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】本發(fā)明屬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。如何解決既符合國家安全規(guī)定又滿足炸藥爆炸時刻提取TB同步觸發(fā)信號，已成為一個難題。本發(fā)明包括機殼，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)軸套的兩端面設置有過線孔；機殼內(nèi)部設置有裝配有脈沖整形電路和雙重防護電路的印制電路板，還設置有用以穿過TB信號電纜的防水接頭和指示燈，TB信號電纜一端與雙重防護電路相連，一端有連接器插頭。本發(fā)明利用穿心式脈沖電流互感的隔離技術和脈沖整形雙重防護的本安型“ib”防爆技術，解決了電氣關聯(lián)使用方式受限問題。
【專利說明】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

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于礦井地球物理勘探【技術領域】，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】
[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準確的從震源激發(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。其工作過程是當發(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 一個邏輯電平的脈沖信號。這個信號確定了爆炸時刻T=0,并傳送至地震儀器，用于觸發(fā)地 震數(shù)據(jù)同步采集的啟動指令，并保證震源激發(fā)和數(shù)據(jù)采集啟動同步精度。ΤΒ同步觸發(fā)信號 的準確程度對于地震勘探資料后續(xù)處理、解釋精度至關重要。
[0003] 傳統(tǒng)震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置(含進口國外的裝置）通常采用的是光電隔離技術，通 過串聯(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，從而實現(xiàn)高壓脈沖至低壓邏輯脈沖的轉(zhuǎn)換。由于現(xiàn)有技術中 的光電隔離器件在實際工程使用中易損壞，造成廢炮，影響地震勘探工程進度。另外，從時 間延遲方面來講，目前使用的國內(nèi)外其它發(fā)爆器的時間精度，其起爆的時間誤差都在毫秒 級，對于目前普遍使用的〇.5ms、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】申報礦用產(chǎn)品安全標志證書過程中，安標國家礦用產(chǎn)品安全 標志中心和國家安全生檢測檢驗機構的技術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)爆器的電氣關聯(lián)方式。由于震源同步裝置與發(fā)爆器之間通過放炮母線回路的取樣電阻 形成了電氣關聯(lián)關系，震源同步裝置事實上已成為發(fā)爆器的關聯(lián)設備。發(fā)爆器屬于煤礦用 "特殊型"電氣設備，為保證爆破作業(yè)安全，國家《煤礦安全規(guī)程》有著及其嚴格的規(guī)定。在 第334條中規(guī)定"爆破母線和連接線必須符合標準，不得與軌道、金屬管、金屬網(wǎng)、鋼絲繩等 導電體相接觸"。
[0005] 因此，采用傳統(tǒng)【背景技術】的震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置與發(fā)爆器的電氣關聯(lián)使用方式 受到了國家煤礦安全相關法律法規(guī)的明令禁止。如何解決既符合國家《煤礦安全規(guī)程》的 相關規(guī)定，又滿足炸藥爆炸時刻提取TB同步觸發(fā)信號的需求，已成為礦井地震勘探工程急 待解決的一個難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決上述已有【背景技術】中震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置與發(fā)爆器關聯(lián)使用 方式被國家煤礦安全法律法規(guī)嚴格禁止的嚴重不足之處，提供一種用于礦井地震勘探法的 本質(zhì)安全型（以下簡稱"本安型"）震源發(fā)爆同步觸發(fā)裝置（以下簡稱"同步裝置")。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術方案： 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，包括機殼和脈沖電流互感 器，所述脈沖電流互感器由固定在機殼內(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)軸套的兩端面設置有用以穿過放炮母線的過線孔，所述過線孔設置在機 殼外側(cè)壁上；機殼內(nèi)部設置有印制電路板，印制電路板上裝配有脈沖整形電路和雙重防護 電路；機殼上分別設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TB信號電纜，TB信號電纜一端與雙重防護電路相連，另一端設置有連接器插 頭。
[0008] 所述脈沖整形電路包括±10V瞬態(tài)抑制二極管D705、D706,由四個二極管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。
[0009] 所述雙重防護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信號電纜。
[0010] 所述放炮母線采用絕緣包皮導線。
[0011] 所述放炮母線所產(chǎn)生的脈沖電流供電時間不大于4ms，引燃沖量不小于8. 7A2_ms 且不大于12. 0A2_ms。
[0012] 所述雙重防護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)信號輸出幅值在3 V?5 V。
[0013] 所述磁環(huán)材料為ΝΧ0鐵氧體。
[0014] 所述線圈的繞線結構為單層線圈，繞制方法為密繞式線圈，電感值為0. 5mH。
[0015] 所述印制電路板與脈沖電流互感器通過RTV-133硫化硅橡膠膠封為一體。
[0016] 所述機殼的材料為ABS，機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IX 109 Ω。
[0017] 本發(fā)明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，采用無源電路技術方案，按照GB 3836. 4 - 2010規(guī)定的本安型"ib" 保護等級設計，防爆型式為"Ex ib I Mb"，整機沒有電源供電。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下： 本發(fā)明利用穿心式脈沖電流互感的隔離技術以及脈沖整形雙重防護的本安型"ib"防 爆技術，有效地解決了現(xiàn)有技術中的礦用"特殊型"電氣設備--礦用發(fā)爆器連接的放炮母 線與同步裝置之間的電氣關聯(lián)使用方式受限問題。整機結構設計構思巧妙、外觀新穎，合理 的解決了放炮母線穿過機殼內(nèi)部磁環(huán)孔的設計難題，互感隔離的介電強度可達3000 VAC。 采用無源電路設計方案，整機無需電源供電，避免了人工定期維護，工作安全可靠。通過大 量的相關試驗，精確地獲取了震源爆炸TB同步觸發(fā)信號，爆炸時刻和地震波初至時刻的同 步記錄精度優(yōu)于〇. 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 容易實現(xiàn)，具有實際應用意義。
[0019] 本發(fā)明通過了國家安全生產(chǎn)檢測檢驗機構的防爆性能審查和檢驗，并于2013年7 月1日獲得了產(chǎn)品Ex防爆合格證和MA安全標志證書。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明結構原理示意圖； 圖2是脈沖電流互感器； 圖3是磁環(huán)軸套結構示意圖； 圖4是機殼外部結構示意圖； 圖5是脈沖整形電氣原理圖； 圖6是雙重防護電氣原理圖。
[0021] 圖中，1 一磁環(huán)軸套，2-脈沖電流互感器，3-脈沖整形電路，4一雙重防護電路， 5一放炮母線，6 -電纜防水接頭，7 -TB /[目號電纜，8-連接器插頭，9一指不燈，10-機殼， 11 一印制電路板，12-過線孔，13-磁環(huán)，14 一線圈。

【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖與本發(fā)明的實施方式作進一部詳細的描述： 參見圖1 一圖4,本發(fā)明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， 包括有機殼10、固定在機殼10內(nèi)部的磁環(huán)軸套1，在磁環(huán)軸套1上設置有供放炮母線5穿 入通過的過線孔12,在機殼10內(nèi)部設置有纏繞二次線圈14的圓形磁環(huán)13,纏繞在磁環(huán)13 上的二次線圈14首端B1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1上，在磁環(huán)軸套1的兩個端面上，設置有過線孔12并位于機殼10外部； 在機殼10內(nèi)部設置有印制電路板11，所述的印制電路板11上裝配有脈沖整形電路3和雙 重防護電路4 ;在機殼10的頂部分別設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用于穿入通過與雙重防護電路4連接的TB信號電纜7,將TB 信號電纜7從機殼10內(nèi)部引至機殼10外部，所述的TB信號電纜7末端設置有連接器插頭 8〇
[0023] 穿心式脈沖電流互感器隔離技術在與放炮母線之間的電氣隔離中起到了關鍵性 的作用。所述穿心式脈沖電流互感器的絕緣隔離結構工藝是：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殼的內(nèi)部，磁環(huán)軸套兩個端面的過線孔 位于機殼的外部。放炮母線采用絕緣包皮導線，穿入并通過磁環(huán)軸套過線孔時不與同步裝 置發(fā)生直接的電氣關聯(lián)，有效合理地解決了上述已有【背景技術】中被國家煤礦安全相關法律 法規(guī)明令禁止的電氣關聯(lián)方式。
[0024] 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信號的波形限幅和極 性轉(zhuǎn)換。
[0025] 參見圖6,雙重防護電路用于限制脈沖整形電路的輸出電壓幅值，其限幅防護性能 符合GB 3836. 4 - 2010規(guī)定的本安型"ib"保護等級的要求。
[0026] 本發(fā)明的工作原理是：當發(fā)出"放炮"命令后，在產(chǎn)生高壓脈沖引爆炸藥的一瞬間， 穿入通過過線孔的放炮母線所產(chǎn)生脈沖電流的安全供電時間不大于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)回路感應出磁通，磁通穿過二次繞組感應出二次電壓，并在二次負載中 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 防護的±10 V瞬態(tài)抑制二極管D705、D706。為了實現(xiàn)單極性TB脈沖信號，脈沖整形電路 中的D701、D702、D703和D704構成了一個全波橋式整流器，用于完成脈沖電壓信號的極性 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，用于顯示同步信號工作是否正常。雙重防護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)信號輸出幅值在3 V?5 V 范圍，通過TB信號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)采集的啟動信 號。
[0027] 所述的穿心式脈沖電流互感器結構本身不設一次繞組，由放炮母線的載流導線穿 過磁環(huán)內(nèi)孔，形成了 1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磁和低損耗的特點ΝΧ0鎳鋅鐵氧體 磁環(huán)。脈沖電流互感器線圈制作要求是：繞線結構為單層線圈；繞制方法為密繞式線圈；線 圈電感值為〇. 5 mH。 由于放炮母線穿入通過磁環(huán)軸套孔的方向不同，即P1進P2出或P2進P1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。為了實現(xiàn)單極性TB脈沖信號，在脈沖整形電路 中設置有全波橋式整流器，無論放炮母線穿入通過磁環(huán)軸套孔的方向如何，均轉(zhuǎn)換為正脈 沖信號。
[0028] 為了滿足防爆電氣產(chǎn)品的相關技術要求，在制作工藝方面，選用RTV-133硫化硅 橡膠將整機內(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。選用的機殼材料為ABS，對機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1 X ΙΟ9 Ω。
【權利要求】
1. 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)由固定在機殼內(nèi)部由絕緣材料制作 的磁環(huán)軸套（1)、磁環(huán)（13)、線圈（14)和放炮母線（5)組成，磁環(huán)軸套（1)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（1)的兩端面設置有用以穿過放炮母線（5)的過線孔（12)，所述過線孔（12)設置在機 殼（10)外側(cè)壁上；機殼（10)內(nèi)部設置有印制電路板（11 )，印制電路板（11)上裝配有脈沖 整形電路（3)和雙重防護電路（4);機殼（10)上分別設置有電纜防水接頭（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TB信號電纜（7)，TB信號 電纜（7 ) -端與雙重防護電路（4 )相連，另一端設置有連接器插頭（8 )。
2. 根據(jù)權利要求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,由四個二極管 0701、0702、0703、0704組成的全波橋式整流器，脈沖整形電路（3)輸出端此連接有發(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信號電纜（7)。
4. 根據(jù)權利要求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 )采用絕緣包皮導線。
5. 根據(jù)權利要求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間不大于4ms，引燃沖量不小于 8. 7A2'ms 且不大于 12. 0Α2·η?8。
6. 根據(jù)權利要求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)ΤΒ同步觸發(fā)信號輸出幅值在3 V?5 V。
7. 根據(jù)權利要求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ΝΧΟ鐵氧體。
8. 根據(jù)權利要求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)的繞線結構為單層線圈，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RTV-133硫化硅橡膠膠封為 一體。
10. 根據(jù)權利要求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：所述機殼（10 )的材料為ABS，機殼（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1X ΙΟ9 Ω。
【文檔編號】H01F38/30GK104155686SQ201410349437
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日: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 申請人:中煤科工集團西安研究院有限公司