一种落锤式地震勘探装置及方法与流程

1.本发明涉及地震勘探装置技术领域，具体为一种落锤式地震勘探装置及方法。


背景技术：

2.地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。
3.目前常用的陆上震源有锤击、炸药、震源枪等，其中落锤的主要特点是主频较低、能量较大、安全性高，可以用来作为浅层地震纵波反射波法、折射波法和面波法的震源，特别是面波勘探中，落锤是最佳激发方式之一。
4.中国发明专利cn201410850200.6公开了一种适用于多点地震动室内实验的可调型传力式连续落锤。包括底座，在所述底座上固定有左右两根立柱，在两根所述立柱的顶部固接有横梁，在两根所述立柱的中部固接有定位梁；在所述定位梁内从左至右依次并排设有多级撞针，对应每一级撞针在所述定位梁内形成一个竖向运行通道；在每个所述运行通道两侧各设有一个与其垂直的限位室，在所述限位室内安装有定位装置；所述定位装置由弹簧ⅰ和限位销构成，所述限位销与所述限位室滑动连接，所述限位销设有延伸至所述运行通道内的半球形头部，所述弹簧ⅰ安装在所述限位室内，所述弹簧ⅰ夹压在所述限位室的底部和所述限位销的尾部之间；所述撞针穿装在所述运行通道内，并由所述撞针两侧的两个所述限位销定位；所述撞针由上部针套和下部针体组成，所述上部针套设有圆台状实心封头和筒状螺帽，所述实心封头的上部凸出在所述定位梁之上，在所述实心封头上设有与限位销的半球形头部适配的限位槽，所述下部针体的上部通过螺纹与所述筒状螺帽连接，在所述筒状螺帽内设有夹压在所述下部针体和所述筒状螺帽之间的弹簧ⅱ，在所述下部针体的下部固接有配重块，所述配重块位于所述运行通道的下方，在所述下部针体的中部沿轴向设有刻度ⅰ，在所述筒状螺帽的底部外缘上沿周向设置刻度ⅱ，所述刻度ⅰ和所述刻度ⅱ形成螺旋测微器的测量机制；在两根所述立柱的上部设有与其滑动连接的传力落锤，所述传力落锤位于所述横梁和所述定位梁之间；在所述横梁的顶部安装有电动卷扬机，所述电动卷扬机牵引电磁吸盘运动，所述电磁吸盘设置在所述传力落锤的中央上方。
5.然而，上述现有的落锤式地震勘探装置用来带动落锤上下往复移动锤击地面的驱动方式通常是由卷扬机带动钢索连接落锤以反复锤击，钢索在使用过程中会与器械发生摩擦，并且由于落锤较重反复的拉伸也会造成钢索的疲劳度增大，易发生断裂，不仅会降低装置的使用寿命，也会对施工人员的安全造成威胁。
6.有鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种落锤式地震勘探装置及方法。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种落锤式地震勘探装置及方法，具备通过电机驱动结构坚固的往复升降结构来代替钢索，提高装置的使用寿命和安全性，并且可调节落锤行程的有益效果，解决了上述背景技术中所提到的现有的落锤式地震勘探装置用来带动落锤上下往复移动锤击地面的驱动方式通常是由卷扬机带动钢索连接落锤以反复锤击，钢索在使用过程中会与器械发生摩擦，并且由于落锤较重反复的拉伸也会造成钢索的疲劳度增大，易发生断裂，不仅会降低装置的使用寿命，也会对施工人员的安全造成威胁的问题。
8.本发明提供如下技术方案：一种落锤式地震勘探装置，包括壳体和落锤，所述壳体上设置有地震信号采集仪，所述落锤上设置有触发器，且所述触发器与所述地震信号采集仪通信连接；
9.所述壳体内设置有驱动机构用于带动所述落锤往复升降锤击地面以达到地震勘探的作用，所述驱动机构包括对称设置于所述壳体内的两个齿条，且两个所述齿条基于所述壳体对称设置，所述落锤与两个所述齿条连接；
10.所述驱动机构还包括设置于所述壳体内的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮与两个所述齿条均啮合，所述第二齿轮和所述第三齿轮均与两个所述齿条相适配。
11.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述驱动机构还包括滑动设置于所述壳体内的支撑板，所述支撑板上转动设置有转杆，所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮均设置于所述转杆上，所述支撑板上设置有电机，且所述电机的输出轴与所述转杆连接。
12.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述驱动机构还包括设置于所述壳体内的第一电动推杆，且所述第一电动推杆的输出轴与所述支撑板连接。
13.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述驱动机构还包括滑动设置于所述壳体内的两个连接框架，两个所述齿条滑动设置于两个所述连接框架内，两个所述连接框架内均设置有第二电动推杆，且两个所述第二电动推杆均与两个所述齿条连接。
14.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：两个所述齿条上均设置有第一限位块，所述壳体内对称开设有两个第一限位槽，且两个所述第一限位块分别滑动设置于两个所述第一限位槽内。
15.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述驱动机构还包括开设于所述壳体内的四个第二限位槽，两个所述连接框架上均对称设置有两个第二限位块，且四个所述第二限位块分别滑动设置于四个所述第二限位槽内。
16.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述壳体内滑动设置有滑块，且所述滑块与其中一个所述连接框架连接，所述滑块通过若干个连接机构与所述落锤连接；
17.所述连接机构包括分别设置于所述落锤和所述滑块上的两个球销座，所述连接机构还包括弹簧，且所述弹簧的两端分别与两个所述球销座连接。
18.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述连接机构还包括分别转动设置于两个所述球销座内的两个球销，两个所述球销上分别设置有连接杆和滑
杆，且所述滑杆滑动设置于所述连接杆内，所述弹簧的两端分别设置于所述连接杆和所述滑杆上。
19.作为本发明所述落锤式地震勘探装置的一种可选方案，其中：所述壳体上设置有若干个支撑腿，若干个所述支撑腿上均设置有万向轮，若干个所述万向轮上均设置有刹车片。
20.本发明还提供如下技术方案：一种落锤式地震勘探装置的勘探方法，包括如下步骤：
21.s1、首先通过若干个万向轮带动壳体移动至目标施工地点后，通过踩下若干个刹车片将壳体停留在施工地点，然后根据施工要求调整落锤的锤击行程；
22.s2、调整锤击行程时，首先通过控制第一电动推杆伸缩带动支撑板沿着壳体内滑动，并通过两个第二电动推杆同步运转带动两个齿条移动调整两个齿条之间的相对距离，通过配合使得第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的其中之一与两个齿条啮合，然后停止第一电动推杆的运转；
23.s3、然后控制电机运转带动转杆转动进而带动第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮转动，带动两个齿条作往复升降运动，进而带动落锤往复升降锤击目标地面，在锤击时，通过触发器向地震信号采集仪传输勘探数据完成地震勘探。
24.本发明具备以下有益效果：
25.1、该落锤式地震勘探装置及方法，与传统的落锤式地震勘探装置采用卷扬机钢索连接落锤带动其反复锤击地面的方式相比，本装置中，采用电机运转带动第一齿轮转动，通过其与对称设置的两个齿条间歇交替啮合，带动两个齿条作往复升降运动，两个齿条再通过滑块和连接机构的连接带动落锤反复锤击地面，并通过触发器向地震信号采集仪传输地震波的勘探数据来达到地震勘探的目的。并设置有多组限位块和限位槽的保护，通过结构坚固的驱动机构来代替钢索带动落锤反复锤击，可以避免钢索断裂所造成的安全风险，和勘探装置的使用寿命降低的问题。
26.2、该落锤式地震勘探装置及方法，用于连接滑块与落锤的连接机构为弹性连接结构，通过球销沿着球销座内转动以及弹簧吸收缓冲振动，可以使得落锤在应对凹凸不平的地面时所发生的偏转也不会造成如传统落锤与刚性连接部位的折断情况发生，并且将连接机构等距设置有若干个，可以通过若干个弹簧的吸收缓冲振动作用进一步减小对装置的损耗。
27.3、该落锤式地震勘探装置及方法，还具备调整锤击行程的功能，可通过第一电动推杆带动支撑板前后移动的方式来将第一齿轮替换为齿数和半径更大的第二齿轮或是第三齿轮，并通过两个第二电动推杆运转带动两个齿条调整间距来与第二齿轮或是第三齿轮啮合，从而达到调整落锤的锤击行程的效果。
附图说明
28.图1为本发明的整体结构示意图。
29.图2为本发明的整体爆炸结构示意图。
30.图3为本发明的第一局部爆炸结构示意图。
31.图4为本发明的第二局部爆炸结构示意图。
32.图5为本发明的第一内部结构示意图。
33.图6为本发明的第二内部结构示意图。
34.图7为本发明的第三内部结构示意图。
35.图中：1、壳体；101、地震信号采集仪；102、支撑腿；103、万向轮；104、刹车片；2、落锤；201、触发器；3、滑块；4、连接机构；401、球销座；402、球销；403、连接杆；404、滑杆；405、弹簧；5、驱动机构；501、齿条；502、第一齿轮；503、第二齿轮；504、第三齿轮；505、支撑板；506、转杆；507、电机；508、第一电动推杆；509、连接框架；510、第二电动推杆；511、第一限位块；512、第一限位槽；513、第二限位块；514、第二限位槽。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.为用更为坚固的结构替代钢索连接落锤2，并能够方便调节锤击的行程，提出实施例1；
39.请参阅图1-图7，包括壳体1和落锤2，壳体1上设置有地震信号采集仪101，落锤2上设置有触发器201，且触发器201与地震信号采集仪101通信连接；
40.壳体1内设置有驱动机构5用于带动落锤2往复升降锤击地面以达到地震勘探的作用，驱动机构5包括对称设置于壳体1内的两个齿条501，且两个齿条501基于壳体1对称设置，落锤2与两个齿条501连接；
41.驱动机构5还包括设置于壳体1内的第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504，第一齿轮502与两个齿条501均啮合，第二齿轮503和第三齿轮504均与两个齿条501相适配。
42.其中，两个左右对称的齿条501沿着壳体1内上下滑动，在两个齿条501之间自前向后依次设置有第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504，第一齿轮502为半齿轮，当其与两个齿条501啮合时。
43.两个齿条501相连接保持同步上下移动，且两个齿条501与落锤2连接，首先第一齿轮502与位于右侧的齿条501接触，第一齿轮502转动会带动两个齿条501向下移动，直到第一齿轮502转动至与位于右侧的齿条501脱离接触后，继续转动至与位于左侧的齿条501接触又会带动两个齿条501向上移动。如此反复，可实现落锤2作往复升降运动对地面进行反复锤击。
44.在落锤2进行反复锤击产生地震波时，会通过触发器201来检测到地震波，触发器201可为dt-solo型高灵敏地震检波器，可检测到5-10hz的地震波信号，然后传输给地震信号采集仪101进行采集。
45.而第二齿轮503和第三齿轮504同样为半齿轮，并且同样可与两个齿条501啮合，但第二齿轮503和第三齿轮504的半径和齿数相比第一齿轮502依次增大。通过调整到第二齿轮503或第三齿轮504与两个齿条501啮合，就可以调整落锤2的锤击行程，且两个齿条501的齿数设置大于齿数最多的第三齿轮504。
46.实施例2
47.为控制第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504位移与两个齿条501啮合，并带动三者转动，提出实施例2；
48.本实施例是在实施例1的基础上做出的改进说明，具体的，请参阅图2-图7，驱动机构5还包括滑动设置于壳体1内的支撑板505，支撑板505上转动设置有转杆506，第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504均设置于转杆506上，支撑板505上设置有电机507，且电机507的输出轴与转杆506连接；
49.驱动机构5还包括设置于壳体1内的第一电动推杆508，且第一电动推杆508的输出轴与支撑板505连接。
50.其中，支撑板505可沿着壳体1内壁前后滑动，第一电动推杆508安装在壳体1的后内壁，第一电动推杆508的输出轴固定于支撑板505的后端，在支撑板505的后内壁固定有电机507，电机507的输出轴上同轴固定有转杆506，且转杆506转动安装于支撑板505的前内壁，第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504均固定在转杆506的表面。
51.通过第一电动推杆508运转进行伸缩可以带动第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504前后移动至与两个齿条501啮合，通过电机507运转可以带动转杆506转动，进而带动第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504转动。
52.实施例3
53.为连接两个齿条501，使其保持同步移动，并且使得两个齿条501在由第一齿轮502切换到第二齿轮503或是第三齿轮504时，仍能与其保持啮合，提出实施例3；
54.本实施例是在实施例2的基础上做出的改进说明，具体的，请参阅图2-图6，驱动机构5还包括滑动设置于壳体1内的两个连接框架509，两个齿条501滑动设置于两个连接框架509内，两个连接框架509内均设置有第二电动推杆510，且两个第二电动推杆510均与两个齿条501连接。
55.其中，两个齿条501滑动安装在两个连接框架509内，两个连接框架509沿着壳体1的内壁上下滑动，第二限位块513起到对其的限位作用，使其只能上下移动，而在两个连接框架509内均安装有第二电动推杆510，第二电动推杆510为双轴电动推杆，两个第二电动推杆510的四个输出轴分别与两个齿条501固定。
56.通过两个同步第二电动推杆510运转进行伸缩，可以带动两个齿条501同步向外侧移动，或是同步向内侧移动，从而调整两个齿条501间的间距，使得两个齿条501能与第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504均啮合。
57.实施例4
58.为对两个齿条501和两个连接框架509均进行限位，并使其滑动更加平稳，提出实施例4；
59.本实施例是在实施例1的基础上做出的改进说明，具体的，请参阅图2-图7，两个齿条501上均设置有第一限位块511，壳体1内对称开设有两个第一限位槽512，且两个第一限位块511分别滑动设置于两个第一限位槽512内；
60.驱动机构5还包括开设于壳体1内的四个第二限位槽514，两个连接框架509上均对称设置有两个第二限位块513，且四个第二限位块513分别滑动设置于四个第二限位槽514内。
61.其中，在两个齿条501的相远离端均固定有第一限位块511，通过两个第一限位块511分别沿着两个第一限位槽512内上下滑动起到对两个齿条501的限位作用，并且第一限位槽512的长度均两个第一限位块511的长度以适应两个齿条501间距的调整。
62.在两个连接框架509的前后两端均固定有第二限位块513，通过四个第二限位块513分别沿着四个第二限位槽514内上下滑动起到对两个连接框架509的限位作用。
63.实施例5
64.为连接两个齿条501与落锤2，提出实施例5；
65.本实施例是在实施例1的基础上做出的改进说明，具体的，请参阅图2-图7，壳体1内滑动设置有滑块3，且滑块3与其中一个连接框架509连接，滑块3通过若干个连接机构4与落锤2连接；
66.连接机构4包括分别设置于落锤2和滑块3上的两个球销座401，连接机构4还包括弹簧405，且弹簧405的两端分别与两个球销座401连接；
67.连接机构4还包括分别转动设置于两个球销座401内的两个球销402，两个球销402上分别设置有连接杆403和滑杆404，且滑杆404滑动设置于连接杆403内，弹簧405的两端分别设置于连接杆403和滑杆404上。
68.其中，在位于下侧的连接框架509的下端固定有滑块3，滑块3也沿着壳体1的内壁上下滑动，在滑块3的下侧设置有连接机构4来与落锤2连接。
69.并且为了使得落锤2在锤击时，能够根据地面凹凸不平的变化发生偏转时，不会导致连接部位的折断，将连接机构4设置为弹性连接结构。
70.在滑块3的下端和落锤2的上端均固定有球销座401，两个球销座401的球形槽内均转动安装有球销402，在两个球销402上分别固定有连接杆403和滑杆404，并且滑杆404是沿着连接杆403内滑动的，在连接杆403和滑杆404的外侧套设有弹簧405，弹簧405的两端分别固定在连接杆403和滑杆404上。
71.并且将连接机构4等距设置有四个，在落锤2锤击发生偏转时，通过四个弹簧405的缓冲作用，减缓其对滑块3造成的冲击。
72.实施例6
73.为方便装置移动和定位，提出实施例6；
74.本实施例是在实施例1的基础上做出的改进说明，具体的，请参阅图1-图7，壳体1上设置有若干个支撑腿102，若干个支撑腿102上均设置有万向轮103，若干个万向轮103上均设置有刹车片104。
75.其中，在壳体1的下端四角处均固定有支撑腿102，在四个支撑腿102的下端均安装有万向轮103，在四个万向轮103上均安装有刹车片104。
76.实施例7
77.本发明还提供一种落锤式地震勘探装置的勘探方法；
78.具体的，请参阅图1-图7，包括如下步骤：
79.s1、首先通过若干个万向轮103带动壳体1移动至目标施工地点后，通过踩下若干个刹车片104将壳体1停留在施工地点，然后根据施工要求调整落锤2的锤击行程；
80.s2、调整锤击行程时，首先通过控制第一电动推杆508伸缩带动支撑板505沿着壳体1内滑动，并通过两个第二电动推杆510同步运转带动两个齿条501移动调整两个齿条501
之间的相对距离，通过配合使得第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504的其中之一与两个齿条501啮合，然后停止第一电动推杆508的运转；
81.s3、然后控制电机507运转带动转杆506转动进而带动第一齿轮502、第二齿轮503和第三齿轮504转动，带动两个齿条501作往复升降运动，进而带动落锤2往复升降锤击目标地面，在锤击时，通过触发器201向地震信号采集仪101传输勘探数据完成地震勘探。
82.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
83.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。