CN102853895B

CN102853895B - 一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置

Info

Publication number: CN102853895B
Application number: CN2012103463792A
Authority: CN
Inventors: 陈炳瑞; 陈东方; 冯夏庭
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102853895A

Abstract

一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，套筒埋设于岩体钻孔内，套筒的底端与底座连接，底座上开设有与锥台适配的锥形槽，锥台放置于锥形槽内，三向传感器设置在锥台内，支撑架设置在锥台上，支撑架上设置有支撑架滚针轴承，轴承内设置有蜗杆，支撑架上还设置有与蜗杆的螺旋齿适配的齿轮件，齿轮件由链条驱动进行旋转，蜗杆下端通过螺纹套设有双耳螺母，锥形槽上沿设置有卡槽，凸条上与卡槽相对应的位置设置有卡齿，凸条一端设置在锥台上，另一端与转向拉杆一端活动链接，转向拉杆另一端与双耳螺母活动连接。本发明解决了三向传感器在碎裂岩体深孔中难于安装与回收的问题；实现了碎裂岩体深孔中三向传感器的全方位安装与回收。

Description

一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置

技术领域

本发明涉及微震监测领域，具体涉及一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，适用于水库蓄水、核废料储存、温室气体地下储存、地热工程、露天边坡安全运营、石油天然气开采的断层定向、油气井采油稳定性、矿山开采诱发的岩爆、顶板坍塌、地压冲击等灾害的安全监测、评估与管理。

背景技术

微震（微地震）指的是局部范围内岩石自身累积的能量达到一定程度，在外界的扰动下诱发岩石内部的裂纹开裂、破坏，累积的能量以弹性波形式释放而产生的微震动。微震监测技术是19世纪90年代发展起来的一种新的物探技术，该技术的原理是利用传感器采集岩石裂纹萌生、扩展、滑移时内部积聚的能量以应力波的形式释放而产生的震动信号，记录微震波形变化的过程与规律，通过分析微震波信息获得岩体破坏的时间、位置、破坏的尺寸、能量大小及非线性变形的演化规律等数据，从而判断、评估监测范围内岩体的稳定性，预测预报灾害发生的时间和位置，为工程管理和灾害防治提供技术支持。

微震监测技术与分析方法是现代计算机技术、现代通讯技术、GPS 授时定位技术、地震学相关技术的综合集成，上世纪九十年代以来，这些技术得到了迅猛发展，因此，微震监测技术与分析方法近年来取得了突破性进展。加拿大、澳大利亚、美国、英国、南非以及波兰都已进行了微地震监测技术的研究, 国内50 年代末期,北京门头沟矿用当时中科院地球物理所研制的微震仪哈林地震仪改装, 监测冲击矿压活动, 记录器采用熏烟走纸笔绘记录, 直到今天, 经过不断对系统改进和发展, 各个类型的微震监测系统也已经在国内多个领域如雨后春笋般地建立起来，为岩爆、冲击矿压、滑坡等动力灾害的防治提供了新的治理手段和技术。目前，已经成为油气田勘探开发、矿产资源勘探与开采、水电站边坡建设、矿山露天开采以及其他重大岩石工程灾害监测与预报的重要手段。

传感器安装与布置是影响微震监测的重要因素之一，它不仅影响微震信号的监测，而且对不同的源定位算法的定位速度、精度及定位结果的唯一性也有不同程度的影响。合理的传感器安装与布置方案不仅能够更大范围地监测到更多有效微震信号，而且能使定位算法快速准确的确定声微震源位置和时间。

三向传感器对于安装条件要求较严，在安装过程中任何方位和倾角的偏差都将会造成极化参数的误差，也就不能得到正确微震特征参数，从而影响灾害预测预报精度。目前，工程应用中三向传感器安装，大多数是把传感器作为一次性耗材埋入到监测区域，随着工程的推进，不断安装新的传感器，无法回收利用那些已远离监测区域的传感器，这种安装方法监测效果较好，但大大增加了监测费用，而且造成了很大的浪费，并且这种安装方法传感器一旦出现问题，也无法进行检修与替换，进而影响监测效果。

因此，在安装深度比较大和岩体比较破碎的条件下，现有安装方法存在以下困难：

1）在开挖震动下破碎岩体中钻孔容易坍塌、错动导致传感器电缆线易被损坏，且无法恢复，导致无法监测到微震信号；

2）深孔中难于实现传感器三个方向与孔壁耦合良好；

3）传感器一旦出现问题，无法进行检修与替换；

4）三向传感器难于深孔安装与回收，难以取得较好的监测和回收效果，进而影响灾害预测与预报的精度。

因此，发明一种既不受地质条件的限制，又能使传感器与岩壁耦合良好，又能够实现全方位深孔安装，且操作简单、安装灵活、方便回收的三向传感器安装与回收装置是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括套筒和三向传感器，还包括底座、锥台、蜗杆、齿轮件、凸条和支撑架，套筒埋设于岩体钻孔内，套筒的底端与底座连接，底座上开设有与锥台适配的锥形槽，锥台放置于锥形槽内，三向传感器设置在锥台内，支撑架设置在锥台上，支撑架上设置有支撑架滚针轴承，支撑架滚针轴承套设在蜗杆两端，齿轮件与蜗杆的螺旋齿适配，齿轮件由链条驱动进行旋转，链条两端分别与钢丝绳连接，钢丝绳引出岩体钻孔，蜗杆一端与一提升钢丝绳连接，另一端通过螺纹套设有双耳螺母，锥形槽上沿设置有卡槽，凸条一端设置在锥台上，另一端与转向拉杆一端活动链接，凸条上与卡槽相对应的位置设置有卡齿，转向拉杆另一端与双耳螺母活动连接。

如上所述的锥台与底座接触的面上涂有凡士林层。

如上所述的卡槽为2个且对称设置在锥形槽上沿，双耳螺母上设置有螺耳，凸条与转向拉杆连接的一端设置有连接环，转向拉杆两端分别设置有开口小圆环和开口大圆环，开口小圆环与螺耳套接，开口大圆环与凸条的连接环套接。

如上所述的齿轮件设置在齿轮箱体内，齿轮件包括涡轮与齿轮组合体和连接轴，涡轮与齿轮组合体包括涡轮和齿轮，齿轮固定在涡轮上且与涡轮同轴，连接轴设置在涡轮与齿轮组合体的轴线位置并通过平键与涡轮与齿轮组合体固连，链条安装在齿轮上，齿轮箱体上设置有齿轮箱体滚针轴承，齿轮箱体滚针轴承套设在连接轴两端，齿轮箱体与支撑架连接。

如上所述的套筒包括若干个子套筒，各个子套筒通过螺纹进行连接。

如上所述的套筒与岩体钻孔通过水泥砂浆进行耦合，套筒上还设置有嵌入到水泥砂浆的定位柱。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明较好地解决了在碎裂岩体中三向传感器与孔壁之间难于耦合的问题；

2、本发明将三向传感器及其电缆线置于一个不受地质条件限制的空间内，解决了三向传感器及其电缆线在破碎岩体中难以防护的问题；

3、本发明实现了深孔中三向传感器的全方位安装；

4、本发明较好地解决了三向传感器在深孔中难于回收的问题，且操作方便、简单。

附图说明

图1 为本发明整体效果纵剖面示意图；

图2 为本发明纵剖面示意图；

图3为本发明俯视示意图；

图4为套筒的结构示意图；

图5 为底座的结构示意图；

图6为锥台的结构示意图；

图7为支撑架的结构示意图；

图8 为双耳螺母的结构示意图；

图9 为转向拉杆的结构示意图；

图10 为蜗杆的结构示意图；

图11 为齿轮箱体的结构示意图；

图12 为图11中Ⅰ-Ⅰ方向的剖面示意图；

图13为涡轮及齿轮组合体的结构示意图；

图14为连接轴的结构示意图；

图15为平键的结构示意图；

图16为支撑架及齿轮箱体滚针轴承的结构示意图；

图17为链条的结构示意图；

图18为三向传感器的结构示意图。

其中，1-岩体钻孔，2-水泥砂浆，3-套筒，4-钢丝绳，5-提升钢丝绳，6-三向传感器电缆线，7-三向传感器，8-一字槽无头螺钉，9-蜗杆，10-支撑架滚针轴承，11-支撑架，12-链条，13-齿轮箱体，14-涡轮与齿轮组合体，15-平键，16-连接轴，17-双耳螺母，18-转向拉杆，19-凸条，20-底座、21-锥台、22-定位柱，23-外六角螺栓，24-沉头螺钉，25-套筒外螺纹，26-套筒内螺纹，27-底座外螺纹，28-卡槽，29-卡齿，30-支撑架螺孔，31-锥台内螺纹，32-齿轮箱固定螺孔，33-支撑架固定孔，34-涡轮室，35-蜗杆室，36-螺耳，37-开口小圆环，38-开口大圆环，39-蜗杆传动轮，40-紧固螺孔，41-定位孔，42-蜗杆外螺纹，43-齿轮箱体滚针轴承，44-链条出口，45-齿轮箱固定孔，46-齿轮箱安装孔，47-齿轮室，48-涡轮，49-齿轮，50-传感器外螺纹。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括套筒3和三向传感器7，还包括底座20、锥台21、蜗杆9、齿轮件、凸条19和支撑架11，套筒3埋设于岩体钻孔1内，套筒3的底端与底座20连接，底座20上开设有与锥台21适配的锥形槽，锥台21放置于锥形槽内，三向传感器7设置在锥台21内，支撑架11设置在锥台21上，支撑架11上设置有支撑架滚针轴承10，支撑架滚针轴承10套设在蜗杆9两端，齿轮件与蜗杆9的螺旋齿适配，齿轮件由链条12驱动进行旋转，链条12两端分别与钢丝绳4连接，钢丝绳4引出岩体钻孔1，蜗杆9一端与提升钢丝绳5连接，另一端通过螺纹套设有双耳螺母17，锥形槽上沿设置有卡槽28，凸条19一端设置在锥台21上，另一端与转向拉杆18一端活动链接，凸条19上与卡槽28相对应的位置设置有卡齿29，转向拉杆18另一端与双耳螺母17活动连接。

锥台21与底座20接触的面上涂有凡士林层。

卡槽28为2个且对称设置在锥形槽上沿，双耳螺母17上设置有螺耳36，凸条19与转向拉杆18连接的一端设置有连接环，转向拉杆18两端分别设置有开口小圆环37和开口大圆环38，开口小圆环37与螺耳36套接，开口大圆环38与凸条19的连接环套接。

如上所述的齿轮件设置在齿轮箱体13内，齿轮件包括涡轮与齿轮组合体14和连接轴16，涡轮与齿轮组合体14包括涡轮48和齿轮49，齿轮49固定在涡轮48上且与涡轮48同轴，连接轴16设置在涡轮与齿轮组合体14的轴线位置并通过平键15与涡轮与齿轮组合体14固连，链条12安装在齿轮49上，齿轮箱体13上设置有齿轮箱体滚针轴承43，齿轮箱体滚针轴承43套设在连接轴16两端，齿轮箱体13与支撑架11连接。

套筒3包括若干个子套筒，各个子套筒通过螺纹进行连接。

套筒3与岩体钻孔1通过水泥砂浆2进行耦合，套筒3上还设置有嵌入到水泥砂浆2的定位柱。

本发明实施时，首先在锥台21及底座20的接触面上涂一层凡士林，然后将凸条19置入卡槽28内，通过凸条19的卡齿29将锥台21完全卡在底座20内，保证二者接触良好；然后通过锥台内螺纹31和传感器外螺纹50把三向传感器7紧固在锥台21内，直至三向传感器7的底部与底座20紧密接触；将转向拉杆18的开口大圆环38套进凸条19的连接环内，并闭合开口大圆环，接着将转向拉杆18的开口小圆环37套进双耳螺母17的螺耳36内，并闭合开口小圆环；把蜗杆9置于支撑架11的蜗杆室35内，将两支撑架滚针轴承10套设在蜗杆9上，并固定在支撑架11内的两端，旋转蜗杆9，通过蜗杆外螺纹42将双耳螺母17安装在蜗杆9上，并保证转向拉杆18将凸条19紧压在底座20上，然后通过将外六角螺栓23拧入支撑架固定孔33和支撑架螺孔30，把支撑架11固定在锥台21上；接着通过圆头平键15将连接轴16与涡轮及齿轮组合体14紧固在一起，再把链条12穿过链条出口44安装在涡轮及齿轮组合体14的齿轮49上，此时要扯紧链条12的两端，保证链条12不脱离齿轮49，在链条12、涡轮及齿轮组合体14及蜗杆9上涂上黄油，并将涡轮及齿轮组合体14的涡轮48和齿轮49分别放入涡轮室34和齿轮室47中，再将连接轴16的两端分别固定在齿轮箱体滚针轴承43内，将沉头螺钉24拧入齿轮箱安装孔46将齿轮箱体13紧固，同时通过将沉头螺钉24拧入齿轮箱固定孔45和齿轮箱固定螺孔32把齿轮箱体13固定在支撑架11上，并确保涡轮48和蜗杆传动轮39紧密接触；将钢丝绳4两端分别系在链条12的两端，将提升钢丝绳5置入定位孔41，通过紧固一字槽无头螺钉8将提升钢丝绳5固定在蜗杆9的紧固螺孔40内；接着，先通过套筒内螺纹26与底座外螺纹27将套筒3紧固在底座20上，然后通过套筒内螺纹26与套筒外螺纹25将各套筒3连接起来，形成一个底部封闭整体，在安装过程中保证钢丝绳4、提升钢丝绳5及三向传感器电缆线6穿过各套筒3，即在整个封闭体的内部，将整套装置通过定位柱22导入岩体钻孔1内，然后用水泥砂浆2将整套装置与岩体钻孔1耦合，至此，完成整套传感器的安装。回收时，拉动钢丝绳4使涡轮及齿轮组合体14转动，通过蜗杆传动轮39带动蜗杆9旋转，从而带动双耳螺母17提升，进而在转向拉杆18的带动下，使凸条19脱离底座20，拉动提升钢丝绳5即可实现底座20与锥台21完全分离，从而实现三向传感器的回收。

1、为了实现碎裂岩体中三向传感器与岩壁耦合良好，本装置将三向传感器紧固在锥台及底座组成的装置内，用水泥砂浆耦合底座及岩体钻孔，间接地实现了三向传感器与孔壁之间的良好耦合；

2、为了保护碎裂岩体中三向传感器电缆线，本装置通过套筒与套筒及底座形成底部封闭的直筒系统，在直筒与孔壁用水泥砂浆耦合，三向传感器及其电缆线位于直筒内，不受恶劣地质条件的影响；

3、为了实现三向传感器不受安装深度及角度的限制，可以全方位安装，本装置可以使用连接套筒将传感器送到需要安装的深度，其次，底座上的定位柱不仅可以实现底座与孔壁的耦合良好，而且可以实现整套装置不受钻孔倾角的限制，以达到三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装的目的；

4、为了实现对三向传感器的方便回收，本装置通过拉动钢丝绳使凸条脱离底座，再拉动提升钢丝绳实现底座与锥台完全分离，从而实现传感器的回收，操作方便，较好地解决了深孔内三向传感器难于回收的问题。

本文中所描述的具体实施实例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括套筒（3）和三向传感器（7），其特征在于：还包括底座（20）、锥台（21）、蜗杆（9）、齿轮件、凸条（19）和支撑架（11），套筒（3）埋设于岩体钻孔（1）内，套筒（3）的底端与底座（20）连接，底座（20）上开设有与锥台（21）适配的锥形槽，锥台（21）放置于锥形槽内，三向传感器（7）设置在锥台（21）内，支撑架（11）设置在锥台（21）上，支撑架（11）上设置有支撑架滚针轴承（10），支撑架滚针轴承（10）套设在蜗杆（9）两端，齿轮件与蜗杆（9）的螺旋齿适配，齿轮件由链条（12）驱动进行旋转，链条（12）两端分别与钢丝绳（4）连接，钢丝绳（4）引出岩体钻孔（1），蜗杆（9）一端与一提升钢丝绳（5）连接，另一端通过螺纹套设有双耳螺母（17），锥形槽上沿设置有卡槽（28），凸条（19）一端设置在锥台（21）上，另一端与转向拉杆（18）一端活动连接，凸条（19）上与卡槽（28）相对应的位置设置有卡齿（29），转向拉杆（18）另一端与双耳螺母（17）活动连接，齿轮件设置在齿轮箱体（13）内，齿轮件包括涡轮与齿轮组合体（14）和连接轴（16），涡轮与齿轮组合体（14）包括涡轮（48）和齿轮（49），齿轮（49）固定在涡轮（48）上且与涡轮（48）同轴，连接轴（16）设置在涡轮与齿轮组合体（14）的轴线位置并通过平键（15）与涡轮与齿轮组合体（14）固连，链条（12）安装在齿轮（49）上，齿轮箱体（13）上设置有齿轮箱体滚针轴承（43），齿轮箱体滚针轴承（43）套设在连接轴（16）两端，齿轮箱体（13）与支撑架（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，其特征在于：所述的锥台（21）与底座（20）接触的面上涂有凡士林层。

3.根据权利要求1所述的一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，其特征在于：所述的卡槽（28）为2个且对称设置在锥形槽上沿，双耳螺母（17）上设置有螺耳（36），凸条（19）与转向拉杆（18）连接的一端设置有连接环，转向拉杆（18）两端分别设置有开口小圆环（37）和开口大圆环（38），开口小圆环（37）与螺耳（36）套接，开口大圆环（38）与凸条（19）的连接环套接。

4.根据权利要求1所述的一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，其特征在于：所述的套筒（3）包括若干个子套筒，各个子套筒通过螺纹进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种微震三向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，其特征在于：所述的套筒（3）与岩体钻孔（1）通过水泥砂浆（2）进行耦合，套筒（3）上还设置有嵌入到水泥砂浆（2）的定位柱。