CN114415232B - 一种可回收式微震传感器的安装装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可回收式微震传感器的安装装置及安装方法，属于工程地质微震监测技术领域。其包括基座和可回收结构，可回收结构包括套筒、可伸缩机构及安装杆，微震传感器安装在套筒的轴心线上，且微震传感器的一端紧固在套筒的底壁，另一端安装在安装杆上；安装时，基座置于安装孔内，微震传感器与基座通过油囊和套筒连接并固定，基座与岩体通过水泥砂浆耦合，微震信号由基座通过套筒传播到微震传感器。回收时，将油囊中的液压油排出，内嵌套筒的伸出端经由弹簧从安装基座内弹出，将内嵌套筒整体取出，在安装孔外旋下安装杆上的螺螺母对微震传感器进行回收。本发明微震传感器和安装杆均可回收利用，减少了材料的浪费，节约了微震监测的成本。

Description

一种可回收式微震传感器的安装装置及安装方法

技术领域

本发明涉及工程地质微震监测技术领域，具体涉及一种可回收使用的微震传感器及其安装方法。

背景技术

岩体在变形破坏的过程中几乎都伴随着裂纹的产生、扩展、摩擦以及能量积聚，并以应力波的形式释放能量，产生微震事件。微震监测技术利用在空间上不同方位安装的微震传感器对微震事件进行实时监测，获取微震事件发生的时间、位置、强度及发展规律，以此为基础推断岩体内应力、变形和破坏状态，进而对岩体稳定性进行分析预警。该技术已作为岩爆、冲击地压、高陡边坡等灾害预警的重要手段，在隧道工程、矿山工程、水利工程以及石油工程等建设中进行了大量应用。

微震传感器的安装是微震监测实施的主要步骤，直接影响捕捉微震信号的能力，进而影响微震监测效果。微震传感器的安装方式可分为永久性安装和可回收式安装，永久性安装是将微震传感器作为一次性耗埋入到监测区域，无法对微震传感器进行回收利用。这种方式具有较好的监测效果，但微震传感器价格昂贵，大大增加了微震监测费用，造成巨大浪费。而且，无法对微震传感器进行检修和替换。可回收式安装指的是将微震传感器安装到指定区域并可随时进行回收利用。

目前，有关微震传感器可回收安装方面的研究报道主要有：

申请号201710495577.8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。

上述公开的液压支撑式微震传感器装置虽然实现了微震传感器的可回收利用，但是其还存在以下技术问题：

其一、装置与孔壁接触面积过小，开挖过程中，可能出现装置与孔壁面松弛偏转，微震传感器固定性差，易导致检测信号传输的有效性降低；

其二、微震探头下侧表面与孔壁直接接触，在液压油压力作用下，微震探头可能会被挤压受损。

其三、液压支撑机构密封性要求高，设备成本大。

综上所述，现有技术有待于进一步改进。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种可回收式微震传感器的安装装置，其解决了微震传感器难以固定、检修、保护及回收的问题，可对任意位置附近的振动信号进行接收与采集，同时保证了微震源定位精度，节约了微震监测的成本。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种可回收式微震传感器的安装装置，其包括基座和可回收结构，所述的基座包括基座主体，所述的基座主体的形状、大小与安装孔的形状、大小相适配，所述的基座主体的内部为中空结构，所述的可回收结构恰好安装在所述的基座主体内部，所述的基座主体设置有用于对其进行固定的紧固件；

所述的可回收结构包括套筒、可伸缩机构及安装杆，微震传感器位于套筒的轴心线上，且微震传感器的一端紧固在套筒的底壁，另一端安装在所述的安装杆上；

在所述的微震传感器的外侧设置有四块固定板，且每块固定板的一端连接在套筒的底壁上，且相邻的固定板之间相互垂直，四块固定板均包括正面与背面，微震传感器位于四块固定板的正面；

所述的可伸缩机构设置有四组，每组可伸缩结构均包括油囊、可移动滑块、销块及弹簧，其中，油囊紧贴在相对应的固定板的背面，可移动滑块与固定板平行，且可沿着所述的套筒的底壁相对滑动，在可移动滑块的中心处通过连接杆连接销块，所述的弹簧一端连接在可移动滑块上，另一端连接在套筒的内侧壁上；

在所述的基座主体上设置有四组与所述的销块形状、大小相适配的固定槽；

当给油囊内注满液压油时，油囊通过膨胀作用推动可移动滑块向逆着油囊的方向移动，且与所述的可移动滑块连接的连接杆推动所述的销块，并将所述的销块推进对应的固定槽内；当将油囊中的液压油放出时，所述的弹簧的作用推动可移动滑块向油囊方向移动，并将所述的销块从对应的固定槽中弹出。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

首先，本发明通过基座与可回收结构相互配合，可以对微震传感器进行回收。

其次，在对微震传感器的安装及回收过程中，由于微震传感器不直接与孔壁接触，避免了因摩擦对微震传感器造成损伤。

最后，通过油囊、可移动滑块、销块及弹簧与基座的相互配合，可以将销块推至基座上的固定槽内，也就是说，通过可回收结构与基座的紧密配合，来达到微震传感器与孔壁的完全耦合。

作为本发明的一个优选方案，所述的基座主体为圆柱形，其内部为圆柱形空腔，四个固定槽间隔均等的布置在所述的基座主体的内侧；所述的紧固件包括设置在基座主体外侧的若干根固定筋，通过若干根固定筋增加基座的外接触面积。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

通过固定筋来增加基座的接触面积，加大基座的锚固强度，使得基座在岩体中更加牢固。

作为本发明的另一个优选方案，所述的套筒内部空腔为圆柱形，在所述的套筒的底壁与基座主体的接触处设置有可调节底座，通过所述的可调节底座的调节使得销块与固定槽对齐。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

可调节底座，通过调节其高度，即可对应调节销块的位置，确保销块与固定槽径向位置相同，确保销块可以完全推入固定槽内。

进一步优选，在每个固定槽的外侧对其进行倒圆角处理，使得销块快速进入与之对应的固定槽中。

优选的，所述的油囊与固定板的背面之间采用粘性胶紧密贴合。

优选的，在所述的安装杆上设置有外螺纹，用于对微震传感器进行紧固的螺母安装在所述的安装杆上。

优选的，所述的油囊包括油囊主体，在所述的油囊主体上连接有输油管，通过输油管向油囊主体内注入液压油。

优选的，所述的微震传感器与套筒的底壁之间设置有金属垫圈。

本发明的另一目的在于提供一种可回收式微震传感器的安装方法，其包括以下步骤：

a、组装好可回收结构；

b、将基座送入安装孔至孔底，并使得基座位于安装孔底面的正中位置；

c、通过向安装孔内注入水泥砂浆的方式将基座固定在安装孔内；

d、待基座固定后，将放置有微震传感器的可回收结构放入基座中；

e、通过注油设备向油囊内注入液压油，使得油囊将销块推进对应的固定槽内；

f、待销块推进固定槽后，撤走注油设备，并用与安装孔口径相同的泡沫密封块将孔口密封；

g、待现场监测完毕后，打开密封泡沫，将油囊中的液压油放出，利用弹簧将销块从固定槽内弹出；

h、将可回收结构作为一条整体取出，即完成对微震传感器的回收。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

在上述安装方法中，微震传感器与基座通过油囊和内嵌套筒连接并固定，基座与岩体通过水泥砂浆耦合，微震信号由基座通过套筒传播到微震传感器。回收时，将油囊中的液压油排出，套筒的伸出端即伸出的销块部分，经由弹簧从基座内弹出，将套筒整体取出，然后在安装孔外旋下安装杆上的螺母对微震传感器进行回收，即可完成对微震传感器的回收。

上述技术方案中，套筒对微震传感器及可伸缩机构起到全面保护支撑的作用，协同可伸缩机构共同作业，参与完成整个可回收结构的挤压安装和放松回收功能。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)将微震传感器固定在安装孔内，确保了微震传感器的固定和监测效果，解决了安装孔内可回收式微震传感器安装与固定问题，确保了微震传感器能顺利接受微震信号。

(2)将微震传感器固定在安装孔内，采用可回收装置方便监测完后对微震传感器进行顺利回收，解决了微震传感器回收困难的问题。同时，避免了钻孔变形、塌孔及地下水等对微震传感器及线路的损坏，保护了微震监测设备。圆柱形基座通过砂浆与孔壁密封，提升了微震传感器与孔壁的耦合效果，加强了对微震传感器的保护，提高了微震检测的精度。

(3)通过基座接受到的振动信号到微震传感器，使震动信号传播路径已知，保证了微震源定位精度。

(4)将基座固定到任意指定位置即可对其附近位置的振动信号进行接收与采集，不受指定位置深度及地质环境限制。

(5)微震传感器和安装杆均可回收利用，减少了材料的浪费，节约了微震监测的成本，提高了经济效益。

综上所述，本发明提出的可回收式微震传感器的安装装置，较好解决了微震传感器难以固定、检修、保护及回收的问题，可对任意位置附近的振动信号进行接收与采集，同时保证了微震源定位精度，节约了微震监测的成本。本发明可广泛用于地下厂房、隧洞、边坡和巷道等工程微震监测。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明可回收式微震传感器的安装装置的结构示意图；

图2为图1的剖面图；

图中：

1、套筒，2、可调节底座，3、金属垫圈，4、弹簧，5、销块，6、基座，7、固定筋，8、安装杆，9、螺母，10、输油管，11、可移动滑块，12、油囊，13、微震传感器，14、固定槽。

具体实施方式

本发明提出了一种可回收式微震传感器的安装装置及安装方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”等等将被理解为包括所陈述的部件或组成部分，而并未排除其他部件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个部件或特征与另一部件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他部件或特征“下方”或“下”的部件将取向在所述部件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。部件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

本发明中所述及的“套筒的底壁”是指伸入岩层中的套筒的一侧称之为底；

本发明中所述及的“微震传感器”，所采用的型号为GZC18。

本发明提出的一种可回收式微震传感器的安装装置，其主要由两部分组成，一部分是基座6，另一部是与该基座6配合使用的可回收结构。在对微震传感器进行安装后，基座6滞留在岩层中不做回收，仅仅将可回收结构进行回收，由于微震传感器位于可回收结构中，因此，将可回收结构进行回收的同时，即完成了对微震传感器的回收。

本发明基于上述技术构思，来使得微震传感器与孔壁完全耦合，因此，对于本文，基座与可回收结构二者紧密不可分，二者共同作用才能解决本发明所要解决微震传感器与孔壁无法完全耦合的技术问题。

结合图1和图2所示，上述的基座包括基座主体，基座主体的形状、大小与安装孔的形状、大小相适配，基座主体的内部为中空结构，可回收结构恰好安装在基座主体内部，基座主体设置有用于对其进行固定的紧固件。比如，安装孔的形状为圆形时，基座主体的形状为圆柱形，其内部为圆柱形空腔，这样当基座位于安装孔后，可以与安装孔紧密贴合在一起，为了提高基座的稳固性，在基座主体的外壁上设置有紧固件，紧固件比如固定筋，在基座主体外侧的若干根固定筋7，通过若干根固定筋增加基座的外接触面积。

作为本发明的一个主要创新点，为了便于基座与可回收机构配合使用，在基座主体的内侧需要布置固定槽14，固定槽14的形状与可回收机构中预伸入固定槽14中销块5的形状和大小相适配，为了便于销块5进入固定槽14中，优选在固定槽的外侧对其进行倒圆角处理，增加销块进入固定槽的可能性。更进一步优选，基座主体内侧的固定槽14设置有四个，恰好与四个销块配合使用，四个固定槽间隔均等的布置在所述的基座主体的内侧。

作为本发明的另一个主要创新点，可回收结构包括套筒1、可伸缩机构及安装杆8，微震传感器13位于套筒的轴心线上，且微震传感器的一端紧固在套筒的底壁，另一端安装在安装杆上；为了加大螺丝与微震传感器的接触面积，提高固定效果，消除微震传感器在套筒内摇摆及不稳定现象，优选在二者之间设置金属垫圈3，在安装杆的外围设置有螺纹，通过螺母9拧在安装杆的外螺纹上对微震传感器进行固定。

在微震传感器的外侧设置有四块固定板，且每块固定板的一端连接在套筒的底壁上，且相邻的固定板之间相互垂直，四块固定板均包括正面与背面，微震传感器位于四块固定板的正面；相当于，微震传感器通过这四块固定板与可伸缩机构完全隔开。

可伸缩机构设置有四组，每组可伸缩结构的结构是一样的，每组可伸缩结构均包括油囊12、可移动滑块11、销块5及弹簧4，其中，油囊紧贴在相对应的固定板的背面，优选，油囊采用粘性胶单面贴合于固定板中间位置，保证油囊产生的膨胀压力能够均匀的作用在可移动滑块上。

可移动滑块与固定板平行，且可移动滑块的长度与固定板长度也相同，可移动滑块可沿着套筒的底壁相对滑动，在可移动滑块的中心处通过连接杆连接销块，弹簧一端连接在可移动滑块上，另一端连接在套筒的内侧壁上；弹簧优选设置有两组，其中一组位于连接杆的一侧，另一组位于连接杆的另一侧。

为了便于向油囊内注入液压油，在油囊主体上连接有输油管10，通过输油管向油囊主体内注入液压油。输油管配合与输油设备连接，如泵和油罐。油囊主体的形状，当其充满液压油时，其为长条柱状，且一个面与固定板紧密贴合，相对面挤压可移动滑块。当给油囊内注满液压油时，油囊通过膨胀作用推动可移动滑块向逆着油囊的方向移动，且与所述的可移动滑块连接的连接杆推动销块，并将所述的销块推进对应的固定槽内；当将油囊中的液压油放出时，弹簧的作用推动可移动滑块向油囊方向移动，并将销块从对应的固定槽中弹出。

为了确保销块与固定槽径向位置相同，在套筒的底壁与基座主体的接触处设置有可调节底座，通过可调节底座2的调节使得销块与固定槽对齐，可调节底座的具体结构为：主要部件可调式螺纹伸缩杆，通过旋钮来微调高度调节杆的伸出长度，使销块在伸出位置上与固定槽对齐，连接旋钮的高度调节杆可伸缩于套筒内，长度较短，不阻碍微震传感器的放置。

通过上述的安装装置安装微震传感器时，微震传感器不会直接与孔壁发生摩擦，安装时，基座位于安装孔内，微震传感器与基座通过油囊和套筒连接并固定，基座与岩体通过水泥砂浆耦合，微震信号由基座通过套筒传播到微震传感器，回收时，将油囊中的液压油排出，位于固定槽内的销块经由弹簧从基座内弹出，将套筒整体取出，在安装孔外旋下安装杆上的螺母对微震传感器进行回收。

下面对上述可回收式微震传感器的安装方法做主要说明。

具体步骤如下：

将微震传感器13通过安装杆8及螺母9与套筒1连接；然后将基座6送入安装孔至孔底，并使基座位于安装孔底面的正中位置；随后通过注浆管向安装孔内注入水泥砂浆将基座6固定在安装孔内；待基座6固定后，将安装好传感器的套筒1放入基座6中；待基座6放入后，通过油泵向油囊12内泵入液压油，使油囊将可移动滑块11推进固定槽14内；待可移动滑块11被推进固定槽14后，将供油管路关闭、撤走油泵，并用与安装孔口径相同的泡沫密封块将孔口密封；待现场监测完毕后，打开密封泡沫，将油囊12中的液压油放出，利用弹簧4将可移动滑块11从固定槽14内弹出，最后将带微震传感器13的套筒1整体取出，即完成对微震传感器的回收。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

尽管本文中较多的使用了诸如可调节底座2、金属垫圈3、弹簧4、销块5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：其包括基座和可回收结构，所述的基座包括基座主体，所述的基座主体的形状、大小与安装孔的形状、大小相适配，所述的基座主体的内部为中空结构，所述的可回收结构恰好安装在所述的基座主体内部，所述的基座主体设置有用于对其进行固定的紧固件；

所述的可回收结构包括套筒、可伸缩机构及安装杆，微震传感器安装在套筒的轴心线上，且微震传感器的一端紧固在套筒的底壁，另一端安装在所述的安装杆上；

在微震传感器的外侧设置有四块固定板，且每块固定板的一端连接在套筒的底壁上，且相邻的固定板之间相互垂直，四块固定板均包括正面与背面，微震传感器位于四块固定板的正面；

所述的可伸缩机构设置有四组，每组可伸缩结构均包括油囊、可移动滑块、销块及弹簧，其中，油囊紧贴在相对应的固定板的背面，可移动滑块与固定板平行，且可沿着所述的套筒的底壁相对滑动，在可移动滑块的中心处通过连接杆连接销块，所述的弹簧一端连接在可移动滑块上，另一端连接在套筒的内侧壁上；

在所述的基座主体上设置有四组与所述的销块形状、大小相适配的固定槽；

当给油囊内注满液压油时，油囊通过膨胀作用推动可移动滑块向逆着油囊的方向移动，且与所述的可移动滑块连接的连接杆推动所述的销块，并将所述的销块推进对应的固定槽内，此时所述的弹簧处于压缩蓄力状态；当将油囊中的液压油放出时，所述弹簧的弹性势能释放推动可移动滑块向油囊方向移动，并将所述的销块从对应的固定槽中弹出。

2.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：所述的基座主体为圆柱形，其内部为圆柱形空腔，四个固定槽间隔均等的布置在所述的基座主体的内侧；所述的紧固件包括设置在基座主体外侧的若干根固定筋，通过若干根固定筋增加基座的外接触面积。

3.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：所述的套筒的内部空腔的形状、大小与微震传感器相适配，在所述的套筒的底壁与基座主体的接触处设置有可调节底座，通过所述的可调节底座的调节使得销块与固定槽对齐。

4.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：在每个固定槽的外侧对其进行倒圆角处理，使得销块快速进入与之对应的固定槽中。

5.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：所述的油囊与固定板的背面之间采用粘性胶紧密贴合。

6.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：在所述的安装杆上设置有外螺纹，用于对微震传感器进行紧固的螺母安装在所述的安装杆上。

7.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：所述的油囊包括油囊主体，在所述的油囊主体上连接有输油管，通过输油管向油囊主体内注入液压油。

8.根据权利要求1所述的一种可回收式微震传感器的安装装置，其特征在于：所述的微震传感器与套筒的底壁之间设置有金属垫圈。

9.一种可回收式微震传感器的安装方法，其特征在于，其采用权利要求1～8任一项所述的可回收式微震传感器的安装装置，所述的安装方法包括以下步骤：

a、组装好可回收结构；

b、将基座送入安装孔至孔底，并使得基座位于安装孔底面的正中位置；

c、通过向安装孔内注入水泥砂浆的方式将基座固定在安装孔内；

d、待基座固定后，将放置有微震传感器的可回收结构放入基座中；

e、通过注油设备向油囊内注入液压油，使得油囊将销块推进对应的固定槽内；

f、待销块推进固定槽后，撤走注油设备，并用与安装孔口径相同的泡沫密封块将孔口密封；

g、待现场监测完毕后，打开密封泡沫，将油囊中的液压油放出，利用弹簧将销块从固定槽内弹出；

h、将可回收结构作为一条整体取出，即完成对微震传感器的回收。