CN107167840B - 一种可回收重复使用的微震传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可回收重复使用的微震传感器，其构成主要置包括微震探头、抱持部件、支撑于钻孔壁面的支撑板和用于连接抱持部件与支撑板的连接机构；位于弹簧套筒内套置在弹簧导向杆外的伸缩弹簧、垂直穿过弹簧套筒壁用作伸缩弹簧下端弹簧座的第一插销和垂直穿过弹簧套筒壁和弹簧导向杆的第二插销，微震传感器安置于监测钻孔内，拔出第一插销，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧弧形板面在伸缩弹簧作用下与监测钻孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动。由于本发明通过连接结构将微震探头和支撑板连接为一体，不仅能够解决微震传感器定位和回收的问题，而且还解决了微震传感器如何有效安装和耦合的难题，能够多次反复使用，降低了生产成本。

Description

一种可回收重复使用的微震传感器

技术领域

本发明属于工程地质微震监测技术领域，具体涉及一种能与钻孔有效耦合可回收重复使用的微震传感器。

背景技术

工程建设中的岩石(体)变形破坏，特别是岩爆动力灾害，会直接危及工程的安全建设，甚至会造成灾难性影响，因此对岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害进行有效监测和预测，是工程安全建设的重要内容之一。微震作为无损监测的一种重要手段，被用于工程建设中的岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测与预测。

在地下工程围岩开挖建设过程中，为了对可能出现的围岩变形破坏和动力灾害进行准确预测，微震监测传感器需要在工程开挖前预先固定在被监测的围岩区域。利用微震技术准确确定可能发生围岩破坏和动力灾害的部位，微震传感器需呈三维空间分布的形式布置在被监测岩体周围，并且布置的传感器数量越多、分布越合理，监测效果相对越准确。为了实现对岩体开挖过程实时监测，需要在岩石(体)开挖前，利用钻机在石(体)中钻孔，钻孔深度取决于开挖的埋深和被监测范围，钻孔长度随工程埋深、被监测范围增加而增加。钻孔越深，微震传感器安装越困难。

微震传感器价格昂贵，为了在监测结束后将传感器取回，降低工程成本，工程中微震监测传感器现场的安装，通常采用直接将微震传感器放在钻孔中，依靠钻孔中残留的水作为岩体和传感器之间信号传输的介质，但该方法具有以下缺点：首先，钻孔方向必须向下，对于完全水平或向上有一定角度的钻孔，该方法不适用；其次，对于倾斜或向下的钻孔，需要岩体相对完整，钻孔内能将注入的水保持住而不沿钻孔中的裂隙流失，或者是从钻孔内向外有渗水，能确保传感器始终处于水中，但是现场实际情况却较难达到该要求；第三，水虽然可以作为信号传输的耦合介质，但水的密度较低，其传输效果不如直接与岩壁有效接触。第四，由于液体只能传输纵波，不能传输横波，而现场确定岩石破裂信号的位置通常又必须依靠横波信号，故该方法导致大量监测信号丢失，监测结果的可靠性大大降低。

为了确保放置在钻孔中微震传感器与钻孔壁之间有效耦合，有的在工程现场采用向钻孔内浇筑水泥，使传感器和岩壁被浇筑为一个整体。该方法又有以下缺点：首先，浇筑后的传感器不可回收，导致经济成本高；其次，若浇筑后发现传感器无信号或信号不好，无法进行检查，为了确保监测效果，需要重新打孔和安装微震传感器，不仅费时费力，还导致经济成本过高；第三，向钻孔内注入水泥浆，因钻孔较深，不仅传感器安装部位的注浆效果难以保障，可能会出现传感器安装部位未能有效注浆的情况，会导致传感器未与钻孔岩壁耦合而无监测信号，而且钻孔越深，浇筑的水泥凝固后的总收缩变形量越大，与水泥粘接在一起的信号传输线缆会因水泥收缩变形而承受拉力，导致不能有效传输信号；第四，钻孔内通常比较潮湿，浇筑后水泥浆凝固需要较长周期，会导致施工期限延长；第五，开挖过程中的炸药放炮，可能会出现注浆面与岩壁面松弛，导致被监测信号传输的有效性降低；第六、安装过程费时，费力，需要一系列专业注浆设备和注浆人员，需要大量人工。

工程应用中，也有采用简易固定装置，将微震传感器固定在一特定装置中，然后用刚性的不可活动的金属杆将微震传感器送至安装部位后进行固定，但存在以下缺点：首先，该方法通常只适用于深度较浅的钻孔，并且需要钻孔完全同心、孔壁光滑，但实际施工中这些要求难以保障；其次，安装装置尺寸大，只适用于直径较大的钻孔，导致钻孔成本高；第三，整个传输杆和安装结构在钻孔中是通过用力硬性插入到钻孔中，不仅摩擦力大，容易磨坏线缆或微震传感器，还容易在特定部位被卡到钻孔中，无法送至特定安装部位；第四，安装过程费时，费力，需要耗费大量人工。上述这些难题，导致微震传感器应用于深度比较大的钻孔中受到了限制。

因而，如何便捷、有效地将微震传感器安装在钻孔中，并使安装后的微震传感器有效与孔壁耦合，仍是目前现场监测和研究的难点，仍缺乏相关测试方法和技术支撑。

发明内容

本发明针对现有技术的微震传感器存在的不足，旨在提供一种全新结构的用于检测岩体震动的微震传感器，以解决微震传感器与监测钻孔有效接触耦合和回收重复使用问题，提高微震传感器的监测准确性，降低微震传感器的使用成本。

本发明提供的能与钻孔有效耦合可回收重复使用的微震传感器，其构成包括微震探头、抱持微震探头的抱持部件、支撑于钻孔壁面的支撑板和用于连接抱持部件与支撑板的连接机构；抱持部件为能使所抱持的微震探头下侧表面与其安置于内的监测孔壁面接触耦合，支撑板的支撑侧板面为弧形板面，连接机构包括沿微震探头纵向设置在抱持部件上至少两个弹簧套筒、在支撑板非支撑侧板面上设置的与设置在抱持部件上的弹簧套筒对应匹配的弹簧导向杆、位于弹簧套筒内套置在弹簧导向杆外的伸缩弹簧、垂直穿过弹簧套筒壁用作伸缩弹簧下端弹簧座的第一插销和垂直穿过弹簧套筒壁和弹簧导向杆的第二插销，微震传感器安置于监测钻孔内，拔出第一插销，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧弧形板面在伸缩弹簧作用下与监测钻孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动。

为了更好地解决本发明所要解决的技术问题，还可进一步采取以下技术措施。下述各项技术措施，可分别单独采取，也可组合采取甚至一般采取。

所述抱持部件优先设计成由开口结构的直筒体和锥筒头构成的探头套筒，探头套筒内腔的形状结构与微震探头的形状结构相匹配，使安置在探头套筒内的微震探头下侧表面和微震探头锥端头外露。

所述弹簧套筒垂直固定在探头套筒两侧，且每侧设置2～3个弹簧套筒。进一步地，弹簧套筒最好是以垂直对称于微震探头轴线的方式固定设置在探头套筒两侧。构成连接机构所有弹簧套筒、弹簧导向杆和伸缩弹簧结构相同。

所述探头套筒的尾端设置有通过螺纹副与套筒体联接的端盖，微震探头通过端盖固定安置在套筒腔体内。

连接机构各连接处的第一插销和第二插销均为整体结构件插销，即由一根插销杆垂直穿过全部弹簧套筒壁用作各连接处的第一插销，由一根插销杆垂直穿过全部弹簧套筒壁和弹簧导向杆用作各连接处的第二插销。进一步地，第一插销的插销杆和作为第二插销的插销杆在位于微震探头尾端一端设置将插销杆拔出的拉绳。

为了使伸缩弹簧方便地安装于弹簧套筒，可在弹簧导向杆上设计作为伸缩弹簧的上弹簧座，伸缩弹簧通过弹簧座安装于弹簧套筒内，在将微震传感器安装于检测监测孔过程中，第一插销于弹簧座上方的插销孔穿过弹簧导向杆。弹簧导向杆也可不设计弹簧座，可采取在弹簧套筒上设计安装槽口，通过安装槽口将伸缩弹簧安装在弹簧套筒内，在将微震传感器安装于检测监测孔过程中，以第一插销作为伸缩弹簧的上安装座。

本发明提供的微震传感器是一种新型结构的微震传感器，解决了微震传感器有效安装和耦合的难题，填补了技术空白。其突出特点：第一，不仅微震传感器安装简单、易行，节约了大量人力，还克服了钻孔不同深度、不同方向的影响；第二，可在测试过程中对微震传感器进行检查，还实现了微震传感器的回收重复使用，降低使用成本；第三，巧妙设计的连接机构，确保了在岩体破碎或钻孔深的条件下仍能有效使微震传感器与钻孔壁耦合；第四，支撑板设计的弧形耦合面，确保了耦合效果和监测可靠性。简而概之，本发明不仅确保了安装、耦合效果，提高了安装效率，还确保了微震传感器的回收与重复利用，节约了成本。

附图说明

图1是本发明所述能与钻孔有效耦合可回收重复使用的微震传感器的正视结构示意图。

图2是图1中A-A向剖视结构示意图。

图3是图1中B-B向剖视结构示意图。

图4是本发明所述微震传感器处于监测工作状态时的正视结构示意图。

图5是本发明所述微震传感器抽拉出第二插销，将微震传感器从检测钻孔中取出之前的状态正视结构示意图。

在上述附图中，1—探头套筒、2—支撑板、3—微震探头、4—端盖、5—弹簧套筒、6—弹簧导向杆、7—伸缩弹簧、8-1—第一插销、8-2—第二插销。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的实施例，并通过实施例对本发明所述能与钻孔有效耦合可回收重复使用的微震传感器作进一步说明。

本实施例中的能与钻孔有效耦合可回收重复使用的微震传感器，其结构如图1—5所示，构成包括微震探头3、抱持微震探头的抱持部件、支撑于钻孔壁面的支撑板2和用于连接抱持部件与支撑板的连接机构；抱持部件为能使所抱持的微震探头下侧表面与传感器安置于内的监测孔壁面接触耦合的探头套筒1，由开口结构的直筒体、锥筒头和端盖4构成，探头套筒内腔的形状结构与微震探头的形状结构相匹配，使安置在探头套筒内的微震探头下侧表面和微震探头锥端头外露，端盖4通过螺纹副与探头套筒筒体尾端联接，微震探头通过端盖4固定安置在套筒腔体内；所述支撑板的支撑侧板面为钻孔壁面耦合的弧形板面；连接机构包括沿微震探头纵向对称设置在探头套筒两侧的四个弹簧套筒5、支撑板非支撑侧板面上设置的与设置在探头套筒上的弹簧套筒相对应匹配的四个弹簧导向杆6、位于弹簧套筒内套置在弹簧导向杆外的四个伸缩弹簧7、垂直穿过弹簧套筒壁用作伸缩弹簧下端弹簧座的第二插销8-2和垂直穿过弹簧套筒壁和弹簧导向杆的第一插销8-1；所述弹簧导向杆6设计有伸缩弹簧的弹簧座，与第一插销匹配的插销孔位于弹簧座上方；位于探头套筒同一侧同一方向不同位置的第一插销和第二插销分别由一根插销杆构成，第一插销杆和第二插销杆位于微震探头锥端一端设置有将插销杆拔出的拉绳，拉绳为抗拉性能较好的细钢丝绳；所有的弹簧套筒、弹簧导向杆和伸缩弹簧结构相同。微震传感器安置于监测钻孔内，拔出第一插销8-1，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧弧形板面在伸缩弹簧作用下与监测钻孔内壁有效耦合，便于将岩体发生微震动时产生的声波信号转化为数字信号，从而实时监测岩体震动。

使用方法，首先将微震传感器装入探头套筒中，通过端盖将微震探头固定安置在套筒腔体内；其次将第二插销垂直穿过弹簧套筒壁用作伸缩弹簧下端弹簧座，将安装有伸缩弹簧的弹簧导向杆对应插入探头套筒两侧的弹簧套筒中，将第一插销垂直穿过弹簧套筒壁和弹簧导向杆上的弹簧座上方的销孔，使微震探头与支撑板连接为一体。将微震传感器安置于监测钻孔内，拔出第一插销，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧弧形板面在伸缩弹簧作用下与监测钻孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动。当需要回收微震传感器时，再拔出第二插销，使整个伸缩弹簧处于自然状态，解除了伸缩弹簧对支撑板的张力，进而可实现微震传感器的有效回收。

有必要指出的是，上述实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术的技术人员根据发明的内容对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：包括微震探头(3)、抱持微震探头的抱持部件、支撑于钻孔壁面的支撑板(2)和用于连接抱持部件与支撑板的连接机构；所述抱持部件为能使所抱持的微震探头下侧表面与其安置于内的监测孔壁面接触耦合，所述抱持部件由开口结构的直筒体和锥筒头构成的探头套筒(1)，探头套筒内腔的形状结构与微震探头的形状结构相匹配，使安置在探头套筒内的微震探头下侧表面和微震探头锥端头分别外露出探头套筒；所述支撑板的支撑侧板面为弧形板面；所述连接机构包括沿微震探头纵向设置在抱持部件上至少两个弹簧套筒(5)、在支撑板非支撑侧板面上设置的与设置在抱持部件上的弹簧套筒相对应匹配的弹簧导向杆(6)、位于弹簧套筒内套置在弹簧导向杆外的伸缩弹簧(7)、垂直穿过弹簧套筒壁作为伸缩弹簧下端弹簧座的第二插销(8-2)和垂直穿过弹簧套筒壁和弹簧导向杆的第一插销(8-1)；微震传感器安置于监测钻孔内，拔出第一插销(8-1)，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧弧形板面在伸缩弹簧作用下与监测钻孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动，当需要回收微震传感器时，再拔出第二插销（8-2），使整个伸缩弹簧处于自然状态，解除了伸缩弹簧对支撑板的张力，进而可实现微震传感器的有效回收。

2.根据权利要求1所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：弹簧套筒垂直固定在探头套筒两侧，每侧设置2～3个弹簧套筒。

3.根据权利要求2所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：弹簧套筒垂直且对称于微震探头轴线地固定设置在探头套筒两侧，所有的弹簧套筒、弹簧导向杆和伸缩弹簧结构相同。

4.根据权利要求1所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：所述探头套筒的尾端设置有通过螺纹副与套筒体联接的端盖(4)，微震探头通过端盖(4)固定安置在套筒腔体内。

5.根据权利要求1至4之一所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：位于探头套筒同一侧同一方向不同位置的第一插销（8-1）和第二插销（8-2）分别由一根插销杆构成。

6.根据权利要求5所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：作为第一插销(8-1)的插销杆和作为第二插销(8-2)的插销杆在位于微震探头尾端一端设置有将插销杆拔出的拉绳。

7.根据权利要求1至4之一所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：所述弹簧导向杆(6)设计有伸缩弹簧的上弹簧座，所述第一插销(8-1)于上弹簧座上方部位插销孔穿过弹簧导向杆。

8.根据权利要求5所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：所述弹簧导向杆(6)设计有伸缩弹簧的上弹簧座，所述第一插销(8-1)于上弹簧座上方的插销孔穿过弹簧导向杆。

9.根据权利要求1至4之一所述的可回收重复使用的微震传感器，其特征在于：弹簧套筒设置有将伸缩弹簧安装在弹簧套筒内的安装槽口，微震传感器安装于检测钻孔过程中，以第一插销(8-1)为伸缩弹簧的上安装座。