CN104834002B - 一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置及其使用方法，该装置由防护罩、连接套管、可伸张支撑固定结构三部分组成，防护罩由契合锥、固定轴、带筛孔的罩壁组成；连接套管两端分别带有内外螺纹；可伸张支撑固定结构由支撑轴、连接环、“骨架”、限位栓、限位槽、支撑管、松紧杆、带有挡板的松紧帽、松紧轴组成，防护罩一端契合锥与煤体紧密接触，微震传感器位于防护罩内，固定在防护罩固定轴上，防护罩另一端与连接管通过内螺纹连接，连接管的另一端通过内螺纹与固定结构的支撑轴连接，旋转带有挡板的松紧帽，顶牢松紧杆，推动支撑管迫使“骨架”张开使整个装置埋入支撑固定在钻孔的煤体中，回收时，旋下松紧帽，拉动支撑管，使“骨架”结构闭合，依次取下松紧杆，连接套管、防护罩、传感器。

Description

一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置及其使用 方法

技术领域

本发明涉及微震传感器的安装固定和回收技术，尤其是将微震传感器用于井下钻孔埋入式的便捷支撑固定安装和回收的装置和方法。

背景技术

我国是世界上最大的产煤国，2011年以来，我国能源生产和消费结构逐渐发生变化，但煤炭消费总量逐步增加，国民经济发展仍需要煤炭资源的大力支撑。相关数据显示，煤炭能源的生产和利用对我国生产总值和增量的贡献率达分别到15%和18%左右。至2013年，我国一次能源生产总量中，原煤占75.6%；一次能源消费总量中，原煤占66%。预计到2050年这一比例仍将维持在50%以上，煤炭资源在我国能源结构中的主体地位在相当长的一段时期内很难改变。

近年来，我国安全生产形势持续好转，2014年百万吨煤死亡人数从2002年的5.8人下降到0.25人，但整体形势仍然不容乐观，相较发达国家还有一定的差距。对2009～2014年各省煤矿事故起数和重大事故起数统计表明，贵州、四川、重庆、云南、湖南等22个主要产煤省份中顶板、瓦斯、水害是煤矿事故的主要类别。而这些事故主要是由煤岩体破裂或受采掘应力、地应力等不均衡所导致的，其灾变过程均伴随微破裂的萌生、发展、贯通等煤岩体破裂失稳过程，即微破裂是煤矿动力灾害的重要前兆特征。因此，在研究煤矿灾害发生机理的基础上，利用先进的监测监控技术研究煤岩体微破裂前兆信号特征是煤矿灾害防治的重要手段。

目前，微震技术主要应用于岩石稳定性监测，在煤矿中则主要用于冲击地压的监测，并取得较好的效果，而在预测预报煤与瓦斯突出方面，研究应用较少，尚处于探索和研究阶段。煤与瓦斯突出的发生和发展伴随着煤体微破裂、煤体失稳、瓦斯动力现象等众多事件，微震监测技术可以对这些众多事件进行实时监测、辨识和定位，通过对微震信号的准确分析可以对煤岩体裂隙、应力变化和瓦斯突出等变化过程进行监测，从而对煤与瓦斯突出进行预警。因此，微震技术是当前煤与瓦斯突出预警的重要方向，而且也是今后突出预测及综合防突技术发展的长远方向。

2011年，贵州省矿山安全科学研究院从加拿大引进了ESG微震监测系统，组建团队开展基于微震预警煤与瓦斯突出研究。至今，已在重庆大学资源及环境科学院煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室完成了煤与瓦斯突出致灾过程的微震实验特性研究，并在贵州省典型矿井——林华煤矿、义忠煤矿陆续开展了微震监测系统建设及煤与瓦斯突出预警方法研究，为进一步实现煤与瓦斯突出预测和预警、提高煤与瓦斯突出预警的准确性和前瞻性奠定了前期基础。

目前，微震传感器的安装方式可归纳为埋入式和外挂式。埋入式安装主要通过锚固剂的耦合作用固定传感器，该方式可以有效监测煤岩体内部的微破裂活动，但安装过程复杂，需多人配合作业，耗时较长，一旦钻孔变形、塌孔等，就会造成传感器损坏、回收困难甚至无法回收；外挂式安装能够实现安装和回收过程的快速、便捷，但监测过程受外界干扰信号影响较大。鉴于微震传感器是精密仪器，价格昂贵，在安装固定和回收过程中，需要加强防护，避免造成不可弥补的损坏甚至无法回收，减少资源浪费和经济损失。

综上所述，研发一种既能深入煤岩体内部，提高微震监测信号的质量，又能支撑钻孔、保护传感器，方便快捷的对传感器进行安装固定和回收利用的方法和装置是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是解决钻孔内安装和回收微震传感器现有技术和设备的不足，提供一种实现可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置。

本发明的目的是使传感器通过钻孔进入煤岩体内部，并与煤岩体紧密耦合在一起，提高监测煤岩体微破裂信号的质量；在钻孔出现变形或者塌孔时，有效保护传感器；同时减少装卸过程中的工程量，避免传感器回收困难或回收过程中导致传感器损伤、毁坏甚至无法回收，减少人力、物力的耗费，实现传感器的快速、便捷的安装和回收。

本发明一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，是由防护罩、连接套管、可伸张支撑固定结构三部分组成，防护罩由契合锥、固定轴、带筛孔的罩壁简称罩壁组成；连接套管两端分别带有内外螺纹，可连接、拆卸；可伸张支撑固定结构简称固定结构由支撑轴、连接环、“骨架”、限位栓、限位槽、支撑管、松紧杆、带有挡板的松紧帽简称松紧帽、松紧轴组成，防护罩一端契合锥与煤体紧密接触，使微震传感器简称传感器与钻孔底部煤体耦合良好，微震传感器位于防护罩内，固定在防护罩固定轴上，防护罩另一端与连接管通过内螺纹连接，连接管的另一端通过内螺纹与固定结构的支撑轴连接，连接管与支撑轴的连接一直可延伸到连接环， “骨架”受到挤压时可以伸张，“骨架”的挤压力来自旋转在松紧轴上的带有挡板的松紧帽，旋紧松紧帽，顶牢松紧杆，推动支撑管迫使“骨架”张开，使整个装置埋入支撑固定在钻孔的煤体中，连接传感器的电缆简称电缆穿过连接套管、固定结构，并将防护罩、连接套管和固定结构依次连接在一起，直通装置之外。

可伸张支撑固定结构上支撑管上有限位槽，在松紧杆上设限位栓，使支撑管和松紧杆不致错位，对“骨架”起到保护作用，并使松紧杆在支撑管中能前后移动。

连接环固定在“骨架”的两端，“骨架”的两端插在连接环环形槽的转动槽处，用串线固定，“骨架”两端在转动槽中沿串线可以转动，并使“骨架”张开、闭合，如雨伞撑开合拢。

连接管两端分别带有内外螺纹，可以连接、拆卸，并能使传感器顺畅通过连接管安装防护罩内，连接管的长短可根据不同长度的钻孔的变化而变化。

可伸张支撑固定结构，内端为支撑管，外端为松紧轴，带有挡板的松紧帽旋在松紧轴上，支撑轴旋入到连接套管中，顶牢松紧杆，推动支撑管，使“骨架”结构张开，旋紧外部带有挡板的松紧帽，支撑固定在钻孔中，回收时，旋下松紧帽，拉动支撑管，使“骨架”结构闭合，取出松紧杆、连接套管、防护罩和传感器。

回收微震传感器时，旋下松紧帽，拉动支撑管，使“骨架”闭合，取出松紧杆，连接管，防护罩和传感器。

当连接管和防护罩无法从钻孔中拉出时，旋下可伸张支撑固定结构，用回收套筒穿过连接管取出传感器。

利用回收套筒伸进连接管，套筒口的内螺纹与传感器前端的螺丝连接，旋转取下固定在防护罩内固定轴上的微震传感器，通过连接管取出传感器。

本发明一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器装置的使用方法，其特征是利用可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置按下列具体步骤进行传感器的安装固定和回收：

a. 根据监测方案设计传感器安装方位和倾角，在井下施工满足要求的钻孔；

b. 将传感器固定在防护罩的固定轴上；

c. 将传感器电缆穿过防护罩、连接套管、可伸张支撑固定结构，并将防护罩、连接套管、可伸张支撑固定结构等依次连接在一起；

d. 推动连接套管和松紧杆，将防护罩和传感器送入钻孔孔底，契合锥与煤体紧密接触，使传感器与孔底煤体耦合良好；

e. 顶紧松紧杆，推动支撑管，使“骨架”结构张开，旋紧松紧帽，支撑固定在钻孔中；

f. 回收时，旋下松紧帽，拉动支撑管，使“骨架”结构闭合，拉出连接套管、防护罩和传感器，以备后期继续循环使用；

g. 当连接套管和防护罩无法从钻孔中拉出时，旋下可伸张支撑固定结构，用回收套筒穿过连接套管取出传感器。

本发明的直接效果在于可以快速、便捷的将传感器安装在煤岩体钻孔中，并与煤岩体耦合良好，有效监测煤岩体中的微破裂，减少信号的衰减，提高微震监测信号的质量；回收传感器时，同样具有安全、快捷、可靠、经济的特点，能有效避免传感器回收困难或损伤破坏甚至无法回收；同时，可拆卸式连接套管既能对钻孔起到支撑作用，又能适应不同深度钻孔的安装需要，尤其是在钻孔变形严重、防护罩等被压实的情况下，提供了利用传感器回收套筒回收传感器的安全通道。本发明能有效减少传感器装卸的时间，节约大量的人力、物力，并保证了精密元件微震传感器的完好回收和重复利用，能大幅降低监测成本，提高煤矿监测的经济效益。

附图说明

图1是可伸张埋入式固定和回收微震传感器装置示意图；

图2是防护罩示意图；

图3是连接套管示意图；

图4是可伸张支撑固定结构示意图；

图5是连接环结构示意图；

图6是回收套筒示意图。

图中的标号分别为：1、契合锥；2、固定轴；3、带筛孔的罩壁简称罩壁；4、微震传感器简称传感器；5、连接传感器之电缆简称电缆；6、连接套管；7、支撑轴；8、连接环，8-1、环，8-2、转动槽，8-3、环形槽，8-4串线；9、“骨架”；10、限位栓；11、限位槽；12、支撑管；13、松紧杆；14、带挡板的松紧帽简称松紧帽；15、松紧轴；16、钻孔；17、煤体；18、回收套筒。

具体实施方式

以下提供本发明一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置及其使用方法的具体实施方式。

下面结合附图及较佳实施例，对本发明一种可伸张张埋入式固定和回收微震传感器的装置及使用方法做进一步说明：

本发明一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，如图1该装置由防护罩图2、连接套管图3、可伸张支撑固定结构图4三部分组成，防护罩由契合锥1、固定轴2、带筛孔的罩壁简称罩壁3组成；连接套管6两端分别带有内外螺纹，可连接、拆卸；可伸张支撑固定结构简称固定结构由支撑轴7、连接环8、“骨架”9、限位栓10、限位槽11、支撑管12、松紧杆13、带有挡板的松紧帽简称松紧帽14、松紧轴15组成，防护罩一端契合锥1与煤体17紧密接触，使微震传感器简称传感器4与钻孔16底部煤体17耦合良好，微震传感器4位于防护罩内，固定在防护罩固定轴2上，防护罩另一端与连接管6通过内螺纹连接，连接管的另一端通过内螺纹与固定结构的支撑轴7连接，连接管与支撑轴的连接一直可延伸到连接环8， “骨架”9受到挤压时可以伸张，“骨架”9的挤压力来自旋转在松紧轴15上的带有挡板的松紧帽14，旋紧松紧帽14，顶牢松紧杆13，推动支撑管12迫使“骨架”9张开使整个装置埋入支撑固定在钻孔16的煤体17中，连接传感器的电缆简称电缆5穿过连接套管6、固定结构，并将防护罩、连接套管和固定结构依次连接在一起，直通装置之外。

可伸张支撑固定结构上支撑管12上有限位槽11，在松紧杆13上设限位栓10，使支撑管12和松紧杆13不致错位，对“骨架”9起到保护作用，并使松紧杆13在支撑管12中能前后移动。

连接环8固定在“骨架”9的两端，“骨架”9的两端插在连接环8环形槽8-3的转动槽8-2处，用串线8-4固定，“骨架”9两端在转动槽8-2中沿串线8-4可以转动，并使“骨架”9张开、闭合，如雨伞撑开合拢。

连接管6两端分别带有内外螺纹，可以连接、拆卸，并能使传感器4顺畅通过连接管6安装防护罩内，连接管6的长短可根据不同长度的钻孔16的变化而变化。

可伸张支撑固定结构，内端为支撑管12，外端为松紧轴15，带有挡板的松紧帽14旋在松紧轴15上，支撑轴7旋入到连接套管6中，顶牢松紧杆13，推动支撑管12，使“骨架”9结构张开，旋紧外部带有挡板的松紧帽14，支撑固定在钻孔中，回收时，旋下松紧帽14，拉动支撑管12，使“骨架”9结构闭合，取出松紧杆、连接套管、防护罩和传感器。

回收微震传感器时，旋下松紧帽14，拉动支撑管12，使“骨架”9闭合，取出松紧杆13，连接管6，防护罩和传感器4。

当连接管6和防护罩无法从钻孔中拉出时，旋下可伸张支撑固定结构，用回收套筒18穿过连接管6取出传感器。

利用回收套筒18伸进连接管6，套筒口的内螺纹与传感器4前端的螺丝连接，旋转取下固定在防护罩内固定轴2上的微震传感器，通过连接管6取出传感器4。

本发明一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器装置的使用方法，其特征是利用可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置按下列具体步骤进行传感器的安装固定和回收：

a. 根据监测方案设计传感器安装方位和倾角，在井下施工满足要求的钻孔；

b. 将传感器4固定在防护罩的固定轴2上；

c. 将传感器电缆5穿过防护罩、连接套管6、可伸张支撑固定结构，并将防护罩3、连接套管6、可伸张支撑固定结构等依次连接在一起；

d. 推动连接套管6和松紧杆13，将防护罩3和传感器4送入钻孔16孔底，契合锥1与煤体17紧密接触，使传感器4与孔底煤体17耦合良好；

e. 顶紧松紧杆13，推动支撑管12，使“骨架”9结构张开，旋紧松紧帽14，支撑固定在钻孔中；

f. 回收时，旋下松紧帽14，拉动支撑管12，使“骨架”9结构闭合，拉出连接套管6、防护罩3和传感器4，以备后期继续循环使用；

g. 当连接套管和防护罩无法从钻孔中拉出时，旋下可伸张支撑固定结构，用回收套筒18穿过连接套管6取出传感器。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本方法领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，其特征在于：

该装置由防护罩、连接套管、可伸张支撑固定结构三部分组成，防护罩由契合锥（1）、固定轴（2）、带筛孔的罩壁简称罩壁（3）组成；连接套管（6）两端分别带有内外螺纹，可连接、拆卸；可伸张支撑固定结构简称固定结构由支撑轴（7）、连接环（8）、“骨架”（9）、限位栓（10）、限位槽（11）、支撑管（12）、松紧杆（13）、带有挡板的松紧帽简称松紧帽（14）、松紧轴（15）组成，防护罩一端契合锥（1）与煤体（17）紧密接触，使微震传感器简称传感器（4）与钻孔（16）底部煤体（17）耦合良好，微震传感器（4）位于防护罩内，固定在防护罩固定轴（2）上，防护罩另一端与连接套管（6）通过内螺纹连接，连接套管的另一端通过内螺纹与固定结构的支撑轴（7）连接，连接套管与支撑轴的连接一直可延伸到连接环（8）， “骨架”（9）受到挤压时可以伸张，“骨架”（9）的挤压力来自旋转在松紧轴（15）上的带有挡板的松紧帽（14），旋紧松紧帽（14），顶牢松紧杆（13），推动支撑管（12）迫使“骨架”（9）张开使整个装置埋入支撑固定在钻孔（16）的煤体（17）中，连接传感器的电缆简称电缆（5）穿过连接套管（6）、固定结构，并将防护罩、连接套管和固定结构依次连接在一起，直通装置之外；可伸张支撑固定结构上支撑管（12）上有限位槽（11），在松紧杆（13）上设限位栓（10），使支撑管（12）和松紧杆（13）不致错位，对“骨架”（9）起到保护作用，并使松紧杆（13）在支撑管（12）中能前后移动；连接环（8）固定在“骨架”（9）的两端，“骨架”（9）的两端插在连接环（8）环形槽（8-3）的转动槽（8-2）处，用串线（8-4）固定，“骨架”（9）两端在转动槽（8-2）中沿串线（8-4）可以转动，并使“骨架”（9）张开、闭合，如雨伞撑开合拢。

2.根据权利要求1所述的一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，其特征是连接套管（6）两端分别带有内外螺纹，可以连接、拆卸，并能使传感器（4）顺畅通过连接套管（6）安装防护罩内，连接套管（6）的长短可根据不同长度的钻孔（16）的变化而变化。

3.根据权利要求1所述的一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，其特征是可伸张支撑固定结构，内端为支撑管（12），外端为松紧轴（15），带有挡板的松紧帽（14）旋在松紧轴（15）上，支撑轴（7）旋入到连接套管（6）中，顶牢松紧杆（13），推动支撑管（12），使“骨架”（9）结构张开，旋紧外部带有挡板的松紧帽（14），支撑固定在钻孔中，回收时，旋下松紧帽（14），拉动支撑管（12），使“骨架”（9）结构闭合，取出松紧杆、连接套管、防护罩和传感器。

4.根据权利要求1所述的一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，其特征是回收微震传感器时，旋下松紧帽（14），拉动支撑管（12），使“骨架”（9）闭合，取出松紧杆（13），连接套管（6），防护罩和传感器（4）。

5.根据权利要求1所述的一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，其特征是当连接套管（6）和防护罩无法从钻孔中拉出时，旋下可伸张支撑固定结构，用回收套筒（18）穿过连接套管（6）取出传感器。

6.根据权利要求5所述的一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置，其特征是利用回收套筒（18）伸进连接套管（6），套筒口的内螺纹与传感器（4）前端的螺丝连接，旋转取下固定在防护罩内固定轴（2）上的微震传感器，通过连接套管（6）取出传感器（4）。

7.一种使用如权利要求1所述的一种可伸张埋入式固定和回收微震传感器装置的使用方法，其特征是利用可伸张埋入式固定和回收微震传感器的装置按下列具体步骤进行传感器的安装固定和回收：

a. 根据监测方案设计传感器安装方位和倾角，在井下施工满足要求的钻孔；

b. 将传感器（4）固定在防护罩的固定轴（2）上；

c. 将传感器电缆（5）穿过防护罩、连接套管（6）、可伸张支撑固定结构，并将防护罩、连接套管（6）、可伸张支撑固定结构依次连接在一起；

d. 推动连接套管（6）和松紧杆（13），将防护罩和传感器（4）送入钻孔（16）孔底，契合锥（1）与煤体（17）紧密接触，使传感器（4）与孔底煤体（17）耦合良好；

e. 顶紧松紧杆（13），推动支撑管（12），使“骨架”（9）结构张开，旋紧松紧帽（14），支撑固定在钻孔中；

f. 回收时，旋下松紧帽（14），拉动支撑管（12），使“骨架”（9）结构闭合，拉出连接套管（6）、防护罩和传感器（4），以备后期继续循环使用；

g. 当连接套管和防护罩无法从钻孔中拉出时，旋下可伸张支撑固定结构，用回收套筒（18）穿过连接套管（6）取出传感器。