[發(fā)明專利]一種可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010285435.0
• 申請(qǐng)日: 2020-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN111337575B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明;王磊;胡浩;陳廣堯;劉超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 合肥興東知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34148
• 代理人: 朱波

本發(fā)明公開了一種可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)，包括震源部分、地層介質(zhì)部分以及監(jiān)測分析部分；震源部分包括點(diǎn)震源、線震源以及面震源，地層介質(zhì)部分用于模擬點(diǎn)震源、線震源以及面震源實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線以及面接觸，監(jiān)測分析部分用于監(jiān)測點(diǎn)、線以及面接觸產(chǎn)生的震動(dòng)數(shù)據(jù)并用于進(jìn)行強(qiáng)礦震對(duì)地面的震動(dòng)損害預(yù)測和分析。本發(fā)明的“可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)”可以模擬和監(jiān)測不同震源形式及其能量衰減規(guī)律。平臺(tái)主要由“地層傳播介質(zhì)模擬裝置”、“震源形式和能量變換裝置”及“其輔助控制系統(tǒng)和震動(dòng)監(jiān)測采集設(shè)備”等3部分組成，三部分系統(tǒng)即相互獨(dú)立又能夠組成系統(tǒng)，在系統(tǒng)制備、組裝和維護(hù)等方面均有優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巨厚硬巖礦井開采地面損害評(píng)估預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)

隨著淺埋煤炭資源不斷枯竭和開采強(qiáng)度及深度逐漸增加，礦震等礦井動(dòng)力災(zāi)害頻發(fā)，仍是煤炭開采領(lǐng)域面臨的主要問題之一，受到了國內(nèi)外政府部門、生產(chǎn)單位和科研人員持續(xù)關(guān)注。

截止2019年底，我國報(bào)道的礦震或沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量接近190座。礦震發(fā)生與采場上覆厚硬關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)狀態(tài)關(guān)系密切，厚硬關(guān)鍵層斷裂及其覆巖空間結(jié)構(gòu)失穩(wěn)均會(huì)引起不同強(qiáng)度的礦震。我國山東、河南、安徽和內(nèi)蒙古等地區(qū)均有巨厚硬巖(或稱為巨厚巖層)分布，巨厚硬巖具有厚度大(單層厚度幾十米甚至上百米)、強(qiáng)度高、整體性好和距離煤層遠(yuǎn)等特點(diǎn)，采場上覆巨厚硬巖瞬間失穩(wěn)所形成的礦震稱之為“巨厚硬巖斷裂型礦震”，巨厚硬巖斷裂型礦震通常具有“斷裂尺度大”(震源不能簡單視為“點(diǎn)震源”或“球型震源”)、“釋放能量高”(通常震源能級(jí)超過10⁵J)和“震動(dòng)傳播距離遠(yuǎn)”等特點(diǎn)，此類礦震的震動(dòng)影響范圍能夠達(dá)到上千米甚至更遠(yuǎn)，因此，巨厚硬巖礦井存在2類典型動(dòng)力災(zāi)害形式：井下沖擊地壓和地面震動(dòng)損害。

針對(duì)礦震引起地面(震動(dòng))損害預(yù)測方面，專門的研究方法和成果還不系統(tǒng)，特別是巨厚硬巖斷裂引起地面震動(dòng)損害的預(yù)測理論和方法。當(dāng)前開采地面損害預(yù)測還是以地表沉降、巖層移動(dòng)規(guī)律等理論和方法為基礎(chǔ)，主要是上個(gè)世紀(jì)早期研究成果，注重開采覆巖緩慢性沉降與移動(dòng)的特征，由地表沉降和巖層移動(dòng)等造成“地面移動(dòng)損害”具有“遲滯性”特點(diǎn)，未充分考慮巨厚硬巖瞬間斷裂誘發(fā)的強(qiáng)礦震對(duì)地面“震動(dòng)損壞”影響(強(qiáng)礦震對(duì)地面的震動(dòng)損害具有“瞬時(shí)性”特點(diǎn))，開采地面損害預(yù)測必須同時(shí)考慮上述兩方面因素。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)室已開展了“爆破模擬誘發(fā)礦震”等試驗(yàn)，即通過在地層介質(zhì)中裝藥爆破和布置震動(dòng)監(jiān)測，模擬礦震的震動(dòng)傳播和分析震動(dòng)損害效應(yīng)，此類試驗(yàn)方案不適用于本項(xiàng)目研究或存在一定的不足：①具有一定的爆破安全性問題；②介于國家對(duì)爆破器材和火工產(chǎn)品的管制，采用爆破試驗(yàn)具有一定的難度；③模擬地層經(jīng)爆破后發(fā)生介質(zhì)損傷和性質(zhì)改變，重復(fù)性試驗(yàn)效果差和無法完成對(duì)比分析；④該類試驗(yàn)方法適用于“點(diǎn)震源”分析，無法實(shí)現(xiàn)“線震源”和“面震源”震源模型。

基于此，現(xiàn)急需一種可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)，通過“地層傳播介質(zhì)模擬裝置”、“震源形式和能量變換裝置”及“其輔助控制系統(tǒng)和震動(dòng)監(jiān)測采集設(shè)備”，模擬和監(jiān)測不同震源形式及其能量衰減規(guī)律。

上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供了一種可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)，通過“地層傳播介質(zhì)模擬裝置”、“震源形式和能量變換裝置”及“其輔助控制系統(tǒng)和震動(dòng)監(jiān)測采集設(shè)備”，模擬和監(jiān)測不同震源形式及其能量衰減規(guī)律。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種可變震源形式+能量的震動(dòng)穿層傳播研究試驗(yàn)平臺(tái)，包括震源部分、地層介質(zhì)部分以及監(jiān)測分析部分；所述震源部分包括點(diǎn)震源、線震源以及面震源，所述地層介質(zhì)部分用于模擬點(diǎn)震源、線震源以及面震源實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線以及面接觸，所述監(jiān)測分析部分用于監(jiān)測點(diǎn)、線以及面接觸產(chǎn)生的震動(dòng)數(shù)據(jù)并用于進(jìn)行強(qiáng)礦震對(duì)地面的震動(dòng)損害預(yù)測和分析。