一種用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型具體涉及一種用于煤礦井下地震勘探方法的礦用本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置。如何解決既符合國(guó)家安全規(guī)定又滿足炸藥爆炸時(shí)刻提取TB同步觸發(fā)信號(hào),已成為一個(gè)難題。本實(shí)用新型包括機(jī)殼,脈沖電流互感器由磁環(huán)軸套、磁環(huán)、線圈和放炮母線組成,磁環(huán)軸套外側(cè)嵌有磁環(huán),線圈的首端和尾端作為出線端;磁環(huán)軸套的兩端面設(shè)置有過(guò)線孔;機(jī)殼內(nèi)部設(shè)置有裝配有脈沖整形電路和雙重防護(hù)電路的印制電路板,還設(shè)置有用以穿過(guò)TB信號(hào)電纜的防水接頭和指示燈,TB信號(hào)電纜一端與雙重防護(hù)電路相連,一端有連接器插頭。本實(shí)用新型利用穿心式脈沖電流互感的隔離技術(shù)和脈沖整形雙重防護(hù)的本安型“ib”防爆技術(shù),解決了電氣關(guān)聯(lián)使用方式受限問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于礦井地球物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種適用于煤礦井下地震勘探方法的礦用本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井地震勘探方法的基本原理同于地面地震勘探,通常采用炸藥作為激發(fā)地震波的“震源”。為了保證地震儀器能夠及時(shí)準(zhǔn)確的從震源激發(fā)瞬間開始數(shù)據(jù)采集,在震源和地震儀器之間必須配備發(fā)爆同步觸發(fā)裝置。其工作過(guò)程是當(dāng)發(fā)出“放炮”命令后,由發(fā)爆器產(chǎn)生高壓脈沖引爆炸藥的一瞬間,震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置將放炮母線上的脈沖電流轉(zhuǎn)換成為一個(gè)邏輯電平的脈沖信號(hào)。這個(gè)信號(hào)確定了爆炸時(shí)刻τ=0,并傳送至地震儀器,用于觸發(fā)地震數(shù)據(jù)同步采集的啟動(dòng)指令,并保證震源激發(fā)和數(shù)據(jù)采集啟動(dòng)同步精度。TB同步觸發(fā)信號(hào)的準(zhǔn)確程度對(duì)于地震勘探資料后續(xù)處理、解釋精度至關(guān)重要。
[0003]傳統(tǒng)震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置(含進(jìn)口國(guó)外的裝置)通常采用的是光電隔離技術(shù),通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)在發(fā)爆器放炮母線回路中的取樣電阻,使光電隔離器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生邏輯電平(通常3V?5V)信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)高壓脈沖至低壓邏輯脈沖的轉(zhuǎn)換。由于現(xiàn)有技術(shù)中的光電隔離器件在實(shí)際工程使用中易損壞,造成廢炮,影響地震勘探工程進(jìn)度。另外,從時(shí)間延遲方面來(lái)講,目前使用的國(guó)內(nèi)外其它發(fā)爆器的時(shí)間精度,其起爆的時(shí)間誤差都在毫秒級(jí),對(duì)于目前普遍使用的0.5ms、0.25ms的采樣率,其同步精度顯然不夠,不能滿足現(xiàn)代礦井地震勘探及高精度勘探的需求。
[0004]在采用上述【背景技術(shù)】申報(bào)礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書過(guò)程中,安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心和國(guó)家安全生檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的技術(shù)審查專家否定了傳統(tǒng)震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置與發(fā)爆器的電氣關(guān)聯(lián)方式。由于震源同步裝置與發(fā)爆器之間通過(guò)放炮母線回路的取樣電阻形成了電氣關(guān)聯(lián)關(guān)系,震源同步裝置事實(shí)上已成為發(fā)爆器的關(guān)聯(lián)設(shè)備。發(fā)爆器屬于煤礦用“特殊型”電氣設(shè)備,為保證爆破作業(yè)安全,國(guó)家《煤礦安全規(guī)程》有著及其嚴(yán)格的規(guī)定。在第334條中規(guī)定“爆破母線和連接線必須符合標(biāo)準(zhǔn),不得與軌道、金屬管、金屬網(wǎng)、鋼絲繩等導(dǎo)電體相接觸”。
[0005]因此,采用傳統(tǒng)【背景技術(shù)】的震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置與發(fā)爆器的電氣關(guān)聯(lián)使用方式受到了國(guó)家煤礦安全相關(guān)法律法規(guī)的明令禁止。如何解決既符合國(guó)家《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,又滿足炸藥爆炸時(shí)刻提取TB同步觸發(fā)信號(hào)的需求,已成為礦井地震勘探工程急待解決的一個(gè)難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型為了解決上述已有【背景技術(shù)】中震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置與發(fā)爆器關(guān)聯(lián)使用方式被國(guó)家煤礦安全法律法規(guī)嚴(yán)格禁止的嚴(yán)重不足之處,提供一種用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型(以下簡(jiǎn)稱“本安型”)震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置(以下簡(jiǎn)稱“同步裝置”)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用了下列技術(shù)方案:
[0008]用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,包括機(jī)殼和脈沖電流互感器,所述脈沖電流互感器由固定在機(jī)殼內(nèi)部由絕緣材料制作的磁環(huán)軸套、磁環(huán)、線圈和放炮母線組成,磁環(huán)軸套外側(cè)嵌有纏繞線圈的磁環(huán),所述線圈的首端和尾端作為脈沖電流互感器的出線端;磁環(huán)軸套的兩端面設(shè)置有用以穿過(guò)放炮母線的過(guò)線孔,所述過(guò)線孔設(shè)置在機(jī)殼外側(cè)壁上;機(jī)殼內(nèi)部設(shè)置有印制電路板,印制電路板上裝配有脈沖整形電路和雙重防護(hù)電路;機(jī)殼上分別設(shè)置有電纜防水接頭和與脈沖整形電路連接的指示燈,所述的電纜防水接頭用以穿過(guò)TB信號(hào)電纜,TB信號(hào)電纜一端與雙重防護(hù)電路相連,另一端設(shè)置有連接器插頭。
[0009]所述脈沖整形電路包括±10V瞬態(tài)抑制二極管D705、D706,由四個(gè)二極管D701、D702、D703、D704組成的全波橋式整流器,脈沖整形電路輸出端MC連接有發(fā)光二極管D709,輸出端MC與地間連接有電容C701。
[0010]所述雙重防護(hù)電路與脈沖整形電路輸出端MC相連,包括由電容C702與電阻R701串聯(lián)構(gòu)成的RC電路,與RC電路并聯(lián)的二極管D707、D708、電容C703,以及可變電阻W701,電阻R702,可變電阻W701與電阻R702串聯(lián),兩者串聯(lián)后再與RC電路并聯(lián),可變電阻W701上連接有TB信號(hào)電纜。
[0011]所述放炮母線采用絕緣包皮導(dǎo)線。
[0012]所述放炮母線所產(chǎn)生的脈沖電流供電時(shí)間不大于4ms,引燃沖量不小于8.7A2 ms且不大于12.0A2_ms。
[0013]所述雙重防護(hù)電路將脈沖整形電路輸出端的電壓幅值限定在5 V,并調(diào)節(jié)TB同步觸發(fā)信號(hào)輸出幅值在3 V?5 V。
[0014]所述磁環(huán)材料為NXO鐵氧體。
[0015]所述線圈的繞線結(jié)構(gòu)為單層線圈,繞制方法為密繞式線圈,電感值為0.5mH。
[0016]所述印制電路板與脈沖電流互感器通過(guò)RTV-133硫化硅橡膠膠封為一體。
[0017]所述機(jī)殼的材料為ABS,機(jī)殼外表面采用防靜電漆噴涂工藝處理使其表面絕緣電阻小于1Χ109Ω。
[0018]本實(shí)用新型是用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,利用穿心式脈沖電流互感器技術(shù),采用無(wú)源電路技術(shù)方案,按照GB 3836.4 一 2010規(guī)定的本安型“ib”保護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì),防爆型式為“Ex ib I Mb”,整機(jī)沒(méi)有電源供電。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下:
[0020]本實(shí)用新型利用穿心式脈沖電流互感的隔離技術(shù)以及脈沖整形雙重防護(hù)的本安型“ib”防爆技術(shù),有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中的礦用“特殊型”電氣設(shè)備——礦用發(fā)爆器連接的放炮母線與同步裝置之間的電氣關(guān)聯(lián)使用方式受限問(wèn)題。整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙、夕卜觀新穎,合理的解決了放炮母線穿過(guò)機(jī)殼內(nèi)部磁環(huán)孔的設(shè)計(jì)難題,互感隔離的介電強(qiáng)度可達(dá)3000 VAC。采用無(wú)源電路設(shè)計(jì)方案,整機(jī)無(wú)需電源供電,避免了人工定期維護(hù),工作安全可靠。通過(guò)大量的相關(guān)試驗(yàn),精確地獲取了震源爆炸TB同步觸發(fā)信號(hào),爆炸時(shí)刻和地震波初至?xí)r刻的同步記錄精度優(yōu)于0.01 ms,完全滿足現(xiàn)代礦井地震勘探及高精度勘探的需求。特別是工程上容易實(shí)現(xiàn),具有實(shí)際應(yīng)用意義。
[0021]本實(shí)用新型通過(guò)了國(guó)家安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的防爆性能審查和檢驗(yàn),并于2013年7月I日獲得了產(chǎn)品Ex防爆合格證和MA安全標(biāo)志證書。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖;
[0023]圖2是脈沖電流互感器;
[0024]圖3是磁環(huán)軸套結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖4是機(jī)殼外部結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖5是脈沖整形電氣原理圖;
[0027]圖6是雙重防護(hù)電氣原理圖。
[0028]圖中,I—磁環(huán)軸套,2—脈沖電流互感器,3—脈沖整形電路,4一雙重防護(hù)電路,5一放炮母線,6 —電纜防水接頭,7一TB fg號(hào)電纜,8—連接器插頭,9一指不燈,10一機(jī)殼,11—印制電路板,12—過(guò)線孔,13 一磁環(huán),14 一線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一部詳細(xì)的描述:
[0030]參見圖1一圖4,本實(shí)用新型是用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,包括有機(jī)殼10、固定在機(jī)殼10內(nèi)部的磁環(huán)軸套1,在磁環(huán)軸套I上設(shè)置有供放炮母線5穿入通過(guò)的過(guò)線孔12,在機(jī)殼10內(nèi)部設(shè)置有纏繞二次線圈14的圓形磁環(huán)13,纏繞在磁環(huán)13上的二次線圈14首端BI和尾端B2形成脈沖電流互感器2的出線端子,所述的磁環(huán)13嵌入固定在磁環(huán)軸套I上,在磁環(huán)軸套I的兩個(gè)端面上,設(shè)置有過(guò)線孔12并位于機(jī)殼10外部;在機(jī)殼10內(nèi)部設(shè)置有印制電路板11,所述的印制電路板11上裝配有脈沖整形電路3和雙重防護(hù)電路4 ;在機(jī)殼10的頂部分別設(shè)置有與脈沖整形電路3連接的指示燈9和電纜防水接頭6,所述的電纜防水接頭6用于穿入通過(guò)與雙重防護(hù)電路4連接的TB信號(hào)電纜7,將TB信號(hào)電纜7從機(jī)殼10內(nèi)部引至機(jī)殼10外部,所述的TB信號(hào)電纜7末端設(shè)置有連接器插頭8。
[0031]穿心式脈沖電流互感器隔離技術(shù)在與放炮母線之間的電氣隔離中起到了關(guān)鍵性的作用。所述穿心式脈沖電流互感器的絕緣隔離結(jié)構(gòu)工藝是:在磁環(huán)的內(nèi)孔中,嵌入用絕緣材料制作的帶通孔的磁環(huán)軸套并安裝在同步裝置機(jī)殼的內(nèi)部,磁環(huán)軸套兩個(gè)端面的過(guò)線孔位于機(jī)殼的外部。放炮母線采用絕緣包皮導(dǎo)線,穿入并通過(guò)磁環(huán)軸套過(guò)線孔時(shí)不與同步裝置發(fā)生直接的電氣關(guān)聯(lián),有效合理地解決了上述已有【背景技術(shù)】中被國(guó)家煤礦安全相關(guān)法律法規(guī)明令禁止的電氣關(guān)聯(lián)方式。
[0032]參見圖5,脈沖整形電路用于脈沖電流互感器二次繞組感應(yīng)信號(hào)的波形限幅和極性轉(zhuǎn)換。
[0033]參見圖6,雙重防護(hù)電路用于限制脈沖整形電路的輸出電壓幅值,其限幅防護(hù)性能符合GB 3836.4 - 2010規(guī)定的本安型“ ib”保護(hù)等級(jí)的要求。
[0034]本實(shí)用新型的工作原理是:當(dāng)發(fā)出“放炮”命令后,在產(chǎn)生高壓脈沖引爆炸藥的一瞬間,穿入通過(guò)過(guò)線孔的放炮母線所產(chǎn)生脈沖電流的安全供電時(shí)間不大于4 ms,引燃沖量不小于8.7 A2.ms且不大于12.0 A2.ms。根據(jù)電磁感應(yīng)原理,放炮母線上的脈沖電流作為互感器一次繞組在磁環(huán)回路感應(yīng)出磁通,磁通穿過(guò)二次繞組感應(yīng)出二次電壓,并在二次負(fù)載中形成電流。為了防止脈沖電流互感器二次側(cè)產(chǎn)生的高壓,在二次繞組兩端并聯(lián)連接有雙重防護(hù)的±10 V瞬態(tài)抑制二極管D705、D706。為了實(shí)現(xiàn)單極性TB脈沖信號(hào),脈沖整形電路中的D701、D702、D703和D704構(gòu)成了一個(gè)全波橋式整流器,用于完成脈沖電壓信號(hào)的極性轉(zhuǎn)換。脈沖整形電路輸出端MC連接有發(fā)光二極管D709,當(dāng)放炮母線出現(xiàn)“引爆”脈沖電流后,指示燈瞬間發(fā)光,用于顯示同步信號(hào)工作是否正常。雙重防護(hù)電路將脈沖整形電路輸出端MC的電壓幅值限定在5 V,并由W701衰減調(diào)節(jié)TB同步觸發(fā)信號(hào)輸出幅值在3V?5 V范圍,通過(guò)TB信號(hào)線纜末端的電纜插頭連接至礦井地震儀器,用于地震數(shù)據(jù)采集的啟動(dòng)信號(hào)。
[0035]所述的穿心式脈沖電流互感器結(jié)構(gòu)本身不設(shè)一次繞組,由放炮母線的載流導(dǎo)線穿過(guò)磁環(huán)內(nèi)孔,形成了 I匝的一次繞組。二次繞組直接均勻地纏繞在磁環(huán)上。為了保證電流互感器有較好的電流傳變特性,磁芯類型選用具有高導(dǎo)磁和低損耗的特點(diǎn)NXO鎳鋅鐵氧體磁環(huán)。脈沖電流互感器線圈制作要求是:繞線結(jié)構(gòu)為單層線圈;繞制方法為密繞式線圈;線圈電感值為0.5 mH。
[0036]由于放炮母線穿入通過(guò)磁環(huán)軸套孔的方向不同,即Pl進(jìn)P2出或P2進(jìn)Pl出,將在脈沖電流互感器的二次側(cè)產(chǎn)生不同極性的脈沖。為了實(shí)現(xiàn)單極性TB脈沖信號(hào),在脈沖整形電路中設(shè)置有全波橋式整流器,無(wú)論放炮母線穿入通過(guò)磁環(huán)軸套孔的方向如何,均轉(zhuǎn)換為正脈沖信號(hào)。
[0037]為了滿足防爆電氣產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)要求,在制作工藝方面,選用RTV-133硫化硅橡膠將整機(jī)內(nèi)部的電路板和脈沖電流互感器澆封為一體,合理地避免了在故障狀態(tài)下澆封部件內(nèi)部火花引燃的可能性。選用的機(jī)殼材料為ABS,對(duì)機(jī)殼外部表面采用防靜電漆噴涂工藝處理,使其表面絕緣電阻小于I X 19 Ω。
【權(quán)利要求】
1.一種用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:包括機(jī)殼(10)和脈沖電流互感器(2),所述脈沖電流互感器(2)由固定在機(jī)殼內(nèi)部由絕緣材料制作的磁環(huán)軸套(I)、磁環(huán)(13)、線圈(14)和放炮母線(5)組成,磁環(huán)軸套(I)外側(cè)嵌有纏繞線圈(14)的磁環(huán)(13),所述線圈(14)的首端和尾端作為脈沖電流互感器(2)的出線端;磁環(huán)軸套(I)的兩端面設(shè)置有用以穿過(guò)放炮母線(5)的過(guò)線孔(12),所述過(guò)線孔(12)設(shè)置在機(jī)殼(10)外側(cè)壁上;機(jī)殼(10)內(nèi)部設(shè)置有印制電路板(11 ),印制電路板(11)上裝配有脈沖整形電路(3)和雙重防護(hù)電路(4);機(jī)殼(10)上分別設(shè)置有電纜防水接頭(6)和與脈沖整形電路(3)連接的指示燈(9),所述的電纜防水接頭(6)用以穿過(guò)TB信號(hào)電纜(7),TB信號(hào)電纜(7 ) —端與雙重防護(hù)電路(4 )相連,另一端設(shè)置有連接器插頭(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述脈沖整形電路(3)包括±10V瞬態(tài)抑制二極管D705、D706,由四個(gè)二極管D701、D702、D703、D704組成的全波橋式整流器,脈沖整形電路(3)輸出端MC連接有發(fā)光二極管D709,輸出端MC與地間連接有電容C701。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述雙重防護(hù)電路(4)與脈沖整形電路(3)輸出端MC相連,包括由電容C702與電阻R701串聯(lián)構(gòu)成的RC電路,與RC電路并聯(lián)的二極管D707、D708、電容C703,以及可變電阻W701,電阻R702,可變電阻W701與電阻R702串聯(lián),兩者串聯(lián)后再與RC電路并聯(lián),可變電阻W701上連接有TB信號(hào)電纜(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述放炮母線(5)采用絕緣包皮導(dǎo)線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述放炮母線(5)所產(chǎn)生的脈沖電流供電時(shí)間不大于4ms,引燃沖量不小于8.7A2'ms 且不大于 12.0A2.ms。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述雙重防護(hù)電路(4)將脈沖整形電路(3)輸出端的電壓幅值限定在5 V,并調(diào)節(jié)TB同步觸發(fā)信號(hào)輸出幅值在3 V?5 V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述磁環(huán)(13)材料為NXO鐵氧體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述線圈(14)的繞線結(jié)構(gòu)為單層線圈,繞制方法為密繞式線圈,電感值為0.5mH。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述印制電路板(11)與脈沖電流互感器(2)通過(guò)RTV-133硫化硅橡膠膠封為一體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井地震勘探法的本質(zhì)安全型震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置,其特征在于:所述機(jī)殼(10)的材料為ABS,機(jī)殼(10)外表面采用防靜電漆噴涂工藝處理使其表面絕緣電阻小于I X 19 Ω。
【文檔編號(hào)】G01V1/22GK204009093SQ201420405141
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】王有杰, 王勇, 張鵬, 王永勝, 燕斌, 程海, 宮浩, 石巖, 陳坤, 徐維澤, 張佳, 趙朋朋, 王昊星, 王博 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司