本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探，尤其涉及一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、目前隧道建設(shè)也面臨著越來越復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，建設(shè)過程中容易遭遇斷層、破碎帶、復(fù)合地層、孤石、巖溶等不良地質(zhì)，進(jìn)而誘發(fā)發(fā)生塌方、突水突泥、卡機(jī)等災(zāi)害事故，造成人員經(jīng)濟(jì)損失和惡劣社會(huì)影響。

3、在面對(duì)斷層破碎帶、軟弱圍巖等不利地質(zhì)條件時(shí)，隧道地震波反射法是目前應(yīng)用最廣泛的先進(jìn)探測手段。該方法以其出色的遠(yuǎn)距離探測能力和對(duì)地質(zhì)界面的高敏感性而脫穎而出，在眾多工程項(xiàng)目中被廣泛采用?，F(xiàn)階段，常用的隧道地震波法主要在隧道側(cè)壁上激發(fā)和接收地震波，對(duì)于隧道內(nèi)環(huán)境要求相對(duì)較高，當(dāng)隧道內(nèi)存在大量的噪聲時(shí)，隧道側(cè)壁上接收到的地震波信噪比較差。另外，全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(tunnel?boring?machine，tbm)具有“掘進(jìn)速度快、成洞質(zhì)量高、安全環(huán)保”等顯著優(yōu)勢，在實(shí)際工程中已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，逐漸成為隧道建設(shè)的首選。然而，常規(guī)隧道地震波法在tbm隧道中難以有效應(yīng)用。tbm隧道中設(shè)備密集，可利用空間小，地震波激發(fā)操作與設(shè)備安裝不便；隧道圍巖被護(hù)盾覆蓋，兩者之間存在空隙，在護(hù)盾上難以接收有效地震信號(hào)。

4、鉆孔在隧道中得到了廣泛應(yīng)用，利用隧道鉆孔進(jìn)行地震波勘探是一個(gè)有效的選擇，然而，當(dāng)前主要為孔中檢波器，未見孔中震源，且孔中檢波器的耦合與角度固定為題當(dāng)前尚未得到解決。

5、綜上，隧道施工地震勘探當(dāng)前面臨的關(guān)鍵問題之一是：地震觀測系統(tǒng)的有效布設(shè)以及高信噪比地震數(shù)據(jù)的采集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置及其使用方法，通過在工作面鉆孔內(nèi)激發(fā)地震波信號(hào)，在圍巖鉆孔內(nèi)接收地震波信號(hào)，能夠采集到高信噪比的地震信號(hào)數(shù)據(jù)；而且在鉆孔內(nèi)部進(jìn)行激發(fā)和采集地震波，對(duì)地震勘探工作空間要求小，操作簡單方便。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，包括：耦合定位單元、信號(hào)激發(fā)單元、信號(hào)采集裝置；

3、所述耦合定位單元，包括旋轉(zhuǎn)軸體，以及與所述旋轉(zhuǎn)軸體連接的固定撐靴，所述固定撐靴用于在所述旋轉(zhuǎn)軸體旋轉(zhuǎn)下，對(duì)孔內(nèi)側(cè)壁圍巖施加壓力，進(jìn)行固定；

4、所述信號(hào)激發(fā)單元，用于在工作面鉆孔內(nèi)錘擊圍巖激發(fā)地震波；

5、所述信號(hào)采集裝置，用于在側(cè)壁圍巖孔內(nèi)采集地震波信號(hào)。

6、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)裝置的使用方法，包括如下步驟：

7、在隧道工作面正前方或側(cè)前方開挖鉆孔，并在鉆孔內(nèi)裝配用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置；

8、在工作面后方隧道兩側(cè)圍巖開挖多個(gè)鉆孔，并在鉆孔內(nèi)裝配用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置；

9、利用工作面鉆孔內(nèi)所裝配的用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置進(jìn)行地震波激發(fā)；

10、利用圍巖鉆孔內(nèi)用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置進(jìn)行地震信號(hào)采集；

11、將所采集的地震信號(hào)上傳至主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

12、以上一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案存在以下有益效果：

13、在本發(fā)明中，通過在工作面鉆孔內(nèi)激發(fā)地震波信號(hào)，在圍巖鉆孔內(nèi)接收地震波信號(hào)，能夠采集到高信噪比的地震信號(hào)數(shù)據(jù)；而且在鉆孔內(nèi)部進(jìn)行激發(fā)和采集地震波，對(duì)地震勘探工作空間要求小，操作簡單方便。

14、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，包括：耦合定位單元、信號(hào)激發(fā)單元、信號(hào)采集裝置；

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述耦合定位單元包括剛性外殼，在所述剛性外殼側(cè)面開設(shè)有多個(gè)供所述固定撐靴伸出的開口。

3.如權(quán)利要求2所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述信號(hào)激發(fā)單元包括電磁驅(qū)動(dòng)模塊和敲擊錘，所述電磁驅(qū)動(dòng)模塊用于控制所述敲擊錘錘擊圍巖激發(fā)地震波。

4.如權(quán)利要求3所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述敲擊錘設(shè)置在所述剛性外殼的第一端，所述電磁驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)置在所述剛性外殼內(nèi)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集裝置包括三分量檢波器和信號(hào)傳輸模塊，所述信號(hào)采集裝置用于將所述三分量檢波器采集的地震信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

6.如權(quán)利要求1所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)軸體與所述固定撐靴通過齒輪進(jìn)行連接。

7.如權(quán)利要求5所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述三分量檢波器采用速度型檢波器或加速度型檢波器，所述三分量檢波器設(shè)置在剛性外殼內(nèi)，且與所述剛性外殼剛性連接。

8.如權(quán)利要求7所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置，其特征在于，所述三分量檢波器的各分量角度相對(duì)所述剛性外殼固定，且所述三分量檢波器分量角度在所述剛性外殼端面進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

9.一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)裝置的使用方法，其特征在于，還包括：利用圍巖鉆孔內(nèi)用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置進(jìn)行地震波激發(fā)，利用其他鉆孔內(nèi)用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置進(jìn)行地震信號(hào)采集。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種用于孔中發(fā)射和接收地震信號(hào)的裝置及其使用方法，通過在工作面鉆孔內(nèi)激發(fā)地震波信號(hào)，在圍巖鉆孔內(nèi)接收地震波信號(hào)，能夠采集到高信噪比的地震信號(hào)數(shù)據(jù)；而且在鉆孔內(nèi)部進(jìn)行激發(fā)和采集地震波，對(duì)地震勘探工作空間要求小，操作簡單方便。

技術(shù)研發(fā)人員：李慶民,李忠治,賈衛(wèi)東,王曉勇,劉同江,劉忠磊,陳磊,王建偉,佟瑤,王旭華,于世孟,趙振東,夏萬云,于本泉,楊成璽,劉曉林,董斌,王飛,馮二江,蘇憲博,郝志偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵十四局集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6