响矿井工作面正常开采，浪费人力物力，安全隐患较多。同时，放炮强度难以准确控制且不能重复产生震动波，影响测试参数的准确性，从而难以达到地震CT探测技术的作用效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、具有很高的可控性、安全性、稳定性、重复性以及一致性的基于储能弹簧人工激发可控震动波的方法。

技术方案：本发明的一种基于储能弹簧人工激发可控震动波的装置，包括储能弹簧击打机构和动力驱动机构；

所述的储能弹簧击打机构包括左基座、右基座、储能弹簧、张拉器、气缸、敲击锤和可拉伸绞绳；所述的敲击锤的锤臂固定在左基座和右基座之间，由可拉伸绞绳连接左基座和右基座且绕在敲击锤的锤臂底端转轴上，敲击锤的锤臂一侧设有储能弹簧，另一侧连接张拉器和气缸；所述的储能弹簧的一端与锤臂相连，另一端固定在左基座的左侧；所述的气缸的活塞杆一端铰接固定在锤臂上，气缸的底部铰接固定在右基座的右侧，气缸的活塞杆上设有来回移动的张拉器；所述的右基座的左侧设有离合拉管保护罩，在保护罩的顶部固定有弹簧挂钩；

所述的动力驱动机构包括离合拉管、离合拉管进风口、左闭气阀、右闭气阀、启动阀、张拉器和气缸；所述的离合拉管一端经离合拉管进风口与气路相连，另一端经支管分别与张拉器和气缸相连接，通过压风驱动张拉器和气缸，所述的离合拉管上间隔设有位于左基座、右基座下方的左闭气阀和右闭气阀，左闭气阀和右闭气阀上分别设有铰接在左基座和右基座上的拨杆，通过锤臂推压拨杆控制左右两个闭气阀的打开、关闭，进而控制离合拉管中的压风，所述的启动阀设在位于左闭气阀和右闭气阀出入口离合拉管的旁通管路上，配合左闭气阀和右闭气阀控制离合拉管中的压风。

一种使用上述的基于储能弹簧人工激发可控震动波装置的方法，包括如下步骤：

a.在井下工作面轨道顺槽或者皮带顺槽指定位置安装可控震动波的装置，将巷道中压风管道内的压风接入离合拉管进风口，初始状态时，敲击锤与煤岩体相接触，储能弹簧处于收缩状态，敲击锤的锤臂压在左闭气阀上的拨杆上，使得离合拉管管路中没有压风，气缸中也没有压风，气缸的活塞杆以及张拉器均不能运动；左闭气阀和启动阀初始状态为关闭状态，而右闭气阀处于打开状态，当左闭气阀上的拨杆上不被锤臂压着时处于打开状态，关闭启动阀；