一种用于煤岩体应力测量的震源设备

技术领域

本发明涉煤矿应力技术领域，特别涉及一种用于煤岩体应力测量的震源设备。

背景技术

冲击地压，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致煤岩爆裂并弹射出来的现象。冲击地压会导致顶板事故，破坏井巷，并造成人员伤亡，毁坏设备，污染作业环境。尤其是随着我国煤矿开采深度的不断增加，冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和广大煤矿职工的生命安全造成了极大的威胁。

目前，对冲击地压突出的矿山进行煤矿应力测量是监测微震发生的重要技术手段，即是通过地震波穿越煤岩体时的能量变化，得到煤岩体内部的地震波速和地震波衰减系数分布图像，以此推断煤岩体内部由地质及开采因素造成的应力异常区、煤岩体破碎区、地质构造等典型地质异常区域的分布情况。

而地震波的产生需要振动源，目前国内外的震动源主要是使用炸药为主，由于炸药量的多少、爆炸介质的岩性、炸药包形状及其与爆炸介质的耦合等因素，对地震波的形状、波的振幅、频率等特点有重要的影响，因此炸药作为振动源不仅成本高而且操作过程繁琐。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种用于煤岩体应力测量的震源设备，将人工震源作为振动源代替炸药发出振动波穿越被测的煤岩体，为煤岩应力的测量与结构分析提供了新手段，并且使用时高效、便捷并且安全性高。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明实施例提供了一种用于煤岩体应力测量的震源设备，包括轨道、移动装置和人工震源；所述轨道设置在第一煤岩体侧，所述移动装置可移动地连接于所述轨道上；所述人工震源连接在所述移动装置的下方；

所述人工震源包括壳体、电磁震源和压紧机构；所述电磁震源和所述压紧机构可移动的连接在所述壳体内；

所述人工震源还包括控制机构，所述控制机构分别与所述电磁震源、所述压紧机构和所述移动装置连接；

所述控制机构用于控制所述移动装置移动到待测位置并启动所述电磁震源向所述第一煤岩体侧移动并与所述第一煤岩体相抵，以及控制所述压紧机构向与所述第一煤岩体相对的第二煤岩体侧移动并与所述第二煤岩体相抵，以使所述电磁震源压紧所述第一煤岩体。

可选地，所述压紧机构包括液压支柱和液压控制系统，所述液压控制系统用于驱动所述液压支柱沿着所述壳体的轴向向所述第二煤岩体侧移动；

所述液压支柱上连接有压力传感器，所述压力传感器用于反馈所述液压支柱与所述第二煤岩体之间压力。

可选地，所述压紧机构还包括摄像头，所述摄像头设置于所述壳体的端部且位于所述壳体的中心。

可选地，与所述第一煤岩体相对的所述电磁震源的端部连接有耦合器，所述耦合器用于将所述电磁震源与所述第一煤岩体紧密耦合。

可选地，所述移动装置包括第一滚轮、第二滚轮、传动链和电机，所述第一滚轮与所述第二滚轮通过所述传动链连接，所述第一滚轮挂接在所述轨道上；

所述电机连接在所述第二滚轮上，所述第二滚轮的下方连接有所述人工震源。

可选地，所述轨道包括第一吊轨、第二吊轨、吊杆和卡扣，所述第一吊轨通过所述卡扣连接于所述第一吊杆的一端，所述第二吊轨通过所述卡扣连接于所述第一吊杆的另一端，所述第一吊轨和所述第二吊轨相对设置；

所述第一滚轮挂接于在所述第一吊轨和所述第二吊轨上，并能够在所述第一吊轨和所述第二吊轨上前后移动。

可选地，所述第二滚轮上设置有位移测量装置，所述位移测量装置用于反馈所述第二滚轮的移动距离。

可选地，所述液压支柱包括第一支柱、第二支柱和第三支柱；

所述第一支柱和第二支柱均为筒状结构，所述第二支柱可伸缩地连接于所述第一支柱内；

所述第三支柱可伸缩地连接于所述第二支柱内；

所述液压控制系统用于驱动所述第三支柱相对所述第二支柱伸缩，以及驱动所述第二支柱相对所述第一支柱伸缩。

可选地，所述液压支柱的数量为四个，四个所述液压支柱沿着所述壳体的周向均匀分布。

可选地，所述电磁震源内部设置有接线腔，所述接线腔内部设置有所述电磁震源、所述压紧机构和所述移动装置与所述控制机构连接的接线；

所述接线与矿上主机连接，所述矿上主机通过所述接线腔驱动所述控制机构以控制所述人工震源和所述移动装置。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明通过在第一煤岩体侧设置有轨道，移动装置带动人工震源沿着轨道移动，人工震源的壳体内部可移动的连接有压紧机构和电磁震源，人工震源的壳体外部连接有控制机构。控制机构控制移动装置沿着轨道移动到待测位置时，启动电磁震源向第一煤岩体侧移动并相抵后驱动压紧机构向与第一煤岩体相对应的第二煤岩体侧移动并相抵以使电磁震源与第一煤岩体压紧后释放电磁激励信号。将人工震源作代替炸药发出振动波穿越被测煤岩体，为煤岩应力测量提供新手段，并且通过设置移动装置以及与其相对应的移动轨道方便控制人工光震源移动到在待测位置进行释放电磁激励，使用时方便、快捷，而且安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的用于煤岩体应力测量的震源设备的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1中的人工震源工作状态的结构示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1-轨道；11-第一吊轨；12-第二吊轨；13-第一吊杆；14-卡扣；2-移动装置；21-第一滚轮；22-第二滚轮；23-传动链；24-电机；25-第二吊杆；3-人工震源；31-壳体；32-电磁震源；321-接线腔；33-压紧机构；331-液压支柱；3311-第一支柱；3312-第二支柱；3313-第三支柱；332-摄像头；34-控制机构；4-第一煤岩体；5-第二煤岩体；6-耦合器。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域的普通技术人员所理解的意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

为了便于理解本发明，在此，示范性地描述了用于煤岩体应力测量的震源设备的一般结构及其应用。

图1为根据本发明实施例的用于煤岩体应力测量的震源设备的结构示意图，图2为图1的侧视图，图3为图1中的人工震源工作状态的放大图。

如图1所示，根据本发明实施例所述的用于煤岩体应力测量的震源设备，包括轨道1、移动装置2和人工震源3；轨道1设置在第一煤岩体4侧，移动装置2可移动地连接于轨道1上；人工震源3连接在移动装置2的下方；

人工震源3包括壳体31、电磁震源32和压紧机构33；电磁震源32和压紧机构33可移动的连接在壳体31内；人工震源3还包括控制机构34，控制机构34分别与电磁震源32、压紧机构33和移动装置2连接；

控制机构34用于控制所述移动装置2移动到待测位置并启动电磁震源32向第一煤岩体4侧移动并与第一煤岩体4相抵，以及控制压紧机构33向与第一煤岩体4相对的第二煤岩体5侧移动并与第二煤岩体5相抵，以使电磁震源32压紧第一煤岩体4。

本发明通过在第一煤岩体侧设置有轨道，移动装置带动人工震源沿着轨道移动，人工震源的壳体内部可移动的连接有压紧机构和电磁震源，人工震源的壳体外部连接有控制机构。控制机构控制移动装置沿着轨道移动到待测位置时，启动电磁震源向第一煤岩体侧移动并相抵后驱动压紧机构向与第一煤岩体相对应的第二煤岩体侧移动并相抵以使电磁震源与第一煤岩体压紧后释放电磁激励信号。将人工震源作代替炸药发出振动波穿越被测煤岩体，为煤岩应力测量提供新手段，并且通过设置移动装置以及与其相对应的移动轨道方便控制人工光震源移动到在待测位置进行释放电磁激励，使用时方便、快捷，而且安全性高。

如图1和图3所示，压紧机构33包括液压支柱331和液压控制系统，液压控制系统用于驱动液压支柱331沿着壳体31的轴向向所述第二煤岩体5侧移动；液压支柱331上连接有压力传感器，压力传感器用于反馈液压支柱331与第二煤岩体5之间压力。

如图2所示，压紧机构33还包括摄像头332，摄像头332设置于壳体31的端部且位于壳体31的中心。

如图1和图3所示，与所述第一煤岩体4相对的电磁震源32的端部连接有耦合器6，耦合器6用于将电磁震源32与第一煤岩体4紧密耦合。

如图1和图2所示，移动装置2包括第一滚轮21、第二滚轮22、传动链23和电机24，第一滚轮21与第二滚轮22通过传动链23连接，第一滚轮21挂接在轨道1上；电机24连接在第二滚轮22上，第二滚轮22的下方连接有人工震源3。

如图1和图2所示，轨道1包括第一吊轨11、第二吊轨12、第一吊杆13和卡扣14，第一吊轨11通过卡扣14连接于第一吊杆13的一端，第二吊轨12通过卡扣14连接于第一吊杆13的另一端，第一吊轨11和第二吊轨12相对设置；第一滚轮21挂接于在第一吊轨11和第二吊轨12上，并能够在第一吊轨11和第二吊轨12上前后移动。

第二滚轮22上设置有位移测量装置，位移测量装置用于反馈第二滚轮22的移动距离。

如图2和图3所示，液压支柱331包括第一支柱3311、第二支柱3312和第三支柱3313；第一支柱3311和第二支柱3312均为筒状结构，第二支柱3312可伸缩地连接于第一支柱3311内；第三支柱3313可伸缩地连接于第二支柱3312内；液压控制系统用于驱动第三支柱3313相对第二支柱3312伸缩，以及驱动第二支柱3312相对第一支柱3311伸缩。

如图2所示，液压支柱331的数量为四个，四个液压支柱331沿着壳体31的周向均匀分布。

如图1所示，电磁震源32内部设置有接线腔321，接线腔321内部设置有电磁震源32、压紧机构33和移动装置2与控制机构34连接的接线；接线与矿上主机连接，矿上主机通过接线腔321驱动控制机构34以控制人工震源3和移动装置2。

所述的用于煤岩体应力测量的震源设备使用时在靠近第一煤岩体4侧设置轨道1，并且沿着第一煤岩体4的长度方向设置，第一煤岩体4为待测应力的煤岩体，以保证人工震源3尽可能的沿着靠近第一煤岩体4侧移动，保证释放的电磁激励信号很好的被第一煤岩体4吸收。

便于轨道1的安装和拆卸，第一吊轨11和第二吊轨12相对的安装在第一吊杆13的两端，用卡扣14分别穿过第一吊杆13的两个端部将第一吊轨11和第二吊轨12固定牢固。

第一吊轨11和第二吊轨12底部之间留有传动链23能够通过的间隙。

由于矿下的工作环境的限制，便于人工震源3运输到矿下作业，在人工震源3上设置有移动装置2，通过矿上主机远程启动控制机构34进而控制移动装置2的移动或停止，操作方便、工作效率高，并且避免了操作者进入矿下进行作业时发生危险，安全性高。

第一滚轮21挂接在第一吊轨11和第二吊轨12上，传动链23将第一滚轮21与第二滚轮22连接起来，第二滚轮22位于第一滚轮21的下方。第二滚轮22的主轴两端分别连接有第二吊杆25的一端，第二吊杆25的另一端连接在人工震源3上。

电机24连接在第二滚轮22上，当矿上主机驱动控制机构34启动电机24时，电机24带动第二滚轮22旋转，第二滚轮22再带动传动链23运动，进而带动第一滚轮21在第一吊轨11和第二吊轨12之间沿着第一煤岩体4的长度方向前后移动进而带动人工震源3沿着第一煤岩体4的长度方向前后移动。

为了准确的控制人工震源3的移动距离，在第二滚轮22上设置有位移测量装置，位移测量装置能够反馈第二滚轮22的移动距离，每次的移动距离会反馈给控制机构34，再通过接线腔321反馈给矿上主机，远程精确的控制第二滚轮22的移动距离进而准确的控制人工震源3移动到预测位置进行作业，工作效率高。

控制机构34启动电机24移动到某一待测位置后停止移动，控制机构34开启摄像头332，对前方的空间进行拍照，照片通过接线腔321上传给矿上主机进行障碍识别。判断第二煤岩体5侧是否存在影响压紧装置33与其压紧的障碍物，如果没有，控制机构34启动电磁震源32向第一煤岩体4移动并与第一煤岩体4相触，如果存在障碍物，通过矿上主机控制机构34再次启动电机24将人工震源3移动到无障碍物的地方停下后启动电磁震源32向第一煤岩体4移动并与第一煤岩体4相触。

压紧机构33与电磁震源32沿着人工震源3的轴向设置在其壳体31内部，当人工震源3开始工作时，压紧机构33与电磁震源32才向壳体31的外部移动暴露在外部空间。利用壳体31可以保护压紧机构33与电磁震源32不会因为矿下恶劣的工作环境而受到磕碰或掉落的异物而破坏其工作性能。

为了保证电磁震源32与第一煤岩体4有良好的耦合性，在靠近第一煤岩体4的电磁震源32端部设置有耦合器6，耦合器6的原理是将电路板上的电容和电感的电能转换为电磁场，并在固定方向上传播，以保证电磁震源32释放的电磁激励传向第一煤岩体4。

当电磁震源32通过耦合器6与第一煤岩体4相触后，控制机构34启动液压控制系统驱动第二支柱3312从第一支柱3311的筒状结构中向第二煤岩体5一侧伸出，以及驱动第三支柱3313从第二支柱3312的筒状结构中伸出并与第二煤岩体5相触。

液压支柱331上连接有压力传感器，当液压支柱331与第二煤岩体5之间压力达到一定压力值时，说明耦合器6与第一煤岩体4之间耦合良好，这时控制机构34停止驱动压紧机构33移动，启动电磁震源32。电磁震源32属于可控震源，信号向水平方向发射，通过耦合器6向第一煤岩体4释放电磁激励。

在第二煤岩体5侧每隔60米安装一支拾震传感器，拾取电磁震源32释放的电磁激励信号。所述的用于煤岩体应力测量的震源设备的信号输出线和每支拾震传感器均连接到采集设备上，进而通过数据运算实现波速反演得出煤岩体结构特征。

完成一次实验后，控制机构34再通过矿上主机启动电机24将人工震源3向前移动100米，进行第二次发出激励信号测量，依次进行，测试过程的原理与上述相同，此处不再赘述，直到本轮煤岩体应力测量实验全部完成。

本领域技术人员在考虑说明书并且实践这里所公开的本发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。