CN102854525B - 一种微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括埋设在岩体钻孔中的套筒，在套筒内各个预定深度与方向安装有单向传感器固定装置，所述的单向传感器固定装置包括与套筒内螺纹连接的中间接头、与中间接头连接并设置有楔体契合体母槽的楔体契合体、与楔体契合体母槽适配的楔体、与楔体连接的单向传感器、与单向传感器连接的抗拉电缆线、固定在楔体契合体上且一端将楔体压紧在楔体契合体母槽内的弹性压合装置、以及与弹性压合装置的圆柱螺旋扭转弹簧的第二引出端连接且用于释放楔体的拉扯提升装置。本发明安装不受恶劣地质条件及钻孔倾角的限制；可以实现碎裂岩体内垂直孔和倾斜孔的安装；单向传感器易回收。
Description
技术领域
本发明涉及微震监测领域，具体涉及一种微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，适用于微震监测。
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。
目前，工程应用中传感器安装，无论是单向传感器还是三向传感器，大多数是把传感器作为一次性耗材埋入到监测区域，无法回收再利用。这种安装方法虽然监测效果较好，但随着工程的推进，不断安装新的传感器势必增加监测费用的，造成很大的浪费，而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；部分采用先将传感器通过快速凝结胶体固定在钻孔底部，利用反向螺纹装置进行回收（或者通过简易机械装置进行安装与回收）方法，这种安装方法在传感器安装深度不是很大，并且岩石的完整性较好的前提下，具有较好的应用，但对于碎裂岩体深孔安装其回收几乎变为不可能，且线路的安全性也将会受到很大的挑战。
因此，对于单向传感器，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）深孔中难于实现单向传感器与孔壁耦合良好；2）在开挖震动下破碎岩体中钻孔容易塌孔、错动、滑移导致传感器电缆线易被损坏，且无法恢复，进而微震信号监测；3）往往只能一个钻孔内安装一个单向传感器，难于实现全钻孔、全方位安装，使得微震监测在信号接收上受到很大的影响；4）单向传感器难于深孔安装与回收，难以取得较好的监测效果，进而影响了灾害预测与预报的精度及增大了预测成本。
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，提供一种微震单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：
一种微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括埋设在岩体钻孔中的套筒，在套筒内各个预定深度与方向安装有单向传感器固定装置，单向传感器固定装置包括中间接头、楔体契合体、楔体、单向传感器、抗拉电缆线、弹性压合装置和拉扯提升装置，
中间接头设置在套筒内壁，楔体契合体与中间接头连接且设置有楔体契合体母槽，楔体与楔体契合体母槽适配且与单向传感器连接，抗拉电缆线与单向传感器连接，
弹性压合装置包括弹簧固定柱、楔体契合体支撑柱和圆柱螺旋扭转弹簧，楔体上设置有楔体滑柱，弹簧固定柱和楔体契合体支撑柱均设置在楔体契合体上，圆柱螺旋扭转弹簧套设在楔体契合体支撑柱上，圆柱螺旋扭转弹簧包括第一引出端和第二引出端，第一引出端与弹簧固定柱连接，第二引出端搭设在楔体滑柱上并通过楔体滑柱将楔体压紧在楔体契合体母槽内，第二引出端与拉扯提升装置连接，
拉扯提升装置包括提钮和提升钢丝绳，提钮一端与第二引出端连接，另一端与提升钢丝绳连接。
如上所述的楔体与楔体契合体母槽的接触面涂抹有凡士林层。
如上所述的单向传感器与楔体通过环氧树脂固定连接；所述的楔体契合体与中间接头通过环氧树脂固定连接。
如上所述的套筒外壁通过水泥砂浆层与岩体钻孔内壁连接。
如上所述的套筒的外壁设置有嵌入到水泥砂浆层的定位柱。
如上所述的套筒内壁设置有内螺纹，所述的中间接头为圆筒状且外径与套筒的内径适配，中间接头的外筒壁上设置有与内螺纹匹配的外螺纹。
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碎裂岩体中单向传感器与孔壁之间难于耦合的问题；
2、本发明较好地解决了碎裂岩体中单向传感器难于安装与防护的问题，避免了单向传感器安装受地质条件的限制；
3、本装置的发明使多个单向传感器在不同的钻孔深度及方位上都能同时安装，于此同时，通过接头上的定位柱不仅可以实现传感器与钻孔壁的良好耦合，而且能够保证整套装置不仅可以在垂直钻孔内的安装，也可以在其他倾斜钻孔内的安装；
4、本发明较好地解决了单向传感器在深孔中难于回收的问题，通过拽动提升钢丝绳即可实现传感器的回收，操作简单方便。
该装置可广泛用于水库蓄水、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。
附图说明
图1 为本发明的整体纵剖面图；
图2 为本发明的整体俯视图；
图3为本发明的单向传感器固定装置局部放大正视图；
图4为本发明的单向传感器固定装置局部放大俯视图；
图5 为本发明的拉扯提升装置与弹性压合装置的放大示意图；
图6 为套筒的结构示意图；
图7 为中间接头与套筒的底部接头的俯视图；
图8 为套筒的剖面图；
图9 为套筒的底部接头的剖面图；
图10 为楔体的正视图；
图11 为楔体的侧视图；
图12 为楔体的俯视图；
图13为楔体契合体的正视图；
图14为楔体契合体的侧视图；
图15 为楔体契合体的俯视图；
图16 为圆柱螺旋扭转弹簧的正视图；
图17 为圆柱螺旋扭转弹簧的俯视图；
图18为提钮的结构示意图；
图19 为绳扣的正视图；
图20 为绳扣的侧视图；
图21 为弹性挡圈的结构示意图；
图中：1-岩体钻孔；2-水泥砂浆层；3-套筒；4-中间接头；5-单向传感器；6-底部接头；7-绳扣；8-弹性挡圈；9-楔体契合体；10-提钮；11-提升钢丝绳；12-抗拉电缆线；13-楔体；14-圆柱螺旋扭转弹簧；1401-第一引出端；1402-第二引出端；15-楔体滑柱；16-弹簧固定柱；17-楔体契合体支撑柱；18-定位柱；19-内螺纹；20-内接安装面；21-外螺纹；22-滑槽；23-楔体契合体母槽；24-上提钮孔；25-左提钮孔；26-右提钮孔。
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。
一种微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括埋设在岩体钻孔1中的套筒3，在套筒3内各个预定深度与方向安装有单向传感器固定装置，单向传感器固定装置包括中间接头4、楔体契合体9、楔体13、单向传感器5、抗拉电缆线12、弹性压合装置和拉扯提升装置，
中间接头4设置在套筒3内壁，楔体契合体9与中间接头4连接且设置有楔体契合体母槽23，楔体13与楔体契合体母槽23适配且与单向传感器5连接，抗拉电缆线12与单向传感器5连接，
弹性压合装置包括弹簧固定柱16、楔体契合体支撑柱17和圆柱螺旋扭转弹簧14，楔体13上设置有楔体滑柱15，弹簧固定柱16和楔体契合体支撑柱17均设置在楔体契合体9上，圆柱螺旋扭转弹簧14套设在楔体契合体支撑柱17上，圆柱螺旋扭转弹簧14包括第一引出端1401和第二引出端1402，第一引出端1401与弹簧固定柱16连接，第二引出端1402搭设在楔体滑柱15上并通过楔体滑柱15将楔体13压紧在楔体契合体母槽23内，第二引出端1402与拉扯提升装置连接，
拉扯提升装置包括提钮10和提升钢丝绳11，提钮10一端与第二引出端1402连接，另一端与提升钢丝绳11连接。
楔体13与楔体契合体母槽23的接触面涂抹有凡士林层。
单向传感器5与楔体13通过环氧树脂固定连接；所述的楔体契合体9与中间接头4通过环氧树脂固定连接。
套筒3外壁通过水泥砂浆层2与岩体钻孔1内壁连接。
套筒3的外壁设置有嵌入到水泥砂浆层2的定位柱18。
套筒3内壁设置有内螺纹19，所述的中间接头4为圆筒状且外径与套筒3的内径适配，中间接头4的外筒壁上设置有与内螺纹19匹配的外螺纹。
实施时，首先，将圆柱螺旋扭转弹簧14固定在楔体契合体9的楔体契合体支撑柱17上，再将弹性挡圈8卡在楔体契合体支撑柱17的卡口处，接着把圆柱螺旋扭转弹簧14的一端套在弹簧固定柱16上；其次，将单向传感器5与楔体13通过环氧树脂耦固在一起，在楔体13和楔体契合体9接触面上涂抹一薄层凡士林，把楔体13放入楔体契合体母槽23中，使楔体滑柱15沿楔体契合体9的滑槽22向下滑动，将圆柱螺旋扭转弹簧14的另一端紧压在楔体滑柱15上，并将此圆柱螺旋扭转弹簧14的端部置于左提钮孔25中，并通过绳扣7将其固定；同样方法安装另一个圆柱螺旋扭转弹簧14，从而将楔体13紧固在楔体契合体9上；接着，将提升钢丝绳11穿入上提钮孔24中，并固定；再接着，用环氧树脂将楔体契合体9与中间接头4的内接安装面20耦固在一起，至此，完成了单向传感器5在中间接头4上的安装。以相同的方式完成单向传感器5在底部接头6上的安装，然后，通过套筒3将中间接头4和底部接头6连接起来，并把提升钢丝绳11及单向传感器5的抗拉电缆线12引出套筒3，形成一个底部封闭的微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置。最后，用水泥砂浆层2将岩体钻孔1与安装及回收装置良好藕固，完成整个系统的安装；回收时，拽动提升钢丝绳11，通过提钮10使圆柱螺旋扭转弹簧14的一端抬起，同时拉动单向传感器5上的抗拉电缆线12，直至楔体13完全脱离楔体契合体9，然后将单向传感器5回收至地面，以相同方式完成其它单向传感器5的回收。
（1） 为了实现在碎裂岩体中单向传感器与岩壁良好耦合，本装置将单向传感器与楔体、楔体契合体、及接头耦固连接在一起，然后将接头与套筒连接，再通过水泥砂浆将将其与钻孔壁耦固，实现了单向传感器与孔壁之间的良好耦合。（2）为了保护碎裂岩体中单向传感器及其电缆线，本装置通过套筒与接头形成封闭直筒，在直筒与孔壁通过水泥砂浆耦合，单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)为了实现多个单向传感器在单个钻孔内全方位的安装，本装置通过使用不同长度的套筒以调节接头在钻孔内的深度，同时通过将单向传感器安装在接头内不同的接触面上，实现了单向传感器不同方位的安装，其次，接头上的定位柱不仅可以实现接头处与孔壁的耦合良好，而且可以实现整套装置不受钻孔倾角的限制，以达到单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装的目的；(4) 为了实现对单向传感器的回收，本装置通过拉动钢丝绳以解除圆柱螺旋扭转弹簧对楔体的固定，可使单向传感器及楔体联合体与楔体契合体完全分离，操作方便。其次，如若由于一些极恶劣突发因素，导致个别单向传感器无法回收，本发明合理的结构设计足以保证接头内余留的空间可以顺利回收其其下方其他单向传感器，较好地解决了深孔内单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 (6)
1.一种微震单向传感器碎裂岩体全方位深孔安装及回收装置，包括埋设在岩体钻孔(1)中的套筒(3)，其特征在于，在套筒(3)内各个预定深度与方向安装有单向传感器固定装置，单向传感器固定装置包括中间接头(4)、楔体契合体(9)、楔体(13)、单向传感器(5)、抗拉电缆线(12)、弹性压合装置和拉扯提升装置，
中间接头(4)设置在套筒(3)内壁，楔体契合体(9)与中间接头(4)连接且设置有楔体契合体母槽(23)，楔体(13)与楔体契合体母槽(23)适配且与单向传感器(5)连接，抗拉电缆线(12)与单向传感器(5)连接，
弹性压合装置包括弹簧固定柱(16)、楔体契合体支撑柱(17)和圆柱螺旋扭转弹簧(14)，楔体(13)上设置有楔体滑柱(15)，弹簧固定柱(16)和楔体契合体支撑柱(17)均设置在楔体契合体(9)上，圆柱螺旋扭转弹簧(14)套设在楔体契合体支撑柱(17)上，圆柱螺旋扭转弹簧(14)包括第一引出端(1401)和第二引出端(1402)，所述第一引出端(1401)与弹簧固定柱(16)连接，所述第二引出端(1402)搭设在楔体滑柱(15)上并通过楔体滑柱(15)将楔体(13)压紧在楔体契合体母槽(23)内，所述第二引出端(1402)与拉扯提升装置连接，
拉扯提升装置包括提钮(10)和提升钢丝绳(11)，提钮(10)一端与所述第二引出端(1402)连接，另一端与提升钢丝绳(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种微震单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：所述的楔体(13)与楔体契合体母槽(23)的接触面涂抹有凡士林层。
3.根据权利要求1所述的一种微震单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：所述的单向传感器(5)与楔体(13)通过环氧树脂固定连接；所述的楔体契合体(9)与中间接头(4)通过环氧树脂固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种微震单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)外壁通过水泥砂浆层(2)与岩体钻孔(1)内壁连接。
5.根据权利要求4所述的一种微震单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)的外壁设置有嵌入到水泥砂浆层(2)的定位柱(18)。
6.根据权利要求1所述的一种微震单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)内壁设置有内螺纹(19)，所述的中间接头(4)为圆筒状且外径与套筒(3)的内径适配，中间接头(4)的外筒壁上设置有与内螺纹(19)匹配的外螺纹。
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