CN217561750U - 一种地质超前预报检波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种地质超前预报检波器，包括壳体、检波器芯体、推靠弹簧，所述壳体包括串接且同轴布置的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体的外径小于第二壳体的外径；所述检波器芯体设置在所述壳体内；所述推靠弹簧为弓形板簧，所述推靠弹簧的两端安装在所述第一壳体的外周面上，所述推靠弹簧最高点到所述第一壳体轴线的距离大于所述第二壳体的外径。采用推靠弹簧与围岩的耦合作用代替了现有方法中的钢套管，避免了钢套管震颤干扰并避开隧道开挖时产生的岩体松动圈影响，从而可以提高了工作效率，节约了成本。

Description

一种地质超前预报检波器

技术领域

本实用新型涉及地震检波器设备，尤其涉及一种地质超前预报检波器。

背景技术

在隧道掘进时，由于隧道前方不良地质体，如断层、含水体等会给隧道施工带来高度风险。因此需对掌子面前方进行超前地质预报。

地震超前地质预报(VSP)是一种沿隧道水平方向接受地震反射波的隧道地质预报法方法，具体地说是指记录沿隧道水平方向(隧道轴线)直达波波场和掌子面前方反射波场的一种地震测量。为了既能观察到X、Y二个水平分量的记录竖直分量，又能观察到垂直分量Z，一般都采用三分量检波器检测地震波。这种三分量检波器是由三个单独检波器按相互垂直(即X、Y、Z)的方向固定，并密封在一个无磁性的圆形筒内。

这种地震预报测量依靠检波器(也称为拾振传感器)与围岩的耦合作用来接收并记录地震波，为了避免干扰波并避开隧道开挖时产生的岩体松动影响，目前在进行地质超前预报时，普遍采用孔内接收的方法。如图1所示，将检波器34放置在一种特制的钢套管32内，检波器34连同钢套管32通过锚固剂35耦合在一个1.8～2.0m浅钻孔内，其可通过末端31进行方位调整，检波器34通过导线33进行信号传输。锚固剂35可采用环氧树脂等，钢套管32为一次性使用，不重复利用，用环氧树脂严格按操作规程要求耦合钢套管和围岩，具有资源的浪费和操作过程复杂、耦合时间长等缺点。这种结构检波器一方面增加了成本，另一方面，钢套管32在爆炸接受时，会产生振颤，造成高频干扰，严重影响预报效果，并存在检波器直接被锚固剂锚固的风险。

目前采用的隧道地质超前预报用的接收孔内三分量检波器主要有瑞士安博格产TSP200、TSP 203地质超前预报仪及检波器系列等，该检波器系列为加速度型，仅适宜硬岩地层。而软岩地层则适宜采用速度型检波器，现有速度型检波器由于结构问题，直径较大

不方便运用于隧道超前地质预报孔内接受。图2是现有的垂直地震剖面(VSP)用的井下三分量检波器。该检波器机芯的固定架7采用金属片三角架来固定三个传感器4，其占用空间大。

因此，研制适宜隧道地质超前预报接收孔内小内径三分量速度检波器和检波器新的安装方式是一个亟待解决的问题

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种地质超前预报检波器，采用推靠弹簧与围岩的耦合作用代替了现有方法中的钢套管，避免了钢套管震颤干扰并避开隧道开挖时产生的岩体松动圈影响，从而可以提高了工作效率，节约了成本。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种地质超前预报检波器，包括：

壳体，所述壳体包括串接且同轴布置的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体的外径小于第二壳体的外径；

检波器芯体，所述检波器芯体设置在所述壳体内；

推靠弹簧，所述推靠弹簧为弓形板簧，所述推靠弹簧的两端安装在所述第一壳体的外周面上，所述推靠弹簧最高点到所述第一壳体轴线的距离大于所述第二壳体的外径。

进一步地，所述推靠弹簧的最高点处设置有滚动体。

进一步地，所述检波器芯体包括三个互相垂直的传感器，用于记录质点振动速度向量的三个分量以及记录纵波、横波和转换波。

进一步地，三个所述传感器在壳体内沿轴向排列，其中一个传感器位于所述第一壳体的内侧，另外两个所述传感器位于所述第二壳体的内侧。

进一步地，还包括固定架，所述固定架设置在所述壳体内，三个所述传感器均设置在所述固定架上。

进一步地，所述壳体还包括第三壳体，所述第三壳体与第二壳体连接，并位于远离所述第一壳体的一侧，所述第三壳体的外径小于第二壳体的外径，所述第三壳体与所述第一壳体外径相同，三个所述传感器分别设置在所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体中；

所述推靠弹簧包括第一推靠弹簧和第二推靠弹簧，所述第一推靠弹簧和所述第二推靠弹簧分别设置在所述第一壳体和所述第三壳体的外周面上，所述第一推靠弹簧的最高点到所述第一壳体轴线的距离与所述第二推靠弹簧的最高点到所述第三壳体轴线上的距离相同。

进一步地，所述第一壳体和所述第二壳体连接处以及所述第二壳体和所述第三壳体的连接处均设置有密封圈。

进一步地，还包括定位安装管，所述壳体远离所述第一壳体的一端与所述定位安装管相连接，所述定位安装管的外周面上设有橡胶支挡片，以通过所述橡胶支挡片与接收孔内壁相接。

进一步地，所述定位安装管内设有与所述检波器芯体相连接的导线。

进一步地，所述壳体与所述定位安装管连接的端部具有穿线孔，所述导线通过穿线孔伸入所述壳体内与所述检波器芯体连接；

所述导线与所述穿线孔的相接处设置有防水件。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有的垂直地震剖面(VSP)用的井下地质超前预报检波器的结构示意图；

图2现有技术中的一种地质超前预报检波器进行隧道地震超前预报的示意图；

图3本实用新型一实施例中的地质超前预报检波器的结构示意图；

图4本实用新型一实施例中的地质超前预报检波器的壳体连接方式示意图；

附图标记：10、固定架；11、X分量传感器；12、Z分量传感器；13、Y分量传感器；16、密封圈；17、螺钉；21、壳体；211、第一壳体；212、第二壳体；213、第三壳体；22、定位安装管；23、推靠弹簧；24、滚动体；25、穿线孔；26、接收孔内壁；27、导线；28、防水紧固螺栓；29、橡胶支挡片。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本实用新型提供了一种地质超前预报检波器，该检波器提供一种全新的耦合作用方式，并减小在孔内的占用空间，从而提高工作效率和节约成本。

如图3所示，地质超前预报检波器(以下可简称为检波器)可包括壳体21、检波器芯体、固定架10和推靠弹簧23；

壳体21包括串接且同轴布置的第一壳体211和第二壳体212，第一壳体211的外径小于第二壳体212的外径，检波器芯体设置在所述壳体21内，推靠弹簧23可以设置为弓形板簧，所述推靠弹簧23的两端安装在第一壳体211的外周面上，推靠弹簧23最高点到第一壳体211轴线的距离大于第二壳体212的外径。

可以理解的是，壳体21为无磁性材质，壳体21为变径壳体21，可将壳体21分为直径不同的两段或更多段，例如，设置成第一壳体211和第二壳体212，在直径较小的第一壳体211的外周布置推靠弹簧23，使得其最高点高于第二壳体212的外周面，并且，第一壳体211的外周面布置有至少一个推靠弹簧23，也可布置有两个或者更多个推靠弹簧23，多个推靠弹簧23优选均匀地沿第一壳211的轴线方向布置，利用推靠弹簧23的弹性实现检波器与接收孔内壁26的耦合。

本实用新型采用推靠弹簧23与围岩的耦合作用代替了现有方法中的钢套管，避免了钢套管震颤干扰并避开隧道开挖时产生的岩体松动圈影响，从而可以提高了工作效率，节约了成本；采用变径圆筒壳体21，将推靠弹簧23与检波器芯体分开安置，减小了占用空间。

在一些实施例中，推靠弹簧23的最高点处设置有滚动体24，便于将检波器滑动推入接收孔中。

可以理解的是，滚动体24可以设置成滚动滑珠，推靠弹簧23在超前预报作业时，推靠弹簧23处于伸张状态，从壳体21的轴线向外突伸，将检波器推靠在待测的接收孔内壁26上，实现检波器与接收孔周岩体稳定接触，此时推靠弹簧23最高点处的滚动体24与接收孔内壁26稳定相接，从而通过检波器主体接收接收孔的孔壁传来的地震信号信号。

在一些实施例中，检波器芯体包括三个互相垂直的传感器，用于记录质点振动速度向量的三个分量以及记录纵波、横波和转换波。

具体来说，三个传感器分别为X分量传感器11、Y分量传感器13和Z分量传感器12，三个单独的传感器相互垂直(即X、Y、Z)，按照90度一个方向设置在壳体21中，也就是说，三个单独的传感器按照X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直设置，三个互相垂直的传感器可以为速度型传感器，可检测的频率范围为0.5～2000Hz。

在一些实施例中，三个传感器在壳体内沿轴向排列，其中一个传感器位于第一壳体211的内侧，另外两个传感器位于第二壳体212的内侧。

可以理解的是，依照检波器芯体包含的多个传感器在空间布置的方式不同，即将各个传感器对应其分量方向沿检波器的轴向方向依次布置，布置在不同直径的壳体21段内，从而使得整个检波器的占用空间变小。推靠弹簧23的呈外拱的弓形结构，其最高点高于最大直径段的壳体21，使得地质超前预报检波器可通过推靠弹簧23与接收孔内壁26实现耦合，以传递振动信号。

在一些实施例中，还包括固定架10，所述固定架设置在壳体21内，三个传感器均设置在固定架10上。

需要详细说明的是，固定架10为尼龙、聚氨酯或工程塑料材质，所述固定架10大致呈一体化的柱形结构，并具有沿X、Y、Z方向的三个相互垂直的芯孔，用于安装三个传感器。固定架10可采用钻孔骨架的结构，沿圆筒形壳体21将X分量传感器11、Y分量传感器13和Z分量传感器12依次排开方式，减小了内径，避免了现有技术金属三角架安装方式占用较大空间，三个单独的传感器相互垂直(即X、Y、Z)，按照90度一个方向，沿圆筒壳体21方向密封在一个无磁性的圆柱形的固定架10内，在检波器的装配过程中，先将三个传感器安装在固定架10的芯孔内，随后将固定架和传感器的组合体整体封装在壳体内。

在一些实施例中，壳体21还包括第三壳体213，第三壳体213与第二壳体212连接，并位于远离第一壳体211的一侧，第三壳体213的外径小于第二壳体212的外径，第三壳体213与第一壳体211的外径相同，三个传感器分别设置在第一壳体211、第二壳体212和第三壳体213中。推靠弹簧23包括第一推靠弹簧和第二推靠弹簧，第一推靠弹簧和第二推靠弹簧分别设置在第一壳体211和第三壳体213的外周面上，第一推靠弹簧的最高点到第一壳体211轴线的距离与第二推靠弹簧的最高点到第三壳体213轴线上的距离相同。

可以理解的是，壳体21包括依次串接且同轴布置的第一壳体211、第二壳体212和第三壳体213，第二壳体212的外径大于第一壳体211和第三壳体213的外径，形成中间粗两端细的筒体结构，并且将第一推靠弹簧和第二推靠弹簧分别设置在第一壳体211和第三壳体213的外周面上，第一推靠弹簧和第二推靠弹簧均可以设置多个，多个第一推靠弹簧均匀分布在第一壳体211周侧，多个第二推靠弹簧均匀分布在第三壳体213周侧，第一推靠弹簧的最高点到第一壳体211轴线的距离与第二推靠弹簧的最高点到第三壳体213轴线上的距离相同,使得第一推靠弹簧和第二推靠弹簧的最高点均能够与接收孔内壁26稳定接触，使得耦合效果更稳定，以更好地传输地震信号。另外，检波器芯体密封地安装在固定架10上，并整体封装在壳体21的内部，三个传感器及固定架10与不同壳体21的布置方式可以根据实际需求而定。

在一些实施例中，第一壳体211和第二壳体212连接处以及第二壳体212和第三壳体213的连接处均设置有密封圈。

可以理解的是，第一壳体211、第二壳体212和第三壳体213之间可以采用螺栓或螺钉连接，第一壳体211和第二壳体212之间与第二壳体212和第三壳体213之间对接的地方通过密封圈16密封，圆筒状的壳体21可由铝、铜、塑料等无磁性材料制成。密封圈16可为O型密封圈16，并用螺钉锁紧。图4仅为第一壳体A和第二壳体B之间的连接示意，第一壳体211和第二壳体212之间可以通过螺钉或螺栓连接，第二壳体212和第三壳体213之间可采用螺栓或螺钉17连接，也可一体设置。

在一些实施例中，还包括定位安装管22，壳体21远离第一壳体211的一端与定位安装管22相连接，定位安装管22的外周面上设有橡胶支挡片29，以通过橡胶支挡片29与接收孔内壁26相接。

需要详细说明的是，当壳体21包括第一壳体211、第二壳体212和第三壳体213时，如图3所示，第三壳体213远离第二壳体212的一端与定位安装管22连接；当壳体21包括第一壳体211和第二壳体212时，第二壳体212远离第一壳体211的一端与定位安装管22相连接，通过在定位安装管22的外周面上设置可翻折的橡胶支挡片29，能够隔离爆炸噪声，减小爆炸噪声干扰，另外，定位安装管22为橡胶管、钢丝管或橡胶钢丝复合管。

在一些实施例中，定位安装管22内设有与所述检波器芯体相连接的导线27，也就是说，导线27伸入壳体21内，并与检波器芯体的是三个传感器连接，使得在进行地质超前预报时，检波器芯体经由接收孔接收振动信号，并将振动信号转换成电信号。

在一些实施例中，壳体21与定位安装管22连接的端部具有穿线孔25，导线27通过穿线孔25伸入壳体21内与检波器芯体连接，导线27与穿线孔25的相接处设置有防水件28。

可以理解的是，当壳体21包括第一壳体211、第二壳体212和第三壳体213时，第三壳体213的端部具有穿线孔25，导线27通过穿线孔25伸入壳体21内，并与检波器芯体的各个传感器连接；所述导线27与第三壳体213的穿线孔25的连接部位设置有防水件28，例如防水件可采用防水紧固螺栓，也就是说，可以将防水紧固螺栓固定在穿线孔25处，然后将导线27穿过防水紧固螺栓伸入壳体中。

在进行地质超前预报时，检波器芯体经由接收孔接收振动信号，并将振动信号转换成电信号。定位安装管22尾端设有标识，相应的推进检波器进入接收孔的方位及深度，由于固定架10分别具有X、Y、Z方向的三个平面，从而达到检测X、Y、Z三个方向震动信号，同时满足不同方向的检测需求，导线27完成检波器输出信号的传输。在进行地质超前预报作业时只需手动操作，不需要采用专用的安装工具和外套管，操作简单灵活，适合矿洞狭小空间的操作。

针对现有隧道施工检测技术中的检波器使用钢套管接收信号，成本高且高频干扰预报效果，本实用新型提供了一种地质超前预报检波器，其能够保证检波器与检测孔孔壁的围岩有效耦合，从而能够提高隧道地质超前预报准确性。本实用新型利用了检波器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震反射波，有效避免声波、面波及围岩爆破松动圈的影响。

具体实施时，将本实用新型孔内地质超前预报检波器插入预先预先准备的接收孔中。推靠弹簧23将检波器推靠在孔壁上。定位安装管22末端具有方形金属管其作用是调整定位安装管22的方位与三个分量方向的传感器11、12、13的X/Y/Z方向一致。定位安装管22内部导线27与隧道地质超前预报仪连接。然后逐一激发地震波，震动信号传播到前方岩体中，同时通过接受孔中的地质超前预报检波器接收反射波，通过有线或无线传输，将反射波信号传输到数据处理终端，然后对信号进行分析，从而判断前方地质情况。

本实用新型中的地质超前预报检波器采用推靠弹簧23与围岩的耦合作用代替了现有方法中的钢套管，避免了钢套管震颤干扰并避开隧道开挖时产生的岩体松动圈影响，从而可以提高了工作效率，节约了成本，也完全避免了检波器直接被锚固剂锚固的问题，另外，检波器芯体包含的多个传感器在空间布置的方式不同，将各个传感器对应其分量方向沿检波器的轴向方向依次布置，布置在不同直径的壳体21段内，从而使得整个检波器的占用空间变小，减小了内径，避免了现有技术金属三角架安装方式占用较大空间。壳体21和设置在壳体21内的固定架10皆采用非铁磁性材料，避免了对检波器机芯影响。各个变径壳体21之间(即第一壳体211、第二壳体212和第三壳体213)密封圈16和紧固件进行密封固定，避免各个变径壳体21之间的漏水现象。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种地质超前预报检波器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括串接且同轴布置的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体的外径小于第二壳体的外径；

检波器芯体，所述检波器芯体设置在所述壳体内；

推靠弹簧，所述推靠弹簧为弓形板簧，所述推靠弹簧的两端安装在所述第一壳体的外周面上，所述推靠弹簧最高点到所述第一壳体轴线的距离大于所述第二壳体的外径。

2.根据权利要求1所述的地质超前预报检波器，其特征在于，所述推靠弹簧的最高点处设置有滚动体。

3.根据权利要求1所述的地质超前预报检波器，其特征在于，所述检波器芯体包括三个互相垂直的传感器，用于记录质点振动速度向量的三个分量以及记录纵波、横波和转换波。

4.根据权利要求3所述的地质超前预报检波器，其特征在于，三个所述传感器在壳体内沿轴向排列，其中一个传感器位于所述第一壳体的内侧，另外两个所述传感器位于所述第二壳体的内侧。

5.根据权利要求3所述的地质超前预报检波器，其特征在于，还包括固定架，所述固定架设置在所述壳体内，三个所述传感器均设置在所述固定架上。

6.根据权利要求3所述的地质超前预报检波器，其特征在于，所述壳体还包括第三壳体，所述第三壳体与第二壳体连接，并位于远离所述第一壳体的一侧，所述第三壳体的外径小于第二壳体的外径，所述第三壳体与所述第一壳体外径相同，三个所述传感器分别设置在所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体中；

所述推靠弹簧包括第一推靠弹簧和第二推靠弹簧，所述第一推靠弹簧和所述第二推靠弹簧分别设置在所述第一壳体和所述第三壳体的外周面上，所述第一推靠弹簧的最高点到所述第一壳体轴线的距离与所述第二推靠弹簧的最高点到所述第三壳体轴线上的距离相同。

7.根据权利要求6所述的地质超前预报检波器，其特征在于，所述第一壳体和所述第二壳体连接处以及所述第二壳体和所述第三壳体的连接处均设置有密封圈。

8.根据权利要求1所述的地质超前预报检波器，其特征在于，还包括定位安装管，所述壳体远离所述第一壳体的一端与所述定位安装管相连接，所述定位安装管的外周面上设有橡胶支挡片，以通过所述橡胶支挡片与接收孔内壁相接。

9.根据权利要求8所述的地质超前预报检波器，其特征在于，所述定位安装管内设有与所述检波器芯体相连接的导线。

10.根据权利要求9所述的地质超前预报检波器，其特征在于，所述壳体与所述定位安装管连接的端部具有穿线孔，所述导线通过穿线孔伸入所述壳体内与所述检波器芯体连接；

所述导线与所述穿线孔的相接处设置有防水件。

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