阅读说明：本技术 高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置及使用方法 (High-voltage pulse water jet controllable active seismic source advanced detection device and use method thereof ) 是由 黄满 焦玉勇 谭飞 严成增 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置及使用方法,探测装置包括水箱、供水泵、增压器、伺服电机、收敛型喷嘴、接收传感器和地震波数据采集仪,供水泵分别连接水箱和增压器,增压器连接收敛型喷嘴,伺服电机的输出轴连接挡块；接收传感器连接地震波数据采集仪,供水泵将水箱里的水泵入增压器,增压器进行加压形成高压水射流,伺服电机驱动挡块转动,挡块截断形成高压脉冲射流束,高压脉冲射流束冲击工作面产生激震地震波,接收传感器反射波,地震波数据采集仪实时采集反射波并传送至智能终端,智能终端分析反射波并判断不良地质体的特征。本发明的有益效果：原理科学、安全高效、节能环保,具有良好的应用前景。(The invention provides a high-pressure pulse water jet controllable active seismic source advanced detection device and a use method thereof, wherein the detection device comprises a water tank, a water supply pump, a supercharger, a servo motor, a convergent nozzle, a receiving sensor and a seismic wave data acquisition instrument, wherein the water supply pump is respectively connected with the water tank and the supercharger, the supercharger is connected with the convergent nozzle, and an output shaft of the servo motor is connected with a stop block; the receiving sensor is connected with a seismic wave data acquisition instrument, a water supply pump pumps water in a water tank into a supercharger, the supercharger pressurizes to form high-pressure water jet, a servo motor drives a stop block to rotate, the stop block cuts off to form high-pressure pulse jet beams, the high-pressure pulse jet beams impact a working surface to generate shock seismic waves, reflected waves of the sensor are received, the seismic wave data acquisition instrument acquires the reflected waves in real time and transmits the reflected waves to an intelligent terminal, and the intelligent terminal analyzes the reflected waves and judges the characteristics of bad geological bodies. The invention has the beneficial effects that: the principle is scientific, safe, efficient, energy-saving and environment-friendly, and has good application prospect.)

高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置及使用方法

技术领域

本发明涉及地下工程超前地质探测技术领域，尤其涉及高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置及使用方法。

背景技术

在隧道、地下空间等地下工程施工中，地质条件对施工进度、工艺以及安全等方面影响显著。遇到不良地质段时，易发生突水突泥、塌方等地质灾害，甚至造成人身伤亡、设备毁坏等重大安全事故。为了防止地下工程施工过程中发生地质灾害和安全事故，利用超前地质预报技术对工作面前方进行探测是一条有效途径。预先探明工作面前方地质情况，及时发现不良地质体，并针对不良地质段提前制定合理的处理措施以及安全的施工预案。从而，降低施工风险，保证顺利施工。

人工震源是地震反射类超前地质预报技术的重要组成部分。人工震源主要分为两类，即***震源和非***震源。非***震源又分为机械撞击、气爆震源以及电能震源等。***震源的***能量大部分消耗在造成周围岩体破碎或永久变形上，仅部分能量形成有效的地震干扰。对于干燥疏松岩石，有效能量非常低，只有在含水可塑性介质中，才能获得较好的地震波效果。近年***震源正在逐渐被非***震源替代。机械撞击类震源利用机械装置冲击地面或工作面，形成震动效果。激发的地震波频率较低，一般在100Hz之内，分辨率不高，而且能量消耗较大。气爆震源属于机械装置，是将高压气体压入容器，并在出口处瞬间释放，产生强冲击，造成震动效果。气爆震源具有频率高、频带宽的特点。电能震源是电子装置，通过微妙级别放电产生电弧气化介质形成强冲击。电能震源具有地震波频率高，对周围环境影响小等特点。非***震源相对***震源具有显著优越性，但对于地下工程施工狭小的空间，尤其是隧道掘进机掘进等空间已存在复杂机械结构的情况，仍存在设备过大、安装不便等问题，导致探测效率低，影响正常施工。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置及使用方法，通过收敛型喷嘴和机械隔断装置形成高压脉冲射流束，并利用水锤效应对工作面产生强冲击，形成地震波即主动震源向前方传播，再利用地震波数据采集仪采集由前方不良地质体反射回来的发射波，通过对反射波进行分析，从而判断工作面前方地质情况。

本发明的实施例提供一种高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置，包括水箱、供水泵、增压器、伺服电机、收敛型喷嘴、接收传感器和地震波数据采集仪，所述供水泵分别通过管线连接所述水箱和所述增压器，所述增压器通过管线连接所述收敛型喷嘴，所述伺服电机位于所述收敛型喷嘴上方，所述伺服电机的输出轴连接挡块，所述挡块位于所述收敛型喷嘴正前方；所述接收传感器连接所述地震波数据采集仪，所述增压器、所述伺服电机和所述地震波数据采集仪分别连接智能终端，所述供水泵用于将所述水箱里的水通过所述管线泵入所述增压器，所述增压器用于对所述管线内的水流进行加压形成高压水射流，所述高压水射流通过所述收敛型喷嘴射向工作面，所述伺服电机用于驱动所述挡块转动，所述挡块在所述伺服电机驱动下周期性截断所述高压水射流，使所述高压水射流形成高压脉冲射流束，所述高压脉冲射流束冲击所述工作面产生激震地震波，所述接收传感器用于接收所述激震地震波被不良地质体阻挡反射回来的反射波，所述地震波数据采集仪用于实时采集所述反射波并传送至所述智能终端，所述智能终端用于控制所述增压器、所述伺服电机，以及分析由所述地震波数据采集仪传递过来的所述反射波并判断不良地质体的特征。

进一步地，所述收敛型喷嘴下端设有定向装置，所述定向装置用于调整所述收敛型喷嘴的方向。

进一步地，所述智能终端为电脑或手机。

进一步地，所述的高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、将所述接收传感器紧贴安装在工作面或者侧边壁面上；

S2、打开所述地震波数据采集仪，并激活所述接收传感器使其处于检测状态；

S3、利用所述定向装置调整所述收敛型喷嘴的出口位置，使所述收敛型喷嘴的出口正对激震点；

S4、通过所述智能终端分别设置所述伺服电机的转速和所述增压器的压力；

S5、所述供水泵通过所述管线将所述水箱里的水泵入所述增压器，所述增压器对所述管线内的水流加压到设定的压力，形成高压水射流，所述高压水射流由所述收敛型喷嘴射出，所述收敛型喷嘴射出的所述高压水射流被旋转的所述挡块周期性截断，形成所述高压脉冲射流束；

S6、所述高压脉冲射流束冲击工作面，从而产生激震地震波并向前传播，当所述激震地震波遇到不良地质体后，所述激震地震波在所述不良地质体的阻抗界面产生反射波，所述反射波向工作面传播并被所述接收传感器接收，所述地震波数据采集仪实时采集所述反射波，并将所述反射波传送到所述智能终端；

S7、所述智能终端接收所述反射波并对其进行分析，从而对所述不良地质体的特征进行判断。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)使用水作为工作介质，来源广泛，无毒无害；

(2)使用高压脉冲水射流冲击产生地震波，无***作用，无粉尘，安全环保；

(3)冲击能量大小、频率可控，可定量设定震源，按需设定，经济节约；

(4)震源强度可控，破坏性小，对地下空间狭小环境影响小；

(5)收敛型喷嘴与增压器通过高压管线连接，移动性好，可方便快速调整激震点位置；

(6)射流方向可控，即激震方向可控，震源方位可控；

(7)可方便拓展连接多个喷嘴，组成激震阵列；

(8)装置体积小，方面集成在凿岩台车、隧道掘进机等大型设备上，实现实时可控激震；

(9)通过开关即可重复使用震源，操作简单，可实现连续多次作业。

附图说明

图1是本发明高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置的结构示意图。

图2是本发明高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置的工作示意图。

图中：1-水箱，2-供水泵，3-增压器，4-伺服电机，5-收敛型喷嘴，6-挡块，7-高压脉冲射流束，8-定向装置，9-接收传感器，10-地震波数据采集仪，11-智能终端，12-激震地震波，13-反射波。

具体实施方式

为使本发明的目的、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描述。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置，包括水箱1、供水泵2、增压器3、伺服电机4、收敛型喷嘴5、接收传感器9和地震波数据采集仪10。

所述供水泵2分别通过管线连接所述水箱1和所述增压器3，所述增压器3通过管线连接所述收敛型喷嘴5，所述供水泵2用于将所述水箱1里的水通过所述管线泵入所述增压器3，所述增压器3用于对所述管线内的水流进行加压形成高压水射流，所述高压水射流通过所述收敛型喷嘴5射向工作面，所述伺服电机4位于所述收敛型喷嘴5上方，所述伺服电机4的输出轴连接挡块6，所述挡块6位于所述收敛型喷嘴5正前方，所述伺服电机4用于驱动所述挡块6转动，所述挡块6在所述伺服电机4驱动下周期性截断所述高压水射流，使所述高压水射流形成高压脉冲射流束7，所述高压脉冲射流束7冲击所述工作面产生激震地震波12，本实施例中所述挡块6在所述伺服电机4驱动下持续转动，当所述挡块6转至所述收敛型喷嘴5的正前方时，所述收敛型喷嘴5射出的所述高压水射流被所述挡块6阻挡截断；当所述挡块6转动离开所述收敛型喷嘴5的正前方时，所述收敛型喷嘴5射出的所述高压水射流没被所述挡块6阻挡截断，继续射向工作面，从而所述高压水射流在持续转动的所述挡块6的作用下形成高压脉冲射流束7。

所述接收传感器9连接所述地震波数据采集仪10，所述增压器3、所述伺服电机4和所述地震波数据采集仪10分别连接智能终端11，本实施例中所述智能终端11为电脑或手机以及其他智能设备，所述接收传感器9用于接收所述激震地震波12被不良地质体阻挡反射回来的反射波13，所述地震波数据采集仪10用于实时采集所述反射波13并传送至所述智能终端11，所述智能终端11用于控制所述增压器3、所述伺服电机4，及分析由所述地震波数据采集仪10传递过来的所述反射波13，从而判断不良地质体的特征。

所述收敛型喷嘴5下端设有定向装置8，所述定向装置8用于调整所述收敛型喷嘴5的方向。

所述的高压脉冲水射流可控主动震源超前探测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、将所述接收传感器9紧贴安装在工作面或者侧边壁面上，所述工作面或者侧边壁面的前方为待开挖的岩体或土体；

S2、打开所述地震波数据采集仪10，并激活所述接收传感器9使其处于检测状态；

S3、利用所述定向装置8调整所述收敛型喷嘴5的出口位置，使所述收敛型喷嘴5的出口正对激震点，所述激震点位于工作面或者侧边壁面上，所述高压脉冲射流束7冲击所述激震点可产生激震地震波12；

S4、通过所述智能终端11分别设置所述伺服电机4的转速和所述增压器3的压力，本实施例中通过设定所述增压器3的压力和驱动所述挡块6旋转的所述伺服电机4的旋转速度，可设定所述高压脉冲射流束7的冲击压力和频率，从而实现震源能量可控；

S5、所述供水泵2通过所述管线将所述水箱1里的水泵入所述增压器3，所述增压器3对所述管线内的水流加压到设定的压力，形成高压水射流，所述高压水射流由所述收敛型喷嘴5射出，所述收敛型喷嘴5射出的所述高压水射流被旋转的所述挡块6周期性截断，形成所述高压脉冲射流束7；

S6、所述高压脉冲射流束7冲击工作面上的所述激震点，产生水锤效应，从而产生所述激震地震波12，所述激震地震波12在岩体中传播，当所述激震地震波12遇到不良地质体后，所述激震地震波12在所述不良地质体的阻抗界面上产生反射波13，所述反射波13向工作面传播并被所述接收传感器9接收，所述地震波数据采集仪10实时采集所述反射波13，并将所述反射波13传送到所述智能终端11；

S7、所述智能终端11接收所述反射波13并对其进行分析，从而对所述不良地质体的特征进行判断，进而对工作面前方地质情况进行判断。

本发明通过所述增压器3、所述收敛型喷嘴5和所述挡块6形成所述高压脉冲射流束7，并利用水锤效应对工作面产生强冲击，形成地震波向前方传播，再利用所述接收传感器9和所述地震波数据采集仪10实时采集由前方不良地质体反射回来的所述发射波13，通过对所述反射波13进行分析，从而判断工作面前方地质情况，发明原理科学、安全高效、节能环保，具有良好的应用前景。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

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。