CN113982514A - 一种井下侧壁传感器安装装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种井下侧壁传感器安装装置，涉及井下侧壁传感器安装技术领域，可以包括：筒体，筒体的顶部安装有上端盖，上端盖的顶部能够拆卸连接有上连杆，筒体的底部能够拆卸连接有下连杆；底座，底座能够拆卸连接于下连杆远离筒体的一端；传感器仓，传感器仓安装于筒体内，传感器仓内能够放置传感器，筒体的侧壁上对应设置有开口，能够使传感器仓内的传感器通过；传感器推出机构，传感器推出机构安装于筒体内，传感器推出机构能够将传感器仓内的传感器推出，并压入孔的侧壁中安装到位。本发明还公开一种井下侧壁传感器安装方法。本发明解决了孔中侧壁传感器的安装难题，可实现井中传感器的定位、定向安装。

Description

一种井下侧壁传感器安装装置及安装方法

技术领域

本发明涉及井下侧壁传感器安装技术领域，特别是涉及一种井下侧壁传感器安装装置及安装方法。

背景技术

滑坡作为一种严重的地质灾害，经常造成人员伤亡和重大经济损失，因此，滑坡灾害一直深受重视，有关滑坡灾害的防治研究也一直为世人所关注。随着滑坡灾害各项研究的发展与深入，防治工程措施也在完善已有措施的基础上向轻型化、小型化方向发展，小口径桩便是符合这一发展特点的支护结构，展现出巨大的应用潜力。

小口径桩一般指桩径在90～300mm，采用钻孔、强配筋和压力注浆工艺施工的灌注桩。小口径桩的优点如下：非开挖施工，对滑体扰动小；施工机具小，适用于狭窄的施工作业区；桩位布置灵活；对土层适用性强；施工振动、噪音小。近年来，小口径桩在滑坡防治工程中的应用越来越多，取得了较好的成效，为滑坡防治技术提供了一种新的思路。

但是，由于小口径桩一般以群桩的形式布置，桩土作用机理非常复杂，其受力变形机理的研究是目前的热点和难点，尤其是实际工程或现场试验中如何测试小口径桩所受的侧向土压力是研究难点。

小口径桩在滑坡防治工程中属于侧向(水平向)受力结构，其所受的水平向土压力一般采用压力传感器(压力盒)进行测量。压力传感器一般为扁平的圆盘状，测量小口径桩所受的土压力时需将压力传感器竖向放置于桩和周围岩土体之间，由于小口径桩(钻孔)桩径较小，下放压力传感器后难以定位，压力测量方向更是难以控制。

事实上，不仅是地质灾害监测领域，地下空间开发、地下水监测、松散软地层钻探、矿山边坡监测等领域均面临着侧壁定位、定向安装传感器的难题。现有技术手段仅能够实现在孔底预埋传感器获取数据，在孔中不同深度、不同位置、不同方向合理的放置压力传感器目前尚没有较好的方法。

因此，亟待提供一种新型的井下侧壁传感器安装装置及安装方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下侧壁传感器安装装置及安装方法，以解决现有技术孔中侧壁传感器的安装难题，可实现井中传感器的定位、定向安装。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种井下侧壁传感器安装装置，包括：

筒体，所述筒体的顶部安装有上端盖，所述上端盖的顶部能够拆卸连接有上连杆，所述筒体的底部能够拆卸连接有下连杆；

底座，所述底座能够拆卸连接于所述下连杆远离所述筒体的一端；

传感器仓，所述传感器仓安装于所述筒体内，所述传感器仓内能够放置传感器，所述筒体的侧壁上对应设置有开口，能够使所述传感器仓内的传感器通过；

传感器推出机构，所述传感器推出机构安装于所述筒体内，所述传感器推出机构能够将所述传感器仓内的传感器推出，并压入孔的侧壁中安装到位。

优选的，所述下连杆的两端分别与所述筒体的底部以及所述底座的顶部螺纹连接，所述上连杆的底部与所述上端盖的顶部螺纹连接；

所述上连杆与所述下连杆均可以设置有多根，相邻所述上连杆以及相邻所述下连杆之间能够拆卸连接；其中，相邻的上连杆之间以及相邻的下连杆间可使用带槽接头连接，或通过其他方式实现可拆卸连接。

优选的，所述底座的主体采用橡胶或木材制作而成。

优选的，所述筒体的上部焊接有多个L型连接件，所述L型连接件的一端与所述筒体焊接，所述L型连接件的另一端设有螺纹孔，能够通过螺钉与所述上端盖固定。

优选的，所述传感器推出机构包括电机、丝杠、推杆、顶杆和推块；所述电机的输出轴与所述丝杠连接，所述推杆与所述丝杠螺纹连接，所述推杆的底端与所述顶杆的一端铰接，所述顶杆的另一端与所述推块铰接；所述推块位于所述传感器仓内，能够将传感器推出，所述传感器仓位于所述筒体内底部一侧。

优选的，所述丝杠的上部通过键与所述电机的输出轴连接，所述丝杠的上部转动安装于轴承盒子内，所述轴承盒子内安装有2个止推轴承；所述筒体内安装有轴承支架，所述轴承支架能够对所述轴承盒子进行支撑。

优选的，所述丝杠的下部与所述推杆螺纹连接，所述推杆一侧带有键槽，所述筒体内对应安装有带键横架，所述带键横架的键与所述推杆的键槽配合，能够限制所述推杆的旋转；

所述推杆的下端设置有中心孔，所述中心孔内安装有导轮，所述推杆的下端通过所述导轮与所述顶杆转动连接，所述导轮两侧分别设置有前轨道架和后轨道架，所述导轮的两端在所述前轨道架和所述后轨道架形成的导轨中上下运动；

所述顶杆远离所述推杆的一端通过销轴与所述推块连接，所述推块沿所述传感器仓的轴线运动；

所述推块的上部设置有限位块，所述限位块通过螺栓固定有平动板，所述传感器仓的上部设置开槽，所述开槽的一端变窄，能够使传感器线通过，并对所述推块上部的限位块形成机械限位；所述传感器仓的上方通过行程开关支架安装有行程开关。

优选的，所述上端盖上设置有通孔，所述通孔能够穿过所述电机的电机线和所述行程开关的行程开关线；所述上端盖一侧开有通槽，所述通槽能够通过所述传感器的传感器线；

相邻所述上连杆之间能够通过带槽接头连接，所述电机线和所述行程开关线通过环箍与所述上连杆捆绑，并压入所述带槽接头的槽中，保证线不会因带槽接头与井壁的碰撞而发生损坏。

优选的，所述筒体内部能够设置有遥控模块，所述遥控模块与所述电机连接，所述筒体内安装电池，所述电池能够对所述电机和所述行程开关进行供电。

本发明还提供一种基于上述井下侧壁传感器安装装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一、确定传感器的安装位置；

步骤二、当所述井下侧壁传感器安装装置下至指定高度位置后，转动所述上连杆使所述传感器对准指定方向；

步骤三、启动所述传感器推出机构，将所述传感器推出所述传感器仓，并压入孔的侧壁中安装到位；

步骤四、将整个井下侧壁传感器安装装置提出钻孔；

步骤五、所述传感器安装完成后，进行后续完井或注水泥工作。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供了一种井下传感器的安装装置，并提供了侧壁传感器的定位定向安装方法，该装置结构简单、原理简单，可根据需求选配防水电机、防水行程开关等，适应含水(钻井液)孔的应用要求，对松散、软岩等地层，可将传感器压入地层，实现对相关参数的测量与监测，实现井中立体监测和原位监测。本发明钻具整体机械结构和机械原理简单，装配方便，现场操作性强，可在不同环境中使用，适配性强，制造和维护成本低，具有可观的市场应用和产业化前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明井下侧壁传感器安装装置的结构示意图；

图2为本发明L型连接件的结构示意图；

图3为本发明L型连接件的剖面图；

图4为本发明上端盖的结构示意图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为本发明带槽接头的结构示意图；

图7为本发明带槽接头的剖面图；

图8为本发明传感器推出机构的结构示意图；

图9为本发明筒体的结构示意图；

图10为本发明筒体的剖面图；

图11为本发明传感器仓的第一角度示意图；

图12为本发明传感器仓的第二角度示意图；

附图标记说明，1-底座；2-下连杆；3-筒体；4-轴承支架；5-后轨道架；6-前轨道架；7-顶杆；8-导轮；9-推杆；10-带键横架；11-轴承盒子；12-电机；13-上端盖；14-上连杆；15-电机线；16-带槽接头；17-传感器线；18-环箍；19-L型连接件；20-行程开关线；21-止推轴承；22-丝杠；23-横架；24-平动板；25-行程开关；26-传感器；27-销轴；28-推块；29-传感器仓；30-行程开关支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种井下侧壁传感器安装装置及安装方法，以解决现有技术孔中侧壁传感器的安装难题，可实现井中传感器的定位、定向安装。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-12所示，本实施例提供一种井下侧壁传感器安装装置，包括：

筒体3，筒体3的顶部安装有上端盖13，上端盖13的顶部能够拆卸连接有上连杆14，筒体3的底部能够拆卸连接有下连杆2；

底座1，底座1能够拆卸连接于下连杆2远离筒体3的一端；

传感器仓29，传感器仓29安装于筒体3内，传感器仓29内能够放置传感器26，筒体3的侧壁上对应设置有开口，能够使传感器仓29内的传感器26通过；

传感器推出机构，传感器推出机构安装于筒体3内，传感器推出机构能够将传感器仓29内的传感器26推出，并压入孔的侧壁中安装到位。

在本实施例中，装置的最下端为底座1，底座1的主体部分可由橡胶、木材等制作，减轻重量的同时具有一定的缓冲作用；底座1上部可与下连杆2通过螺纹连接，下连杆2另一端与筒体3的端部螺纹连接。

在本实施例中，如图2和图3所示，筒体3上部焊接有多个L型连接件19，L型连接件19的两边一端与筒体3焊接，另一边设有螺纹孔，可通过螺钉与上端盖13固定。

在本实施例中，如图4-图5所示，上端盖13设计有凸台孔和通孔，凸台孔用于安装螺钉，通孔用于穿过电机线15和行程开关线20；上端盖13一侧开有通槽，可通过传感器线17；上端盖13一端设计有螺纹孔，可与上连杆14相接。

在本实施例中，上连杆14和下连杆2可由钢或轻质合金加工，可根据需要加工不同的长度，并通过不同的钻杆组合决定筒体3的高度位置，即可确定传感器26的安装高度。

根据实际需要，传感器26安装位置可由两种方式确定，一种是底座1下至孔底，通过更换不同长度的下连杆2，或利用常规两端母扣的接头连接多根下连杆2等方式，调节并确定传感器26的安装高度；另一种是整个装置被地面设备吊起悬入孔中，可通过安装不同长度的上连杆14，或采用带槽接头16(如图6和图7所示)连接多根上连杆14的形式，调节并确定传感器26安装的高度位置，此种情况下底座1可起到一定稳定作用。为保障电机线15、行程开关线20的安全，需使用环箍18将这两根线与上连杆14捆绑，并将线压入带槽接头16的槽中，保证电机线15和行程开关线20不会因接头碰撞井壁导致损坏失效。

在本实施例中，如图8所示，传感器推出机构位于筒体3内部，在筒体3内底上通过螺钉固定有3根轴承支架4、2根后轨道架5、2根前轨道架6、1根行程开关25支架和传感器仓29。3根轴承支架4将2个轴承盒子11支起，轴承盒子11内安装有2个止推轴承21，2个止推轴承21将丝杠22固定，丝杠22上部通过键与电机12连接，在轴承的作用下实现丝杠22随电机12同步转动，丝杠22下部的公螺纹部分拧入推杆9的母螺纹，推杆9一侧带有键槽，被带键横架10的键限制旋转，当丝杠22旋转后，推杆9只能上下移动。

在本实施例中，推杆9的下端有中心孔，通过带轴的导轮8与顶杆7连接，导轮8两边的轮子只能在前轨道架6、后轨道架5形成的导轨中上下运动。顶杆7的另一端与推块28通过销轴27连接。推块28上部设计有限位块，配合传感器仓29上部开槽，使安装在传感器仓29中的推块28只能沿传感器仓29的轴线运动，将传感器26推出传感器仓29并压入孔的侧壁。推块28上部通过螺栓固定有平动板24，平动板24随推块28同步运动。传感器仓29上部开槽一端变窄，可通过传感器线17，但无法通过推块28上部的限位块，形成了机械限位。推块28在向外推动传感器26时，带动平动板24运动，平动板24触碰安装在行程开关支架30上的行程开关25后，可控制电机12停止转动；行程开关25和机械限位构成了传感器推出机构的双保险。

在本实施例中，根据需要，可在筒体3内部设置遥控模块，电机12可通过遥控的形式进行控制，电机12和行程开关25可通过筒体3内安装电池进行供电，这样可以将电机线15和行程开关线20藏于筒体3内，不用环箍18和带槽接头16。根据实际地层状况，选择不同扭矩的电机12，电机12的扭矩通过丝杠22和顶杆7构成的推出机构转化为横向力并被放大，保障传感器26被压入地层。传感器仓29可根据需要将中空部位设计为方形、椭圆形、多边形及其他形状。

本实施例中还公开一种侧壁传感器的安装方法：

步骤一、根据下入钻杆的长度和筒体3的轴向长度等，可确定传感器26下入的位置。

步骤二、当整个装置下至指定高度位置后，转动上连杆14使传感器26对准指定方向。

步骤三、通过启动地面开关控制电机12旋转，同时带动丝杠22旋转；由于受到键和导轮8的限制和导向扶正作用，推杆9开始向下运动，推动顶杆7的上端向下运动；顶杆7的另一端开始推动推块28沿传感器仓29轴线运动，将传感器26推出传感器仓29，同时带动平动板24运动。当平动板24触碰行程开关25后，行程开关25控制电机12停止转动，传感器26压入孔的侧壁并安装到位。

步骤四、将整个装置提出钻孔，由于筒体3一侧有贯穿开槽，可保证传感器线17与整个装置的相对运动，不会因挤压传感器线17将传感器26拔出或影响传感器26在孔中侧壁的固定状态。

步骤五、传感器26安装完成后，进行后续完井或注水泥工作。

本发明通过前述侧壁传感器安装方法，可实现不同位置、指定方向的传感器安装，不仅可以用于定位、定向安装单一传感器，还可在单孔侧壁不同位置布设传感器阵列，可用于以下工况。①利用单一传感器或传感器阵列，可用于滑坡、沉降、崩塌等地质灾害监测和机理成因研究。②地下工程开发和运维过程中需要监测地下水位、应力和沉降变化，在监测井内不同部位安装应力和水位监测等传感器。③利用传感器阵列对松散软地层井壁稳定性进行评价和研究，对井下作业(射孔、解堵等)等外力工况对井壁的作用进行监测和评价。

④其他孔中传感器安装应用情形。

本发明孔中侧壁传感器的安装装置和方法，为立体监测、定向监测等提供技术手段和施工工艺，解决了孔中侧壁传感器的安装难题，可实现井中传感器的定位、定向安装。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：包括：

筒体，所述筒体的顶部安装有上端盖，所述上端盖的顶部能够拆卸连接有上连杆，所述筒体的底部能够拆卸连接有下连杆；

底座，所述底座能够拆卸连接于所述下连杆远离所述筒体的一端；

传感器仓，所述传感器仓安装于所述筒体内，所述传感器仓内能够放置传感器，所述筒体的侧壁上对应设置有开口，能够使所述传感器仓内的传感器通过；

传感器推出机构，所述传感器推出机构安装于所述筒体内，所述传感器推出机构能够将所述传感器仓内的传感器推出，并压入孔的侧壁中安装到位。

2.根据权利要求1所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述下连杆的两端分别与所述筒体的底部以及所述底座的顶部螺纹连接，所述上连杆的底部与所述上端盖的顶部螺纹连接；

所述上连杆与所述下连杆均可以设置有多根，相邻所述上连杆以及相邻所述下连杆之间能够拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述底座的主体采用橡胶或木材制作而成。

4.根据权利要求1所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述筒体的上部焊接有多个L型连接件，所述L型连接件的一端与所述筒体焊接，所述L型连接件的另一端设有螺纹孔，能够通过螺钉与所述上端盖固定。

5.根据权利要求1所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述传感器推出机构包括电机、丝杠、推杆、顶杆和推块；所述电机的输出轴与所述丝杠连接，所述推杆与所述丝杠螺纹连接，所述推杆的底端与所述顶杆的一端铰接，所述顶杆的另一端与所述推块铰接；所述推块位于所述传感器仓内，能够将传感器推出，所述传感器仓位于所述筒体内底部一侧。

6.根据权利要求5所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述丝杠的上部通过键与所述电机的输出轴连接，所述丝杠的上部转动安装于轴承盒子内，所述轴承盒子内安装有2个止推轴承；所述筒体内安装有轴承支架，所述轴承支架能够对所述轴承盒子进行支撑。

7.根据权利要求6所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述丝杠的下部与所述推杆螺纹连接，所述推杆一侧带有键槽，所述筒体内对应安装有带键横架，所述带键横架的键与所述推杆的键槽配合，能够限制所述推杆的旋转；

所述推杆的下端设置有中心孔，所述中心孔内安装有导轮，所述推杆的下端通过所述导轮与所述顶杆转动连接，所述导轮两侧分别设置有前轨道架和后轨道架，所述导轮的两端在所述前轨道架和所述后轨道架形成的导轨中上下运动；

所述顶杆远离所述推杆的一端通过销轴与所述推块连接，所述推块沿所述传感器仓的轴线运动；

所述推块的上部设置有限位块，所述限位块通过螺栓固定有平动板，所述传感器仓的上部设置开槽，所述开槽的一端变窄，能够使传感器线通过，并对所述推块上部的限位块形成机械限位；所述传感器仓的上方通过行程开关支架安装有行程开关。

8.根据权利要求7所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述上端盖上设置有通孔，所述通孔能够穿过所述电机的电机线和所述行程开关的行程开关线；所述上端盖一侧开有通槽，所述通槽能够通过所述传感器的传感器线；

相邻所述上连杆之间能够通过带槽接头连接，所述电机线和所述行程开关线通过环箍与所述上连杆捆绑，并压入所述带槽接头的槽中。

9.根据权利要求8所述的井下侧壁传感器安装装置，其特征在于：所述筒体内部能够设置有遥控模块，所述遥控模块与所述电机连接，所述筒体内安装电池，所述电池能够对所述电机和所述行程开关进行供电。

10.一种基于如权利要求1-9任一项所述的井下侧壁传感器安装装置的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、确定传感器的安装位置；

步骤二、当所述井下侧壁传感器安装装置下至指定高度位置后，转动所述上连杆使所述传感器对准指定方向；

步骤三、启动所述传感器推出机构，将所述传感器推出所述传感器仓，并压入孔的侧壁中安装到位；

步骤四、将整个井下侧壁传感器安装装置提出钻孔；

步骤五、所述传感器安装完成后，进行后续完井或注水泥工作。

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