CN113640867B - 一种涌水区域微震传感器的安装装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涌水区域微震传感器的安装装置及安装方法，涉及岩土工程技术领域；其安装装置包括信号接收系统、锚固系统和隔水系统；所述信号接收系统包括微震传感器、接收探头，所述微震传感器一端螺纹连接接收探头，该接收探头通过锚固剂固定在孔壁上；所述锚固系统包括锚固管和锚固剂，所述锚固剂装在锚固管内，该锚固管的出口位于接收探头两侧；所述隔水系统包括安装在隔水桶外壁的温控管和除湿管，所述隔水桶用于容纳微震传感器使其不与水接触，接收探头穿过隔水桶的孔洞，所述温控管用于控制孔内温度，所述除湿管用于吸收孔壁向孔内渗透的水。本发明施工工序简单，易安装，消除了水流等噪音对微震信号的影响。

Description

一种涌水区域微震传感器的安装装置及安装方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种涌水区域微震传感器的安装装置及安装方法。

背景技术

岩体在载荷作用下会发生应变能聚集，当应变能聚集达到一定程度时，岩体产生微破裂并发生扩展，同时以弹性波或应力波的形式释放应变能，这种现象称为微震。如果在岩体表面或者内部安装微震传感器，便可以捕捉到岩石破坏时的微震信号。通过多个阵列布置的传感器所采集到的微震信号，利用反演方法能够计算得到岩体微破裂发生的时间、位置、性质等信息，即为地球物理学中所谓的震源“时、空、强”三要素，这就是微震监测技术。伴随基建工程建设的大型化和深部化，我国涌现出一批长大隧道、高陡边坡和深埋洞室，微震监测为这些地下洞室的建设和运营提供了基础数据支持，为工程安全提供了重要技术保障。

目前，微震技术在岩体工程灾害预警方面已经取得了很大的进步，并具有一定的应用效果。值得注意的是传感器的接收范围有限，比如隧洞微震监测传感器阵列距离掌子面距离一般小于250m，传感器间距约为50m，随着掌子面不断地向前推进，需要将传感器不断向前移动。然而在传感器的安装位置经常遇见涌水区域，且很多时候出水段的范围为几十米，甚至上百米，很难进行位置调整。此时在涌水区域采用常规的传感器安装方式会存在一些问题：(1)水导致传感器失效，影响监测的连续性，并增加监测成本。(2)涌水量大时，传感器会接收到流水的干扰信号，影响微震信号的质量。(3)涌水区域安装难，给技术人员带来麻烦。(4)有时地下水温度较高，导致无法安装。(5)水对锚固剂不断侵蚀，导致安装松动，影响检测信号质量。

发明内容

针对现有技术存在上述问题，本申请提供一种涌水区域微震传感器的安装装置及安装方法，其施工工序简单，易安装，消除了水流等噪音对微震信号的影响。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种涌水区域微震传感器的安装装置，包括信号接收系统、锚固系统和隔水系统；所述信号接收系统包括微震传感器、接收探头，所述微震传感器一端螺纹连接接收探头，该接收探头通过锚固剂固定在孔壁上；所述锚固系统包括锚固管和锚固剂，所述锚固剂装在锚固管内，该锚固管的出口位于接收探头两侧；所述隔水系统包括安装在隔水桶外壁的温控管和除湿管，所述隔水桶用于容纳微震传感器使其不与水接触，接收探头穿过隔水桶的孔洞，所述温控管用于控制孔内温度，所述除湿管用于吸收孔壁向孔内渗透的水。

进一步的，所述隔水系统还包括隔音板和封盖，所述封盖设置在孔壁端部用于封闭预制钻孔，在封盖内侧安装有隔音板，用于隔离流水产生的干扰信号。

进一步的，所述隔水系统还包括引水布，设置在预制钻孔旁的来水方向用于将水引流。

进一步的，所述隔水系统还包括吸水管，该吸水管一端穿过封盖、隔音板置于隔水桶与孔壁之间，用于排出孔内的水。

进一步的，所述锚固系统还包括推杆和活塞片，所述推杆一端穿过封盖、隔音板与活塞片相连，该活塞片安装在锚固管中且位于锚固剂尾部。

进一步的，所述信号接收系统还包括伸缩把手，该伸缩把手一端穿过封盖、隔音板与微震传感器另一端相连，用于调整微震传感器位置。

本发明还提供一种涌水区域微震传感器的安装方法，是通过上述安装装置实现的，具体包括：

将隔水桶和微震传感器一起放入预制钻孔内，并将带有隔音板的封盖固定在墙壁上，使其覆盖整个钻孔；

封盖固定后孔内处于封闭状态，先打开吸水管，将隔水桶与孔壁间的水吸出，调整伸缩把手使接收探头接触孔壁，然后打开除湿管和温控管，所述温控管调节孔内温度，一方面保持锚固剂的稳定状态，另一方面当地下水温度较高时，需要温控管降温使孔内温度恒定；

推动推杆，带动活塞片推动锚固剂使其从锚固管出口流出，流出的锚固剂使接收探头与孔壁固定，此时接收探头接收微震信号，该微震信号通过与微震传感器相连的电缆线输送至数据采集中心；

调整伸缩把手，使其紧贴墙壁，不干扰其他施工，安装完毕。

进一步的，将隔水桶和微震传感器一起放入预制钻孔前，还包括：

在微震传感器安装位置的来水方向固定引水布，将水流引到两侧，然后钻孔；

微震传感器一端固定伸缩把手，另一端固定带有螺纹的接收探头，并将该接收探头穿过隔水桶预制好的孔洞，所述孔洞周围由具有弹性的防水材料包裹；

将与水搅拌好的锚固剂放入锚固管内，然后安装推杆和活塞片；把锚固管对称设置在隔水桶外侧，其锚固管出口在接收探头附近，除湿管和温控管也安装在隔水桶外侧。

进一步的，上述方法还包括回收步骤，具体为：

首先打开隔音板和封盖，延长伸缩把手将其反方向旋转，进而带动微震传感器反方向旋转，该微震传感器沿着接收探头的螺纹退出，即可成功回收微震传感器；

然后拉动隔水桶一端，使隔水桶另一端脱离接收探头，且隔水桶将锚固管、温控管和除湿管带出孔内，最后拿出吸水管；此时孔内只剩下接收探头和锚固剂，回收完毕。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请解决了锚固剂遇水失效问题与微震传感器遇水损坏问题，能保证信号接收系统在涌水区域持续监测，减少噪音，消除了水流等噪音对微震信号的影响。其施工工序简单，易安装；且便于回收，耗材成本低，移动或检修微震传感器方便，易拆卸；地下水温度较高时，通过引水布改变水流方向，方便安装。

附图说明

图1为一种涌水区域微震传感器的安装装置剖视图；

图2为一种涌水区域微震传感器的安装装置正视图；

图中序号说明：1.微震传感器；2.接收探头；3.伸缩把手；4.电缆线；5.锚固管；6.推杆；7.活塞片；8.锚固剂；9.隔水桶；10.温控管；11.控制线；12.吸水管；13.除湿管；14.孔壁；15.引水布；16.隔音板；17.封盖。

具体实施方式

本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

本实施例提供一种涌水区域微震传感器的安装装置，包括信号接收系统、锚固系统、隔水系统；所述信号接收系统包括微震传感器1、接收探头2、伸缩把手3、电缆线4；所述锚固系统包括锚固管5、推杆6、活塞片7、锚固剂8；所述隔水系统包括隔水桶9、温控管10、控制线11、吸水管12、除湿管13、孔壁14、引水布15、隔音板16、封盖17。以下对上述器件进行详细介绍：

微震传感器1：作用是采集微震信号，一端带有内置螺纹可以拧入接收探头，另一端接有电缆线4和伸缩把手3。

接收探头2：作用是将接收的微震信号传递给微震传感器1，一端通过锚固剂8固定在孔壁14上，另一端带有螺纹可以拧进微震传感器1。

伸缩把手3：作用是调整微震传感器1的位置，与微震传感器1连接，安装结束后可缩短，回收时可伸长调整，不阻碍其他施工。

电缆线4：作用是将微震传感器1采集的微震信号传输给数据采集中心，与微震传感器1连接。

锚固管5：作用是内装锚固剂8，在隔水桶9外侧，且完全封闭保证锚固剂8不会失水变硬。

推杆6：作用是推动活塞片7和锚固剂8，使锚固剂8顺利推出并固定接收探头2。推杆在锚固管5内部，一端与活塞片7连接，一端在锚固管5外侧。

活塞片7：作用是推动锚固剂8，并保证锚固管5内部封闭，避免锚固剂8失水。

锚固剂8：作用是将接收探头2固定在孔壁14上，锚固剂8装在锚固管5内。

隔水桶9：作用是隔离孔内的水，使隔水桶9内的微震传感器1不与水接触。

温控管10：作用是控制孔内温度，稳定锚固剂8的状态，高温时避免传感器1受损。温控管10安装在隔水桶9上。

控制线11：作用是将温控管10和除湿管13连接外部电源。

吸水管12：作用是在安装时排除孔壁14与隔水桶9间大量的水。

除湿管13：作用是吸收孔壁14向孔内渗透的水，避免锚固剂8遇水失效，除湿管13安装在隔水桶9上。

引水布15：作用是在安装前将水引流，确保安装位置不流水，方便安装。

隔音板16：作用是隔离流水产生的干扰信号，保证信号质量。隔音板16安装在封盖17上。

封盖17：作用是封闭预制钻孔，避免大量流水进入孔内损坏传感器、阻碍监测，安装时固定在墙壁上。

本实施例提供还一种涌水区域微震传感器的安装方法，具体包括两部分，一是安装步骤、二是回收步骤：

安装步骤：涌水处安装微震传感器时，在安装位置旁的来水方向固定引水布15，将水流引到两侧，保证安装时没有水流通过。在微震传感器安装位置钻孔，通常要求钻孔长度不小于1m，且钻孔有10°左右仰角。

微震传感器1一端固定伸缩把手3，另一端固定带有螺纹的接收探头2，并将接收探头2穿过隔水桶9预制好的孔洞，孔洞周围由具有弹性的防水材料包裹，保证接收探头2穿过后不会向隔水桶9内渗水。拉出两个推杆6和两个活塞片7，将与水搅拌好的锚固剂8放入锚固管5内，然后安装两个推杆6和两个活塞片7。锚固管5对称设置在隔水桶9外侧，其出口在接收探头2附近，除湿管13和温控管10在隔水桶9与锚固管5外侧，此时准备就绪。

将隔水桶9和微震传感器1一起放入预制钻孔内，并将带有隔音板16的封盖17固定在墙壁上，使其覆盖整个钻孔。隔音板16在封盖17的内侧，作用是避免传感器接收流水等干扰信号。隔音板16和封盖17封闭隔水，并有多个预制孔，吸水管12、两个推杆6、伸缩把手3、电缆线4、两个控制线11都固定在封盖17上。

封盖17固定后孔内处于封闭状态，先打开吸水管12，将隔水桶9与孔壁14间的水吸出，调整伸缩把手3使接收探头2接触孔壁2，插上电源通过控制线11打开除湿管13和温控管10，由于水不断地的向孔内渗透，吸水管12和除湿管13的作用是保证孔内干燥，避免锚固剂失效。温控管10调节孔内温度，一方面保持锚固剂的稳定状态，另一方面当地下水温度较高时，需要温控管10降温，使孔内温度恒定，避免传感器1高温损坏。

推动推杆，带动活塞片推动锚固剂8使其从锚固管5流出，流出的锚固剂8使接收探头2与孔壁14固定，此时接收探头2可以接收微震信号，将电缆线4分别与微震传感器1和数据采集中心连接，接收探头2接收的微震信号由微震传感器1采集后，通过电缆线4输送至数据采集中心分析。调整伸缩把手3，使其紧贴墙壁，不干扰其他施工，安装完毕。

回收步骤：随着掌子面不断地向前推进，或者出现监测故障时，需要将微震传感器不断向前移动或者进行检修。首先打开隔音板16和封盖17，延长伸缩把手3并将其反方向旋转，带动传感器1反方向旋转，由于接收探头2被锚固剂8固定在孔壁1上，不会随微震传感器1旋转，微震传感器1沿着接收探头2的螺纹退出，即可成功回收微震传感器1。然后拉动隔水桶一端9，隔水桶9另一端脱离接收探头2，且隔水桶9将推杆6、活塞片7、锚固管5、温控管10、控制线11和除湿管13带出孔内，最后拿出吸水管12。此时孔内只剩下接收探头2和锚固剂8，回收完毕。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种涌水区域微震传感器的安装装置，其特征在于，包括信号接收系统、锚固系统和隔水系统；所述信号接收系统包括微震传感器、接收探头，所述微震传感器一端螺纹连接接收探头，该接收探头通过锚固剂固定在孔壁上；所述锚固系统包括锚固管和锚固剂，所述锚固剂装在锚固管内，该锚固管的出口位于接收探头两侧；所述隔水系统包括安装在隔水桶外壁的温控管和除湿管，所述隔水桶用于容纳微震传感器使其不与水接触，接收探头穿过隔水桶的孔洞，所述温控管用于控制孔内温度，所述除湿管用于吸收孔壁向孔内渗透的水；

所述隔水系统还包括隔音板和封盖，所述封盖设置在孔壁端部用于封闭预制钻孔，在封盖内侧安装有隔音板，用于隔离流水产生的干扰信号；

所述锚固系统还包括推杆和活塞片，所述推杆一端穿过封盖、隔音板与活塞片相连，该活塞片安装在锚固管中且位于锚固剂尾部。

2.根据权利要求1所述一种涌水区域微震传感器的安装装置，其特征在于，所述隔水系统还包括引水布，设置在预制钻孔旁的来水方向用于将水引流。

3.根据权利要求1所述一种涌水区域微震传感器的安装装置，其特征在于，所述隔水系统还包括吸水管，该吸水管一端穿过封盖、隔音板置于隔水桶与孔壁之间，用于排出孔内的水。

4.根据权利要求1所述一种涌水区域微震传感器的安装装置，其特征在于，所述信号接收系统还包括伸缩把手，该伸缩把手一端穿过封盖、隔音板与微震传感器另一端相连，用于调整微震传感器位置。

5.一种涌水区域微震传感器的安装方法，是通过权利要求1-4任一项所述安装装置实现的，具体包括：

将隔水桶和微震传感器一起放入预制钻孔内，并将带有隔音板的封盖固定在墙壁上，使其覆盖整个钻孔；

封盖固定后孔内处于封闭状态，先打开吸水管，将隔水桶与孔壁间的水吸出，调整伸缩把手使接收探头接触孔壁，然后打开除湿管和温控管，所述温控管调节孔内温度，一方面保持锚固剂的稳定状态，另一方面当地下水温度较高时，需要温控管降温使孔内温度恒定；

推动推杆，带动活塞片推动锚固剂使其从锚固管出口流出，流出的锚固剂使接收探头与孔壁固定，此时接收探头接收微震信号，该微震信号通过与微震传感器相连的电缆线输送至数据采集中心；

调整伸缩把手，使其紧贴墙壁，不干扰其他施工，安装完毕。

6.根据权利要求5所述一种涌水区域微震传感器的安装方法，其特征在于，将隔水桶和微震传感器一起放入预制钻孔前，还包括：

在微震传感器安装位置的来水方向固定引水布，将水流引到两侧，然后钻孔；

微震传感器一端固定伸缩把手，另一端固定带有螺纹的接收探头，并将该接收探头穿过隔水桶预制好的孔洞，所述孔洞周围由具有弹性的防水材料包裹；

将与水搅拌好的锚固剂放入锚固管内，然后安装推杆和活塞片；把锚固管对称设置在隔水桶外侧，其锚固管出口在接收探头附近，除湿管和温控管也安装在隔水桶外侧。

7.根据权利要求5所述一种涌水区域微震传感器的安装方法，其特征在于，还包括回收步骤，具体为：

首先打开隔音板和封盖，延长伸缩把手将其反方向旋转，进而带动微震传感器反方向旋转，该微震传感器沿着接收探头的螺纹退出，即可成功回收微震传感器；

然后拉动隔水桶一端，使隔水桶另一端脱离接收探头，且隔水桶将锚固管、温控管和除湿管带出孔内，最后拿出吸水管；此时孔内只剩下接收探头和锚固剂，回收完毕。