Источник сейсмических колебаний гравитационного типа Советский патент 1992 года по МПК G01V1/147 

Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых и предназначено для генерирования сейсмических волн динамическим нагружением грунтового полупространства.

Для возбуждения сейсмических волн находят широкое применение различные невзрывные подземные источники, например источник газодинамического типа, Ударное нагружение среды реализуется в них при детонационном сгорании смеси кислорода с топливом в камере переменного объема.

Недостатком этих источников является значительный расход дефицитного окислителя (кислорода) и повышенная опасность работ. Известны устройства, в которых отмеченные недостатки отсутствуют.

Наиболее близким к предлагаемому является источник сейсмических сигналов гравитационного типа, включающий груз, расположенный в направляющем устройстве, выполненном в виде трубы, и излучаю- щую плиту.

Источник работает следующим образом.

После размещения на точке возбуждения груз с помощью подъемного механизма поднимается в исходное верхнее положение. Затем по команде с сейсмостанции груз сбрасывается и, перемещаясь в направляющем устройстве, наносит удар по излучающей плите, установленной на грунте. Ударная нагрузка передается грунту, при этом в нем генерируется сейсмическая волна.

Недостатком этого устройства является наличие повторных ударов груза о плиту, возникающих вследствие отскока груза после нанесения первого удара. Согласно многим исследованиям величина отскока груза составляет (0,1-0,2) Н, где Н - исходная высота подъема груза. Повторный удар возбуждает в грунте волны-помехи, снижающие качество сейсмических материалов.

Целью изобретения является повышение сейсмической эффективности йсточни- ка за счет исключения повторного удара груза по излучающей плите.

Поставленная цель достигается тем, что источник сейсмических сигналов гравитационного типа, включающий груз, расположенный в направляющем устройстве, выполненном о виде трубы, и излучающую плиту, снабжен по меньшей мере двумя стаканами, закрепленными радиально в нижней части направляющего устройства, в которых размещены упругие элементы и упоры, расположенные с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью нижней части груза, при этом груз выполнен в нижней части в виде усеченного конуса, стаканы размещены на расстоянии от излучающей плиты, не превышающем высоту этого усеченного конуса, а жесткость упругих элементов определяется выражением:

С

2 Мд

nhitg3«/2 где С - жесткость упругого элемента, Н/мс;

М - масса груза, кГ;

g - ускорение свободного падения, м/с;

п - количество упругих элементов;

hi - высота отскока груза, м; hi (0,1- 0,2) Н, здесь Н - исходная высота подъема груза;

а - угол конуса нижней части груза, град.

Способ заключается в следующем.

При падении груза в направляющей трубе и приближении его к излучающей плите коническая поверхность нижней части груза взаимодействует с упорами, которые, сжимая упругие элементы, утепляются в стаканах. После нанесения первого удара по излучающей плите груз отскакивает от нее на высоту hi, изменяемую в зависимости от жесткости грунта в диапазоне (0,1- 0,2) Н. При этом упоры возвращаются в исходное выдвинутое положение. После отскока груз падает вновь с высоты hi и, взаимодействуя при этом с упорами, гасит свою кинетическую энергию, сжимая упругие элементы. Жесткость упругих элементов должна обеспечивать полное гашение энергии повторного удара груза. Исходя из этого условия, жесткость элементов определяется следующим образом.

Работа сжатия одного упругого элемента равна:

Аг

CI

где AI - работа сжатия, Дж;

С - жесткость упругого элемента, Н /м;

I - величина сжатия упругого элемента, м.

tgcr/2.

где hi - путь торможения груза (соответствует высоте отскока груза от плиты), м; ц (0,1-0,2) Н;

О. - угол конуса нижней части груза, град.

Требуемая жесткость упругих элементов определяется из уравнения баланса энергии

« i . п С h 1 Mghi n AI tg a tg 3 a/2

С 2Mg

nhitg3a/2

где М - масса груза, кГ;

g- ускорение свободного падения, м/с; п - количество упругих элементов (стаканов).

Таким образом, предлагаемое решение позволяет исключить повторный удар груза по излучающей плите за счет частичного непроизводительного расходования кинетической энергии падающего груза.

На фиг. 1 изображен источник сейсмических колебаний гравитационного типа, общий вид; на фиг.2 - разрез нижней части направляющего устройства.

Источник содержит груз 1, размещенный в направляющем устройстве 2, выполненном в виде трубы, излучающую плиту 3 и соединенный тросом 4 с грузом подъемный механизм 5. В нижней части трубы 2 закреплены стаканы 6 с регулирующими гайками 7, упругими элементами 8 и упорами 9, взаимодействующими с конической поверхностью нижней части груза 1.

Источник работает следующим образом.

Перед началом работы излучающая плита 3 устанавливается на грунт на точку возбуждения. Затем груз 1 с помощью подъемного механизма 5 поднимается в верхнее исходное положение. После подачи

сигнала с сейсмостанции груз 1 сбрасывается. Перед нанесением удара по излучающей плите 3 коническая поверхность груза начинает взаимодействовать с упорами 9, которые, сжимая упругие элементы 8,

вдвигаются в стаканы 6. После нанесения удара по излучающей плите 3 груз 1 отскакивает сверх и упоры 9 вновь занимают исходное положение. Достигнув верхней точки отскока, высота которой не превышает 10-20 % от первоначальной высоты падения груза 1, груз 1 вновь падает. Однако потенциальная энергия при этом не превышает 10-20 % от энергии рабочего цикла (энергии груза 1 в верхнем исходном положении). Эта энергия гасится при взаимодействии с упорами 9, то есть расходуется на сжатие упругих элемент ов 8 и перемещение упороо 9. В результате этого взаимодействия повторный удар груза 1 по излучающей плите исключается.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет исключить повторный удар при возбуждении сейсмических колебаний и за счет этого повысить сейсмическую эффективность источника гравитационного типа

Формула изобретения

Источник сейсмических колебаний гравитационного типа, содержащий груз, расположенный в направляющем устройстве в виде трубы и соединенный тросом с подьем- ным механизмом и излучающую плиту, о т- личающийся тем, что. с целью повышения сейсмической эффективности за счет исключения повторного удара груза по излучающей плите, он снабжен по меньшей мере двумя стаканами, в которых раз0

мещены упругие элементы и упоры, расположенные с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью нижней части груза, которая выполнена в форме усеченного конуса, при этом стаканы размещены ради- ально в нижней части трубы на расстоянии от излучающей плиты, не превышающем высоту этого усеченного конуса, а жесткость С упругих элементов определяется выражением

С- 2М9

n hitg3a/2 где М - масса груза;

п - количество упругих элементов, hi - (0,1-0,2) Н, где Н - исходная высота подъема груза,

а- угол конусности нижней части груза.

Использование; возбуждение сейсмических колебаний на поверхности невзрывным способом. Сущность изобретения: в источнике сейсмических колебаний гравитационного типа направляющее устройство выполнено в виде трубы и снабжено тормозной системой, включающей стаканы с подпружиненными толкателями. При этом толкатели взаимодействуют с конической поверхностью нижней части груза. 2 ил.

/////////////// /7/ ////// 7/7 7// Т /// ///

Фиг.1

5

Ј

(риг. 2