CN107247287B - 一种液压支撑式微震传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压支撑式微震传感器装置，其构成包括微震传感器、设置在微震传感器两端的外连结构、液压支撑机构和为液压支撑提供液压油的液压系统，所述微震传感器的构成包括微震探头和抱持微震探头的抱持部件，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；所述液压支撑机构为两副，分别设置在抱持部件背侧面中分线两端，微震探头下侧表面和支撑板在液压支撑机构作用下与监测孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动。本发明解决了现有技术微震传感器与监测孔壁面接触耦合性差和安装方便性差等问题，提高了微震传感器的监测准确性，微震传感器装置可以回收重复使用，降低了微震监测系统的工程成本。

Description

一种液压支撑式微震传感器装置

技术领域

本发明属于工程地质微震监测技术领域，具体涉及一种微震传感器可回收重复使用的液压支撑式微震传感器装置。

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)中钻出监测孔，在监测孔中安装微震传感器。监测孔的深度取决于开挖的埋深和被监测范围，监测孔的深度随工程埋深、被监测范围增加而增加，有的监测孔深达几十米，甚至上百米。深度比较大的监测孔，通常需要使用多个微震传感器对监测孔的不同部位进行微震监测，且监测孔越深，安装的微震传感器越多，由于监测孔上下很难保证同心，孔壁面很难一直光滑，因此微震传感器的安装越困难。

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监测孔中，依靠监测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，监测孔方向必须向下，对于完全水平或向上有一定角度的监测孔，该方法不适用；其次，对于倾斜或向下的监测孔，需要岩体相对完整，监测孔内能将注入的水保持住而不沿监测孔中的裂隙流失，或者是从监测孔内向外有渗水，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。

为了确保安置在监测孔中微震传感器与监测孔壁之间有效耦合，有的在工程现场采用向监测孔内浇筑水泥，使传感器和岩壁浇筑为一个整体。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，向监测孔内注入水泥浆，因监测孔较深，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实现效注浆的情况，会导致传感器未与监测孔岩壁耦合而无监测信号，而且监测孔越深，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，监测孔内通常比较潮湿，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监测孔，并且需要监测孔完全同心、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监测孔，导致监测孔成本高；第三，整个传输杆和安装结构在监测孔中是通过施加压力硬性插入到监测孔中，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监测孔中，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监测孔中受到了限制。

因而，如何便捷、有效地将微震传感器安装在监测孔中，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，特别是需要采用多个微震传感器对不同部位进行微震监测的深监测孔，尤其如此。

发明内容

本发明针对现有技术的微震监测技术的现状与不足，旨在提供一种液压支撑式微震传感器装置，以解决微震传感器与监测孔有效接触耦合、回收重复使用和安装方便性等问题，提高微震监测的准确性，降低微震监测系统的使用成本。

本发明提供的液压支撑式微震传感器装置，其构成包括包括微震传感器、设置在微震传感器两端的外连结构、液压支撑机构和为液压支撑提供液压油的液压系统，所述微震传感器的构成包括微震探头和抱持微震探头的抱持部件，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；所述液压支撑机构为两副，分别设置在抱持部件背侧面中分线两端，其构成包括液压油缸、活塞和支撑板，液压油缸通过底部与支撑板非支撑面或抱持部件背面连接，活塞通过活塞杆与抱持部件背面或支撑板非支撑面连接，液压油缸油压室液压油进口和出口分别与液压系统的供油管路和回油管路连接，微震探头下侧表面和支撑板在液压油压力作用下与监测孔内壁有效耦合，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。

所述抱持部件为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。

所述油缸通过底部与支撑板非支撑面连接，活塞通过活塞杆与抱持部件背面连接。所述支撑板可以是一个整体结构的支撑板，两个油缸通过底部与同一个支撑板非支撑面连接；也可以是两个独立结构的支撑板，两个油缸分别通过其底部与两个支撑板非支撑面连接。所述液压支撑机构的支撑板，其支撑侧的板面为与监测孔壁面匹配的弧面。

所述连接机构包括连接架和螺纹套筒，所述连接架一端与微震传感器一端固定连接，另一端通过铰结构与螺纹套筒铰连接。所述连接架可设计成由与微震传感器相匹配的圆环、连接头和两个折曲结构的连接臂构成，两个连接臂对称设置，一端与圆环固定连接，另一端与连接头连接，连接架通过连接头与螺纹套筒铰连接。

所述液压系统的构成包括一端与液压油箱连接、另一端与液压油缸油压室连接的供油管路和回油管路，供油管路上设置由加压油泵、控制阀和油压表，回油管路上设置有控制阀。

采用本发明提供的液压支撑式微震传感器装置进行微震监测，当监测孔比较深，可通过将多个发明提供的液压支撑式微震传感器装置连接，置入监测孔内对不同的部位进行微震监测。

本发明提供的液压支撑式微震传感器装置，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，巧妙设计的液压支撑机构，确保了在岩体破碎或钻孔深的条件下仍能有效使微震探头与钻孔壁耦合；第四，支撑板支撑面设计成与监测孔壁面匹配弧形面，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是本发明的微震检测装置结构示意图。

图2是图1中B-B向(俯视)结构示意图。

图3是图1中A-A结构示意图。

图4-1和图4-2是微震检测装置中的连接支架10与螺纹套筒的连接结构示意图，其中4-1是主视结构示意图，4-2是俯视结构示意图。

在上述附图中，1-是液压油缸；2-探头套筒；3-微震探头；4-油压室；5-端盖；6-活塞杆；7-是活塞；8-支撑板；9-螺纹套筒；10-连接架；11-加压油泵；12-是控制阀；13-油压表；14-供油管路；15-回油管路；16-控制阀；17-液压油箱。

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的微震传感器可回收重复使用的微震监控系统作进一步说明。

本实施例的液压支撑式微震传感器装置，其结构如图1—图4-2所示，构成包括一个微震传感器(由1、2、3、4、5、6、7、8组成)1，设置在微震传感器两端的外连结构(由9、10组成)，液压支撑机构和为液压支撑提供液压油的液压系统(由11、12、13、14、15、16、17组成)。所述微震传感器为可回收式微震传感器，其构成包括微震探头3，抱持微震探头的探头套筒2，将探头安装固定在探头套筒内的端盖5，所述探头套筒由开口结构的直筒体和锥筒头构成，探头套筒内腔的结构形状与微震探头的结构形状相匹配，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，使安装在其内的微震探头下侧表面与监测孔壁面接触耦合；所述液压支撑机构为两副，分别设置在探头套筒背面中线两端，其构成包括液压油缸1、活塞7和支撑板8，液压油缸通过底部与支撑板非支撑面连接，活塞通过活塞杆6与探头套筒背面连接，液压油缸油压室4的液压油进口和出口分别与液压系统的供油管路14和回油管路15连通，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧板面在液压油压力作用下与监测孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动；支撑板8的支撑侧板面为与监测孔壁面匹配的弧面。所述外连接结构由连接架10、螺纹套筒9构成，其中连接架又由与微震传感器固定连接的圆环、连接头和两个折曲结构的连接臂构成，两个连接臂对称设置，一端与圆环固定连接，另一端与连接头连接，连接架通过其连接头与螺纹套筒铰连接。所述液压系统的构成包括一端与液压油箱17连接、另一端与液压油缸油压室4连接的供油管路14和回油管路15，供油管路上设置由加压油泵11、控制阀12和油压表13，回油管路上设置有控制阀16。

使用方法：将微震探头3装入探头套筒2中，通过端盖5将微震探头固定安置在探头套筒腔体内；将活塞杆6与活塞7连接固定后装入液压油缸1内，支撑板8固定在液压油缸底部，活塞通过活塞杆与探头套筒背面连接，将外连结构安装在探头套筒两端；将微震传感器信号输出端与监测计算机信号输入端连接；将液压系统5的供油管路和回油管路分别与液压油缸油压室液压油进口和出口分别连通；将微震传感器送入监测孔内，微震传感器到位后，启动液压系统中的加压油泵，打开供油管路上的控制阀12，关闭回油管路上的控制阀16，液压油进入液压油缸的油压室4，待油压表上的压力值显示到预定压力值，关闭加压油泵，关闭控制阀12，此时，微震探头下侧表面和支撑板的支撑侧弧形板面在液压油的作用下与监测监测孔内壁得以有效耦合，以监测岩体的震动。当需要回收微震传感器时，关闭供油管路上控制阀12，打开回油管路上的控制阀16，将加压油泵接到回油管路，对油压室4内施加负压，使液压油缸油压室内的液压油回流到液压油箱17内，解除了对支撑板与微震探头的支撑力，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 (4)

1.一种液压支撑式微震传感器装置，其特征在于：包括微震传感器、设置在微震传感器两端的外连接结构、液压支撑机构和为液压支撑提供液压油的液压系统，所述微震传感器的构成包括微震探头(3)和抱持微震探头的抱持部件，所述抱持部件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；所述抱持部件为由开口结构的直筒体和锥筒头构成的探头套筒(2)，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；所述外连接结构包括连接架(10)、螺纹套筒(9)，所述连接架一端与微震传感器一端固定连接，另一端通过铰结构与螺纹套筒铰连接；所述液压系统的构成包括一端与液压油箱(17)连接、另一端与液压油缸油压室(4)连接的供油管路(14)和回油管路(15)，供油管路上设置有加压油泵(11)和油压表(13)，供油管路和回油管路上分别设置有控制阀；所述液压支撑机构为两副，分别设置在抱持部件背侧面中分线两端，其构成包括液压油缸(1)、活塞(7)和支撑板(8)，液压油缸通过底部与支撑板非支撑面或抱持部件背面连接，活塞通过活塞杆(6)与抱持部件背面或支撑板非支撑面连接，液压油缸油压室(4)液压油进口和出口分别与液压系统的供油管路(14)和回油管路(15)连接，微震探头下侧表面和支撑板在液压油压力作用下与监测孔内壁有效耦合，以监测岩体的震动。

2.根据权利要求1所述的液压支撑式微震传感器装置，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(5)，微震探头通过端盖固定安置在套筒腔体内。

3.根据权利要求1或2所述的液压支撑式微震传感器装置，其特征在于：油缸通过底部与支撑板非支撑面连接，活塞通过活塞杆与抱持部件背面连接。

4.根据权利要求1所述的液压支撑式微震传感器装置，其特征在于：所述连接架由与微震传感器相匹配的圆环、连接头和两个折曲结构的连接臂构成，两个连接臂对称设置，一端与圆环固定连接，另一端与连接头连接，连接头通过铰结构与螺纹套筒连接。