[發(fā)明專利]井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測用自補償式可控震源和震源產(chǎn)生方法

有效

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• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104155684B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王桂峰;竇林名;鞏思園;李振雷;何江;賀虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01V1/143
• 分類號: G01V1/143
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測技術(shù)，具體地說是一種井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測用自補償式可控震源和震源產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)

隨著我國礦井開采進入深部，沖擊礦壓災(zāi)害對礦井安全生產(chǎn)影響日益深重。震動波CT是工程物探的一種新的勘探方法，也稱震動波層析成像方法，通過震動波射線穿透地質(zhì)體的走時和波動能量變化的觀測，計算機處理反演獲得地質(zhì)體內(nèi)部震動波速或震動波衰減系數(shù)分布圖像，根據(jù)該圖像信息與地質(zhì)體應(yīng)力及結(jié)構(gòu)特征的對應(yīng)關(guān)系，重現(xiàn)地質(zhì)體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。

近年來，該技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，通過在煤層回采工作面的回風(fēng)巷（運輸巷）內(nèi)陣列布置一定數(shù)量的震源，另一側(cè)運輸巷（回風(fēng)巷）陣列布置一定數(shù)量的檢波器，直觀反映工作面震動波波速高或者異常的區(qū)域。應(yīng)用表明，震動波CT能夠探測沖擊礦壓危險區(qū)域，揭示工作面應(yīng)力的變化、轉(zhuǎn)移情況，可為沖擊礦壓動力災(zāi)害預(yù)測預(yù)報、防沖措施效果檢驗及安全措施制定等提供重要參考依據(jù)。

目前，基于震動波CT的井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域探測技術(shù)，震源的產(chǎn)生需要在巷道側(cè)幫鉆孔，然后在鉆孔內(nèi)布設(shè)炸藥卷，通過引爆炸藥來產(chǎn)生人工震動波震源。這種方式安全隱患多，效率低，需要耗費大量的人力物力；同時爆破力難以準確控制和重復(fù)產(chǎn)生，測試參數(shù)容易出現(xiàn)偏差影響準確度，出現(xiàn)盲炮往往會導(dǎo)致測試工作必須重新開始，工程量大。這些因素導(dǎo)致基于震動波CT的工作面沖擊危險性探測一般只在工作面回采前進行預(yù)評價，但隨著工作面的回采，工作面應(yīng)力不斷發(fā)生變化和轉(zhuǎn)移，僅僅在回采前進行預(yù)評價，遠遠不能滿足沖擊礦壓動力災(zāi)害動態(tài)、及時預(yù)測預(yù)報的需求，不能實現(xiàn)動力災(zāi)害預(yù)測預(yù)報的自動化和常態(tài)化。這些因素還使震動波CT探測技術(shù)難以有效、及時地檢驗防沖措施效果，難以發(fā)揮該技術(shù)指導(dǎo)安全措施制定的能力。

解決上述技術(shù)局限性的關(guān)鍵是研制出一種能夠在井下煤層工作面巷道內(nèi)沿煤層傾向以任意角度鉆孔布置；能夠鎖緊在鉆孔內(nèi)，長期穩(wěn)定、重復(fù)地輸出沖擊力的可控震源系統(tǒng)。且震源產(chǎn)生的震動波能量、頻率大小均可調(diào)節(jié)，同時震源體積小、安全可靠、操作簡單、成本低廉，自動化程度高。

在以往的工程物探、石油勘探、煤層勘探、地質(zhì)調(diào)查、地震結(jié)構(gòu)調(diào)查等淺地層的地球物理勘探中，使用的可控震源車、氣槍震源和電火花震源等，大多只能在地表和海洋中使用。而在一些石油和地質(zhì)勘探使用的井間地震技術(shù)中，震源體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且大多在豎井中使用，產(chǎn)生的是水平徑向力。這些在石油和地質(zhì)勘探中使用的震源，因其應(yīng)用領(lǐng)域的不同有其獨特的結(jié)構(gòu)和使用方法，不能適用于井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測技術(shù)當(dāng)中，因此迫切需要研制適用于該技術(shù)的可控震源系統(tǒng)，以實現(xiàn)沖擊危險預(yù)測預(yù)報的自動化和常態(tài)化，最大化發(fā)揮井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測技術(shù)的潛能，提高預(yù)測預(yù)報工作效率，及時檢驗防沖措施效果并指導(dǎo)安全措施制定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測技術(shù)中，使用炸藥震源安全隱患多、效率低、工程量大，難以滿足沖擊礦壓動力災(zāi)害動態(tài)、及時預(yù)測預(yù)報的需求，難以實現(xiàn)動力災(zāi)害預(yù)測預(yù)報的自動化和常態(tài)化，難以有效、及時地檢驗防沖措施效果，難以發(fā)揮該技術(shù)指導(dǎo)安全措施制定的能力等問題，而提供一種體積小、安全可靠、操作簡單、成本低廉，自動化程度高，能夠在井下煤層工作面巷道內(nèi)沿煤層傾向以任意角度鉆孔布置；能夠鎖緊在鉆孔內(nèi)，長期穩(wěn)定、重復(fù)地輸出沖擊力的井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測用自補償式可控震源和震源產(chǎn)生方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種井下煤層工作面沖擊危險區(qū)域震動波CT探測用自補償式可控震源，其特征是它包括：

一孔內(nèi)張緊機構(gòu)，該孔內(nèi)張緊機構(gòu)用于將可控震源固定在巷道中所鉆的震源孔中，防止可控震源因沖擊反作用而滑出震源孔外；

一自補償沖擊機構(gòu)，該自補償沖擊機構(gòu)中的沖擊錘能錘擊活塞對震源孔底部產(chǎn)生供檢測用的震動；自補償機構(gòu)能自動將沖擊錘移動到新的工作位置，以便為再次錘擊活塞提供所需的運動距離；

一套筒1，該套筒1用于將孔內(nèi)張緊機構(gòu)和自補償沖擊機構(gòu)連接成一體并為孔內(nèi)張緊機構(gòu)和自補償沖擊機構(gòu)的動力源提供安裝空間。

所述的孔內(nèi)張緊機構(gòu)為氣動式或液壓式。