一种液态二氧化碳相变式可控主动震源及其使用方法技术领域
本发明涉及一种主动震源，特别是涉及一种液态二氧化碳相变式可控主动震源。
本发明还涉及该液态二氧化碳相变式可控主动震源的使用方法。
背景技术
随着国内外矿山开采逐渐向深部发展，矿山巷道及硐室的开挖造成地应力集中和
重新分布，使原本稳定的岩体逐渐进入不稳定状态。岩体中积聚的弹性势能在岩体发生非
弹性变形的过程中以地震波的形式逐步或突然释放，从而产生一系列的微震事件。在高地
应力的作用下，弹性势能的突然释放所诱发的岩爆等灾害严重制约了矿山的生产作业。微
震监测技术可以通过监测岩石发生破裂或错动时发出的微地震波的信息，通过处理分析后
可以确定微震事件发生的震源位置、震级大小以及能量释放的信息。因此，在深部开采的矿
山构建微震监测系统势在必行。
传统的微震监测过程，为了分析爆破作业对矿山巷道及硐室稳定性的影响，监测
的区域多靠近爆破地点，监测到的数据中混杂着大量的爆破事件，而目前还没有方法可以
自动准确识别爆破事件和微震事件，大多数都需要靠人们进行手工拾取，该过程不但要耗
费大量的人力物力和财力，而且需要花费很长的时间。最主要的，人工拾取的精度不高，这
在指导矿山生产的过程中存在很大的弊端。
因此，研发一种既能快速安装且使用简便，又能很好地反映微震震源的可控主动
震源是非常有必要的。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种既能快速安装且使用简便，又能很
好地反映微震震源信息的液态二氧化碳相变式可控主动震源。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述的液态二氧化碳相变式可控主动
震源的使用方法。
为了解决上述的第一个技术问题，本发明提供的液态二氧化碳相变式可控主动震
源，存液管内充满液态二氧化碳，所述的存液管的一端连接有注液头，所述的存液管的另一
端与安全阀的一端连接，所述的安全阀的另一端连接有射能头，所述的存液管内设有加热
棒，所述的加热棒与智能触发器电连接，至少一个微震传感器通过信号保真盒与微震检测
系统通信连接，所述的微震检测系统与控制电脑控制连接，所述的智能触发器与所述的控
制电脑采用通信控制连接。
所述的安全阀为全启式弹簧安全阀。
所述的注液头与存液管之间、所述的加热棒与所述的存液管之间、所述的安全阀
与所述的存液管和所述的射能头之间均通过螺纹槽旋合连接，并采用密封垫进行密封。
所述的智能触发器为1个。
所述的加热棒为1个。
所述的全启式弹簧安全阀为1个，且能根据所需震源的能量选择不同的型号，进而
调整所述的存液管中液态二氧化碳的量，按需添加，节约成本。
为了解决上述的第二个技术问题，本发明提供的液态二氧化碳相变式可控主动震
源的使用方法，按照下列步骤安装使用：
a.预先采用专用的高压泵将二氧化碳通过注液头注入存液管；
b.将存液管与注液头、加热棒、智能触发器、全启式弹簧安全阀和射能头连接；
c.在待测地点钻取合适孔径的钻孔，清孔后装入已经连接好的存液管、注液头、加
热棒、智能触发器、全启式弹簧安全阀和射能头，并将智能触发器与地面的控制电脑电连
接；
d.根据需求，选择适当数目的微震传感器，安置在待测地点，并将微震传感器与地
面的信号保真盒、微震检测系统和控制电脑电连接，打开微震检测系统进入数据采集状态；
e.操作控制电脑，触发智能触发器,使加热棒通电，迅速产生大量热，促使存液管
中的液态二氧化碳进入超临界状态，压力急剧增大，当存液管内压力达到全启式弹簧安全
阀的临界压力时，全启式弹簧安全阀打开，二氧化碳高压气流经全启式弹簧安全阀从射能
头喷出，对测点产生冲击，形成一个可控主动震源；
f.采集完成后，取出液态二氧化碳相变式可控主动震源，清理各个部件之间的杂
物，清理完成后，将液态二氧化碳相变式可控主动震源以及其他所有试验仪器带回。
采用上述技术方案的液态二氧化碳相变式可控主动震源及其使用方法，存液管内
充满液态二氧化碳，智能触发器和控制电脑连接，当智能触发器触发之后，接通加热棒使其
通电，温度迅速升高，产生大量热，进而使存液管内的液态二氧化碳受热进入超临界状态，
压力急剧增大，当存液管内压力达到全启式弹簧安全阀的临界压力时，安全阀打开，二氧化
碳高压气流从射能头喷出，对测点产生冲击，形成一个可控主动震源。液态二氧化碳相变式
可控主动震源中各部件均可循环利用，组网可实现多震源同时触发；液态二氧化碳相变式
可控主动震源的各部件之间通过螺纹槽旋合连接，并采用密封垫进行密封，防止漏气，保证
震源效果，且几乎不产生负面效果。计算机控制触发智能触发器,接通加热棒使其通电，温
度迅速升高，产生大量热，加热方式可控。安全阀为1个，且可以根据所需震源的能量选择不
同的型号，进而调整存液管中液态二氧化碳的量，按需添加，节约成本。无需停止生产，不会
对正常的生产造成影响，无污染，无危险，是一种最安全、最经济、最高效的方法，也是一种
不会产生负面效应的方法。
本发明的液态二氧化碳相变式可控主动震源及其使用方法的优势主要体现在以
下几个方面：
1、液态二氧化碳来源广泛，且气态二氧化碳是非易燃易爆气体，整个膨胀射能过
程为物理过程，无火花，不产生有害气体，不引起爆炸，粉尘少，无飞石，经济环保；
2、不产生破坏性的地震波，对周围环境的影响小；
3、整个处理过程简单，可实现连续作业；
4、设备各部件的储存、运输、使用和回收过程均安全；
5、能量释放可控，射能方向可控，即震源方位可控，组网可实现多震源同时触发；
6、与爆破震源相比较，本发明震源频率低，更接近岩石中真实的微震信号；
7、本发明中所有部件均可重复使用，大大降低了成本，使用过程安全快捷，为微震
监测提供硬件设备支撑。
综上诉述，本发明是一种既能快速安装且使用简便，又能很好地反映微震震源的
液态二氧化碳相变式可控主动震源及其使用方法。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的使用布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1，本发明提供的液态二氧化碳相变式可控主动震源存液管4内充满液态二
氧化碳，存液管4的一端连接有注液头1，存液管4的另一端与全启式弹簧安全阀9的一端连
接，全启式弹簧安全阀9的另一端连接有射能头11，存液管4内设有加热棒3，加热棒3与智能
触发器2电连接，至少一个微震传感器6通过信号保真盒5与微震检测系统7通信连接，微震
检测系统7与控制电脑10控制连接，智能触发器2与控制电脑10采用通信控制连接。
具体地，注液头1与存液管4之间、加热棒3与存液管4之间、全启式弹簧安全阀9与
存液管4和射能头11之间均通过螺纹槽旋合连接，并采用密封垫8进行密封。
全启式弹簧安全阀9为1个，且能根据所需震源的能量选择不同的型号，进而调整
存液管4中液态二氧化碳的量，按需添加，节约成本。
参见图1，存液管4内充满液态二氧化碳，液态二氧化碳经由注液头1注入到存液管
4内。智能触发器2和控制电脑10连接，当控制电脑10控制智能触发器2触发之后，使加热棒3
通电，温度迅速升高，产生大量热，进而使存液管4内的液态二氧化碳受热进入超临界状态，
压力急剧增大，当存液管4内压力达到全启式弹簧安全阀9的临界压力时，全启式弹簧安全
阀9打开，二氧化碳高压气流从射能头7喷出，对测点产生冲击，形成一个可控主动震源。
控制电脑10控制触发智能触发器2,使加热棒3通电，产生大量热，温度迅速升高，
加热方式可控。
本发明提供的液态二氧化碳相变式可控主动震源中，所有部件均可重复多次使
用。
参见图1和图2，液态二氧化碳相变式可控主动震源的使用方法，具体按照下列步
骤安装使用：
a.预先采用专用的高压泵将二氧化碳通过注液头1注入存液管4；
b.将存液管4与注液头1、加热棒3、智能触发器2、密封垫8、全启式弹簧安全阀9和
射能头11连接；
c.在待测地点钻取合适孔径的钻孔，清孔后装入已经连接好的存液管4、注液头1、
加热棒3、智能触发器2、密封垫8、全启式弹簧安全阀9和射能头11，并将智能触发器2与地面
的控制电脑10电连接；
d.根据需求，选择适当数目的微震传感器6，安置在待测地点，并将微震传感器6与
地面的信号保真盒5、微震检测系统7和控制电脑10电连接，打开微震检测系统7进入数据采
集状态；
e.操作控制电脑10，触发智能触发器2,使加热棒3通电，迅速产生大量热，促使存
液管4中的液态二氧化碳进入超临界状态，压力急剧增大，当存液管4内压力达到全启式弹
簧安全阀9的临界压力时，全启式弹簧安全阀9打开，二氧化碳高压气流经全启式弹簧安全
阀9从射能头11喷出，对测点产生冲击，形成一个可控主动震源；
f.采集完成后，取出液态二氧化碳相变式可控主动震源，清理各个部件之间的杂
物，清理完成后，将液态二氧化碳相变式可控主动震源以及其他所有试验仪器带回。