CN110737017B - 一种煤炭巷道超前预报采集装置 - Google Patents

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Abstract

一种煤炭巷道超前预报采集装置，包括震源机构、检测机构和支撑机构，其中：所述震源机构用于发出震源波，所述检测机构用于检测所述震源机构发出震源波的回波信号，所述支撑机构用于支撑所述检测机构；所述震源机构和所述检测机构均安装于所述支撑机构上，本发明适用于隧道煤炭巷道超前预报采集，本发明弥补了现阶段巷道真三维超前地质预报三分量地震探测仪器的空白，可实现工作面前方裂隙断层发育区域、岩溶区域、瓦斯富集区域等不异常体的三维多分量地震数据采集；降低了常规巷道超前预报人为探测周期长、成本高、对施工进度影响大、数据一致性差等问题。

Description

一种煤炭巷道超前预报采集装置
技术领域
本发明属于矿井巷道施工技术领域，具体是一种煤炭巷道超前预报采集装置。
背景技术
矿井巷道施工是一种隐蔽的高风险地下施工工程，近年来，随着我国矿山开采深度和开采规模的不断扩大，各类矿井安全事故频繁发生，造成了巨大的经济损失及人员伤亡，在巷道掘进过程中易遇到裂隙断层发育区域、岩溶区域、瓦斯富集区域等构造复杂的不良地质环境，若掘进前及掘进过程中未能获得不良地质区域的空间分布、岩性变化等详细地质资料，易导致巷道变形、瓦斯突出、突水、冒顶片帮等灾害事故的发生，对施工人员的安全及施工进程造成巨大的影响，巷道超前预报技术是准确查明工作面前方不良地质区域的空间位置、岩性参数、地质结构的主要手段，快速、精准的巷道超前预报探测可为判断巷道围岩类别、制定和优化施工方案及施工技术提供依据，现有的巷道超前地质预报技术中，基于地震探测的巷道超前预报技术以其探测深度广、探测精度高，成为了主要的巷道地质无损超前预报技术；
矿井巷道内的空间狭小，对地震探测观测***的布置及探测仪器的形状、尺寸等产生了巨大的限制，现有的基于地震勘探的矿井巷道超前预报技术，多采用巷道侧壁上布置接收装置，工作面或巷道侧壁上布置激发装置的方式开展巷道工作面前方地质体超前预报，不同与常规的地表半空间地震探测，巷道空间是准全空间条件，受地震波传播规律的影响，巷道侧壁上接收的来自工作面前方异常体的反射信息较少，然而，工作面上接收的来自工作面前方异常体的反射信息较多，现阶段的接收仪器多针对于巷道侧壁接收设计，尚无专门针对工作面接收信息的反射信号接收装置；其次，巷道工作面具有高瓦斯等特殊条件，这要求地震震源具有防爆性能，Tunnel seismic prediction（TSP）技术多采用小药量***震源进行地震波激发，存在一定的安全隐患，True Reflection Tomography（TRT）技术采用人工锤击震源的方式进行震源激发，相对于***震源，锤击震源安全隐患较低，然而人工锤击激发能量较低，一致性差，对探测深度和探测精度造成影响；再次，现有的基于地震探测的巷道超前预报多需人为布置具有一定深度的钻孔，以此埋设接收装置和激发装置，实现信号采集，该过程施工繁琐，可重复性低，对巷道施工进程影响低，成本较高；因此，迫切需要一种布置快速、施工便捷、可重复性高、成本低的巷道超前预报地震探测仪器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种煤炭巷道超前预报采集装置。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种煤炭巷道超前预报采集装置，包括震源机构、检测机构和支撑机构，其中：
所述震源机构用于发出震源波，所述检测机构用于检测所述震源机构发出震源波的回波信号，所述支撑机构用于支撑所述检测机构；
所述震源机构和所述检测机构均安装于所述支撑机构上。
优选的，所述支撑机构包括两个平行设置的主支架、设置于两个主支架之间的检波器固定杆、设置于所述主支架侧面的第一固定支架和设置于所述主支架后表面的第二固定支架，所述主支架两侧开设有卡槽，所述检波器固定杆的两端穿过所述卡槽，且所述检波器固定杆的两端设置有用于对所述检波器固定杆进行定位的固定端子，所述第一固定支架和所述第二固定支架的顶部均通过销轴转动安装在所述主支架上，所述第一固定支架和所述第二固定支架均采用。
优选的，所述第一固定支架和所述第二固定支架均采用液压调节长度的液压杆或电动调节长度的推杆或手动调节长度的活动杆。
优选的，所述第一固定支架和所述第二固定支架均采用电动调节长度的推杆，其中，所述第一固定支架和所述第二固定支架均包括主杆和辅杆，所述主杆内部开设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内部设置马达，所述第二空腔内部设置有螺纹杆，所述螺纹杆的一端与所述马达的输出轴连接，所述辅杆套合在所述第二空腔内，所述辅杆顶部嵌套有丝杆套，所述螺纹杆穿过所述丝杆套，所述辅杆采用镂空结构。
优选的，所述检测机构包括检波装置和连接装置，所述检波装置通过所述连接装置安装在所述检波器固定杆前表面，检波装置共设置有多组，每组均设置有若干个，同一组的检波装置等距分布。
优选的，所述检波装置采用三分量地震检波器，所述连接装置采用弹簧或电动推杆。
优选的，所述震源机构包括冲击震源、用于安装冲击震源的安装板、用于提供冲力以及连接安装板和冲击震源的液压缸，所述安装板的两端均设置有震源机械臂，所述主支架内侧设置有固定夹片，所述震源机械臂的一端通过销轴转动安装在所述固定夹片上。
本发明一种煤炭巷道超前预报采集装置，弥补了现阶段巷道真三维超前地质预报三分量地震探测仪器的空白，可实现工作面前方裂隙断层发育区域、岩溶区域、瓦斯富集区域等不异常体的三维多分量地震数据采集；降低了常规巷道超前预报人为探测周期长、成本高、对施工进度影响大、数据一致性差等问题，采用三维地震观测***自动、快速布设和基于液压驱动的大功率锤击震源激发地震子波，降低了探测成本，提供了探测的可重复性。
本发明中，第一固定支架和第二固定支架的长度可以进行调节，使得第一固定支架和第二固定支架可以根据现场施工的地形调节长度以与地形相配合，提升了该装置的适用范围，且第一固定支架和第二固定支架在收缩时可以使整个装置的携带更加方便；
本发明中，用于连接安装检波装置和检波器固定杆之间的连接装置既可采用弹簧又可采用电动拖杆，当用于安装检波装置和检波器固定杆之间的连接装置采用弹簧时，该装置在安装时更方便，且由于弹簧的弹力作用可以保证检波装置与工作面的贴合，当用于安装检波装置和检波器固定杆之间的连接装置采用电动推杆时，可以使所有的检波装置与工作面之间的挤压力一致，使得检波装置检测的回波信号更加精确。
附图说明
图1是本发明一种煤炭巷道超前预报采集装置的整体结构示意图;
图2是本发明一种煤炭巷道超前预报采集装置的侧视图;
图3是本发明一种煤炭巷道超前预报采集装置中实施例2中第一固定支架结构示意图。
附图标记：1、第一固定支架；101、主杆；102、辅杆；2、主支架；3、固定端子；4、检波器固定杆；5、震源机械臂；6、冲击震源；7、安装板；8、固定夹片；9、弹簧；10、三分量地震检波器；11、卡槽；12、第二固定支架；13、第一空腔；14、第二空腔；15、螺纹杆；16、丝杆套；17、马达。
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种煤炭巷道超前预报采集装置的具体实施方式。本发明一种煤炭巷道超前预报采集装置不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出一种煤炭巷道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括震源机构、检测机构和支撑机构，其中：
震源机构用于发出震源波，检测机构用于检测震源机构发出震源波的回波信号，支撑机构用于支撑检测机构；
震源机构和检测机构均安装于支撑机构上。
支撑机构包括两个平行设置的主支架2、设置于两个主支架2之间的检波器固定杆4、设置于主支架2侧面的第一固定支架1和设置于主支架2后表面的第二固定支架12，主支架2两侧开设有卡槽11，检波器固定杆4的两端穿过卡槽11，且检波器固定杆4的两端设置有用于对检波器固定杆4进行定位的固定端子3，第一固定支架1和第二固定支架12的顶部均通过销轴转动安装在主支架2上，第一固定支架1和第二固定支架12均采用。
第一固定支架1和第二固定支架12均采用电动调节长度的推杆，其中，第一固定支架1和第二固定支架12均包括主杆101和辅杆102，主杆101内部开设有第一空腔13和第二空腔14，第一空腔13内部设置马达17，第二空腔14内部设置有螺纹杆15，螺纹杆15的一端与马达17的输出轴连接，辅杆102套合在第二空腔14内，辅杆102顶部嵌套有丝杆套16，螺纹杆15穿过丝杆套16，辅杆102采用镂空结构。
检测机构包括检波装置和连接装置，检波装置通过连接装置安装在检波器固定杆前表面，检波装置共设置有多组，每组均设置有若干个，同一组的检波装置等距分布。
检波装置采用三分量地震检波器10，连接装置采用弹簧9。
震源机构包括冲击震源6、用于安装冲击震源6的安装板7、用于提供冲力以及连接安装板7和冲击震源6的液压缸，安装板7的两端均设置有震源机械臂5，主支架2内侧设置有固定夹片8，震源机械臂5的一端通过销轴转动安装在固定夹片8上。
实施例2：
本实施例给出一种煤炭巷道超前预报采集装置的具体结构，如图1-3所示，包括震源机构、检测机构和支撑机构，其中：
震源机构用于发出震源波，检测机构用于检测震源机构发出震源波的回波信号，支撑机构用于支撑检测机构；
震源机构和检测机构均安装于支撑机构上。
支撑机构包括两个平行设置的主支架2、设置于两个主支架2之间的检波器固定杆4、设置于主支架2侧面的第一固定支架1和设置于主支架2后表面的第二固定支架12，主支架2两侧开设有卡槽11，检波器固定杆4的两端穿过卡槽11，且检波器固定杆4的两端设置有用于对检波器固定杆4进行定位的固定端子3，第一固定支架1和第二固定支架12的顶部均通过销轴转动安装在主支架2上，第一固定支架1和第二固定支架12均采用。
第一固定支架1和第二固定支架12均采用电动调节长度的推杆，其中，第一固定支架1和第二固定支架12均包括主杆101和辅杆102，主杆101内部开设有第一空腔13和第二空腔14，第一空腔13内部设置马达17，第二空腔14内部设置有螺纹杆15，螺纹杆15的一端与马达17的输出轴连接，辅杆102套合在第二空腔14内，辅杆102顶部嵌套有丝杆套16，螺纹杆15穿过丝杆套16，辅杆102采用镂空结构。
检测机构包括检波装置和连接装置，检波装置通过连接装置安装在检波器固定杆前表面，检波装置共设置有多组，每组均设置有若干个，同一组的检波装置等距分布。
检波装置采用三分量地震检波器10，连接装置采用电动推杆。
震源机构包括冲击震源6、用于安装冲击震源6的安装板7、用于提供冲力以及连接安装板7和冲击震源6的液压缸，安装板7的两端均设置有震源机械臂5，主支架2内侧设置有固定夹片8，震源机械臂5的一端通过销轴转动安装在固定夹片8上。
实施例3：
本实施例给出一种煤炭巷道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括震源机构、检测机构和支撑机构，其中：
震源机构用于发出震源波，检测机构用于检测震源机构发出震源波的回波信号，支撑机构用于支撑检测机构；
震源机构和检测机构均安装于支撑机构上。
支撑机构包括两个平行设置的主支架2、设置于两个主支架2之间的检波器固定杆4、设置于主支架2侧面的第一固定支架1和设置于主支架2后表面的第二固定支架12，主支架2两侧开设有卡槽11，检波器固定杆4的两端穿过卡槽11，且检波器固定杆4的两端设置有用于对检波器固定杆4进行定位的固定端子3，第一固定支架1和第二固定支架12的顶部均通过销轴转动安装在主支架2上，第一固定支架1和第二固定支架12均采用。
第一固定支架1和第二固定支架12均采用液压调节长度的液压杆。
检测机构包括检波装置和连接装置，检波装置通过连接装置安装在检波器固定杆前表面，检波装置共设置有多组，每组均设置有若干个，同一组的检波装置等距分布。
检波装置采用三分量地震检波器10，连接装置采用弹簧9。
震源机构包括冲击震源6、用于安装冲击震源6的安装板7、用于提供冲力以及连接安装板7和冲击震源6的液压缸，安装板7的两端均设置有震源机械臂5，主支架2内侧设置有固定夹片8，震源机械臂5的一端通过销轴转动安装在固定夹片8上。
实施例4：
本实施例给出一种煤炭巷道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括震源机构、检测机构和支撑机构，其中：
震源机构用于发出震源波，检测机构用于检测震源机构发出震源波的回波信号，支撑机构用于支撑检测机构；
震源机构和检测机构均安装于支撑机构上。
支撑机构包括两个平行设置的主支架2、设置于两个主支架2之间的检波器固定杆4、设置于主支架2侧面的第一固定支架1和设置于主支架2后表面的第二固定支架12，主支架2两侧开设有卡槽11，检波器固定杆4的两端穿过卡槽11，且检波器固定杆4的两端设置有用于对检波器固定杆4进行定位的固定端子3，第一固定支架1和第二固定支架12的顶部均通过销轴转动安装在主支架2上，第一固定支架1和第二固定支架12均采用。
第一固定支架1和第二固定支架12均采用手动调节长度的活动杆。
检测机构包括检波装置和连接装置，检波装置通过连接装置安装在检波器固定杆前表面，检波装置共设置有多组，每组均设置有若干个，同一组的检波装置等距分布。
检波装置采用三分量地震检波器10，连接装置采用弹簧9或电动推杆。
震源机构包括冲击震源6、用于安装冲击震源6的安装板7、用于提供冲力以及连接安装板7和冲击震源6的液压缸，安装板7的两端均设置有震源机械臂5，主支架2内侧设置有固定夹片8，震源机械臂5的一端通过销轴转动安装在固定夹片8上。
结合实时例1-实施例4，第一固定支架1和第二固定支架12的长度可以进行调节，使得第一固定支架1和第二固定支架12可以根据现场施工的地形调节长度以与地形相配合，提升了该装置的适用范围，且第一固定支架1和第二固定支架12在收缩时可以使整个装置的携带更加方便；
结合实时例1-实施例4，当用于安装检波装置和检波器固定杆4之间的连接装置采用弹簧9时，该装置在安装时更方便，且由于弹簧9的弹力作用可以保证检波装置与工作面的贴合，当用于安装检波装置和检波器固定杆4之间的连接装置采用电动推杆时，可以使所有的检波装置与工作面之间的挤压力一致，使得检波装置检测的回波信号更加精确；
通过采用实施例1-实施例4中的装置弥补了现阶段巷道真三维超前地质预报三分量地震探测仪器的空白，可实现工作面前方裂隙断层发育区域、岩溶区域、瓦斯富集区域等不异常体的三维多分量地震数据采集；降低了常规巷道超前预报人为探测周期长、成本高、对施工进度影响大、数据一致性差等问题，采用三维地震观测***自动、快速布设和基于液压驱动的大功率锤击震源激发地震子波，降低了探测成本，提供了探测的可重复性。
本发明实施例1-实施例4中的冲击震源6均采用基于液压驱动的锤击震源，其激发能量范围为400-700 J，激发的地震子波频率范围为10-200 Hz，防爆性能高、成本低、探测可重复性强。
本发明实施例1-实施例4中的三分量地震检波器10，其频带范围为0.5 Hz-500Hz，可实现全波地震数据采集，有利于异常体的高精度成像。
工作原理：参照图1-3，首先将支撑机构放置于煤炭巷道内工作面位置，并使支撑机构上的两个主支架2与煤炭巷道内工作面平行，旋转第一固定支架1和第二固定支架12并同时调节第一固定支架1和第二固定支架12的长度，使第一固定支架1和第二固定支架12对两个主支架2支撑固定，此时检波装置通过弹簧9或电动推杆的作用顶压在煤炭巷道内工作面上，然后开启震源机构，震源机构冲击煤炭巷道内工作面发出地震波，检波装置通过检测震源回波，从而实现检测煤炭巷道内工作面方向的地质数据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种煤炭巷道超前预报采集装置，其应用于煤炭巷道的掘进前及掘进过程中准确查明工作面前方不良地质区域的空间位置、岩性参数以及地质结构信息，其特征在于：所述煤炭巷道超前预报采集装置包括震源机构、检测机构和支撑机构，所述震源机构和所述检测机构均安装于所述支撑机构上，其中：
所述支撑机构包括两个平行设置的主支架、设置于两个主支架之间的检波器固定杆、设置于所述主支架侧面的第一固定支架和设置于所述主支架后表面的第二固定支架，所述主支架两侧开设有卡槽，所述检波器固定杆的两端穿过所述卡槽，且所述检波器固定杆的两端设置有用于对所述检波器固定杆进行定位的固定端子，所述第一固定支架和所述第二固定支架的顶部均通过销轴转动安装在所述主支架上，所述第一固定支架和所述第二固定支架均采用；
所述震源机构用于发出震源波，所述震源机构包括冲击震源、用于安装冲击震源的安装板、用于提供冲力以及连接安装板和冲击震源的液压缸，所述安装板的两端均设置有震源机械臂，所述主支架内侧设置有固定夹片，所述震源机械臂的一端通过销轴转动安装在所述固定夹片上；
所述检测机构用于检测所述震源机构发出震源波的回波信号，所述支撑机构用于支撑所述检测机构，所述检测机构包括检波装置和连接装置，所述检波装置通过所述连接装置安装在所述检波器固定杆前表面，检波装置共设置有多组，每组均设置有若干个，同一组的检波装置等距分布，所述连接装置采用弹簧或电动推杆；
其中所述工作面为平面，且所述工作面与所述煤炭巷道的轴线方向垂直。
2.如权利要求1所述的一种煤炭巷道超前预报采集装置，其特征在于：所述第一固定支架和所述第二固定支架均采用液压调节长度的液压杆或电动调节长度的推杆或手动调节长度的活动杆。
3.如权利要求2所述的一种煤炭巷道超前预报采集装置，其特征在于：所述第一固定支架和所述第二固定支架均采用电动调节长度的推杆，其中，所述第一固定支架和所述第二固定支架均包括主杆和辅杆，所述主杆内部开设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内部设置马达，所述第二空腔内部设置有螺纹杆，所述螺纹杆的一端与所述马达的输出轴连接，所述辅杆套合在所述第二空腔内，所述辅杆顶部嵌套有丝杆套，所述螺纹杆穿过所述丝杆套，所述辅杆采用镂空结构。
4.如权利要求1所述的一种煤炭巷道超前预报采集装置，其特征在于：所述检波装置采用三分量地震检波器，所述连接装置采用弹簧或电动推杆。
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