一种微震传感器可回收式安装装置及安装方法
【专利摘要】本发明公开了一种微震传感器可回收式安装装置及安装方法，安装装置由底座、安装杆、注浆管、橡胶圈和双套筒组成。安装时，微震传感器置于安装孔外，微震传感器与钢底座通过安装杆和双套筒连接并固定，底座与岩体通过水泥砂浆耦合，微震信号由钢底座通过安装杆传播到微震传感器。回收时，在安装孔外旋转双套筒上的螺丝回收微震传感器，在安装孔外旋转并拉出安装杆进行回收。本发明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。
【专利说明】一种微震传感器可回收式安装装置及安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微震监测领域，具体地指一种微震传感器可回收式安装装置及安装方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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，可回收式微震传感器安装方式普遍是通过推杆等工具将微震传感器推送到监测位置后进行固定耦合，或在岩体表面进行安装固定，这会造成以下困难:1)孔内安装时由于安装部位与孔口有一定距离，微震传感器的固定耦合难以操作控制，无法确保微震传感器是否与孔壁耦合良好，且无法检验和维修。采用机械式固定时难以把握固定力度，力度过大会造成微震传感器损坏，力度过小无法与孔壁完全耦合；采用锚杆树脂等固定时，锚固树脂的位置、强度及锚固时间都难以把握，且容易因震动脱落，造成锚固失效。2)钻孔内任意位置的塌孔都可能造成微震传感器无法回收；微震传感器安装位置处岩体变形、塌落等均会造成微震传感器耦合失效，甚至造成微震传感器损坏。3)在钻孔外部锚杆上安装微震传感器时，由于整个锚杆任意一点的震动都会使微震传感器震动，造成振动信号传播路径不明确，进而影响微震源定位与震源参数反演的准确性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是要克服上述可回收式微震传感器安装与回收操作不便、耦合不良、信号传播路径不明确等缺陷，提供一种操作方便、受外界影响小、传播路径唯一的微震传感器可回收式安装装置和安装方法。
[0005]为实现上述目的，本发明所设计的微震传感器可回收式安装装置，包括底座，其特殊之处在于，还包括若干安装杆、具有左右两个套筒的双套筒，所述底座固定在岩体中所设置的安装孔底部，所述安装孔孔口设置有密封橡胶圈，所述若干安装杆首尾依次连接形成长杆状结构，其一端与底座连接，另一端穿过橡胶圈伸出安装孔孔口固定在双套筒的一个筒中，所述双套筒的另一个筒中固定有微震传感器。
[0006]优选地，为了使底座更好的固定在安装孔内，所述底座中部横截面最�。蛏舷铝蕉搜由旌峤孛嬷鸾ピ龃螅⒂盟嗌敖潭ㄔ诎沧翱椎撞俊�
[0007]为方便安装杆长度的调节，适应于各种深度的安装孔，所述安装杆包括一端带外螺纹的杆体、B端设置内螺纹的连接螺母和外壁中部设置环形定位凸台的连接销，所述杆体内壁靠近外螺纹处沿径向设置有定位销，所述连接螺母内壁中部设置有环形定位挡肩。所述连接销一端穿过连接螺母与杆体固定连接，所述连接销通过环形定位凸台与环形定位挡肩配合使连接螺母的A端面与杆体另一端接触，所述连接销另一端设置有能与定位销配合的卡口。设置连接销并用固定销固定在杆体上，是为了防止两只安装杆连接时的相对转动，然后通过旋转带内螺纹的连接螺母与安装杆外螺纹咬合连接，保证连接牢固。
[0008]进一步地，所述底座顶部设置有底座内螺纹，所述安装杆与底座通过螺纹连接，方便拆卸。
[0009]优选地，所述连接销上设置有空间交错的两个径向连接孔，所述连接孔内设置有固定销，所述固定销穿过径向连接孔两端连接在杆体上，设置两个交错固定销能更牢固的固定连接销，防止其转动。
[0010]优选地，所述径向连接孔22的空间交错角度为90°。
[0011]更进一步地，所述双套筒的左右套筒侧壁上设置有用以固定安装杆和微震传感器的径向螺钉。
[0012]再进一步地，钢制材料有利于信号传输，应用比较普遍，所述底座为钢底座，所述双套筒为钢制双套筒。
[0013]一种微震传感器可回收式安装装置的安装方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
[0014]I)将安装杆通过其杆体的外螺纹与底座连接，并在底座侧壁捆绑注浆管；
[0015]2)将底座送入安装孔至安装杆剩余30cm未进入安装孔时，在安装杆上连接下一个安装杆，以此类推，不断连接安装杆直至将底座送入安装孔底部，将安装孔孔口处出露的安装杆截断，使安装杆出露长度为20cm，并保证注浆管也出露在安装孔孔口外；
[0016]3)通过注浆管向安装孔内注入水泥砂浆将底座固定在安装孔内；
[0017]4)待底座固定后，卸下注浆管，将与安装孔孔口口径相同的橡胶圈穿过安装杆固定在安装孔孔口；
[0018]5)将出露的安装杆插入双套筒的一个筒内，通过旋转双套筒侧壁的与其对应的两个径向螺钉固定安装杆，使安装杆固定在双套筒内；
[0019]6)将微震传感器插入到双套筒的另一个筒内，通过旋转套筒侧壁与其对应的径向螺丝固定微震传感器，使微震传感器与双套筒耦合；
[0020]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0021]1.将微震传感器固定在安装孔外，方便传感器的固定和检修，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。
[0022]2.将微震传感器固定在安装孔外，监测完后方便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。
[0023]3.通过安装杆传输底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。
[0024]4.将底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。
[0025]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为一种微震传感器可回收式安装装置结构示意图。
[0027]图2为图1中双套筒剖面图。
[0028]图3为图2的俯视结构示意图。
[0029]图4为图1中底座结构示意图。
[0030]图5为图1中安装杆结构示意图。
[0031]图6为图5的剖视图。
[0032]图7为图6中连接螺母结构示意图。
[0033]其中:1-水泥砂浆，2-底座，3-岩体，4-杆体，5-连接螺母，6_橡胶圈，7_注浆管，8-径向螺钉，9-双套筒，10-电缆线，11-安装孔，12-底座内螺孔，13-连接销，14-定位销，15-外螺纹,16-微震传感器,17-环形定位凸台，18-环形定位挡肩，19-安装杆,20-内螺纹，21-卡口，22-径向连接孔，23-固定销，连接螺母A端，连接螺母B端。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0035]如图所示的微震传感器可回收式安装装置，包括底座2、若干安装杆19、具有左右两个套筒的双套筒9，底座2通过水泥砂浆I固定在在岩体3中所设置的安装孔11底部，为方便固定，底座2的结构为中部横截面最�。蛏舷铝蕉搜由旌峤孛嬷鸾ピ龃螅话沧翱�11孔口设置有密封橡胶圈6，安装杆19包括一端带外螺纹15的杆体4、B端设置内螺纹20的连接螺母5和外壁中部设置环形定位凸台17的连接销13，杆体4内壁靠近外螺纹15处沿径向设置有定位销14，连接螺母5内壁中部设置有环形定位挡肩18，连接销13—端穿过连接螺母5与杆体4固定连接,连接销13通过环形定位凸台17与环形定位挡肩18配合使连接螺母5的A端面与杆体4另一端接触，连接销13另一端设置有能与定位销14配合的卡口21，安装杆19相互对接形成长杆状结构，长杆状结构的安装杆19带外螺纹15的一端与底座内螺纹12连接，长杆状结构的安装杆19另一端穿过橡胶圈6伸出地面伸入双套筒9的其中一个筒内，并由对应筒侧壁的径向螺钉8固定，双套筒9的另一个筒中由其对应筒侧壁的径向螺钉8固定有微震传感器16，微震传感器16通过电缆线10与外界检测设备相连。
[0036]其中，连接销13上设置有空间交错角度为90°的两个径向连接孔22，连接孔22内设置有有固定销23，固定销23穿过连接孔22两端连接在杆体4上，对连接销13进行固定，防止两安装杆19之间的相互转动。
[0037]安装时，先将安装杆19通过其杆体4的外螺纹15与底座2连接，并在底座2侧壁捆绑注浆管7 ;将装有安装杆19和注浆管7的底座2送入安装孔11至安装杆剩余30cm未进入安装孔11时，在安装杆19上连接下一个安装杆19，两安装杆19连接时，下一个杆体4内定位销14与连接销13的卡口 21卡接，防止两安装杆19的相对转动，旋紧连接螺母5与杆体4的螺纹段，防止安装杆19的脱落，两安装杆19对接完成，继续往下推送底座2到安装杆19剩余30cm未进入安装孔11，再接下一个安装杆19，以此类推，不断连接安装杆直至将底座2送入安装孔11底部，将安装孔11孔口处出露的安装杆19截断，使安装杆19出露长度为20cm，并保证注浆管7也出露在安装孔11孔口外；通过注浆管7向安装孔11内注入水泥砂浆I将底座2固定在安装孔11内；待底座2固定后，卸下注浆管7，将与安装孔11孔口口径相同的橡胶圈6穿过安装杆19固定在安装孔11孔口 ；将出露的安装杆19插入双套筒9的一个筒内，通过旋转双套筒9侧壁的与其对应的两个径向螺钉8固定安装杆19，使安装杆19固定在双套筒9内；将微震传感器16插入到双套筒9的另一个筒内，通过旋转套筒侧壁与其对应的径向螺丝8固定微震传感器16，使微震传感器16与双套筒9耦合。至此，一种可回收式微震传感器安装完成，开始微震监测。
[0038]微震监测监测完成时，回收微震传感器安装装置和传感器16。旋转固定微震传感器16的双套筒9上的两个螺丝8，拆下并回收微震传感器16。旋转固定安装杆4的双套筒9上的两个螺丝8，拆下并回收双套筒9。卸下并回收橡胶圈6，在钻孔11孔口出旋转出露的安装杆4，使刚底座2 —端的安装杆4与钢底座2脱离。拉出安装杆4至连接螺母5出露钻孔11孔口。通过旋转连接螺母5卸下并回收第一个安装杆4。不断拉出安装杆4至连接螺母5出露钻孔11孔口。通过旋转连接螺母5卸下并回收剩下所有安装杆4。从而实现可回收式微震传感器安装装置和微震传感器的回收。
[0039]微震监测过程中，当岩体3局部发生破裂时，以应力波的形式释放能量，应力波在岩体3中向四周传播，到达水泥砂浆I固定的钢底座2处，钢底座2和钢材质的安装杆4均为较好的应力波传播介质，应力波通过钢底座2沿着安装杆4传播到与安装杆4耦合的钢材质双套筒9和微震传感器10，微破裂信号便被微震传感器10接收。将钢底座2固定到任意指定位置即可作为其附近位置的振动信号的传播介质，不受指定位置深度及地质环境限制。应力波从钢底座2到微震传感器10沿着钢材质的安装杆4传播，确保传播路径是唯一性，进而保证了微震源定位精度。微震传感器10的固定与回收均在钻孔11孔外进行，方便传感器的固定、检修与顺利回收，避免钻孔变形、塌孔及地下水等对微震传感器及线路的损坏，每个微震传感器材料费用平均1.2万元，采用本发明，节约了微震监测的成本；且本发明对岩体的微破裂信号进行了精确的捕捉，确保为监测区域施工安全，施工期间降低了人员伤亡和机械设备损失，保证了微震监测效果，回收的微震传感器安装装置和微震传感器将继续用于后期隧洞群开挖岩体稳定性微震监测，提高了经济效益。
[0040]以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【权利要求】
1.一种微震传感器可回收式安装装置，包括底座(2)，其特征在于:还包括若干安装杆(19)、具有左右两个套筒的双套筒(9)，所述底座(2)固定在岩体(3)中所设置的安装孔(11)底部，所述安装孔(11)孔口设置有密封橡胶圈(6)，所述若干安装杆(19)首尾依次连接形成长杆状结构，其一端与底座(2)连接，另一端穿过橡胶圈(6)伸出安装孔(11)孔口固定在双套筒(9)的一个筒中，所述双套筒(9)的另一个筒中固定有微震传感器(16)。
2.根据权利要求1所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述底座(2)中部横截面最�。蛏舷铝蕉搜由旌峤孛嬷鸾ピ龃�。
3.根据权利要求2所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述底座(2)由水泥砂浆(I)固定在安装孔(11)底部。
4.根据权利要求1所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述安装杆(19)包括一端带外螺纹(15)的杆体(4)、B端设置内螺纹(20)的连接螺母(5)和外壁中部设置环形定位凸台(17)的连接销(13)，所述杆体(4)内壁靠近外螺纹(15)处沿径向设置有定位销(14)，所述连接螺母(5)内壁中部设置有环形定位挡肩(18)，所述连接销(13)一端穿过连接螺母(5)与杆体(4)固定连接，所述连接销(13)通过环形定位凸台(17)与环形定位挡肩(18)配合使连接螺母(5)的A端面与杆体(4)另一端接触，所述连接销(13)另一端设置有能与定位销(14)配合的卡口(21)。
5.根据权利要求4所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述底座(2)顶部设置有底座内螺纹(12)，所述安装杆(19)与底座(2)通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述连接销(13)上设置有空间交错的两个径向连接孔(22)，所述连接孔(22)内设置有固定销(23)，所述固定销(23)穿过径向连接孔(22)两端连接在杆体(4)上。
7.根据权利要求6所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述径向连接孔(22)的空间交错角度为90°。
8.根据权利要求1所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述双套筒(9)的左右套筒侧壁上设置有用以固定安装杆(19)和微震传感器(16)的径向螺钉(8)。
9.根据权利要求1?8中任一项所述的微震传感器可回收式安装装置，其特征在于:所述底座(2)为钢底座，所述双套筒(9)为钢制双套筒。
10.一种权利要求1所述微震传感器可回收式安装装置的安装方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将安装杆(19)通过其杆体⑷的外螺纹(15)与底座⑵连接，并在底座⑵侧壁捆绑注浆管(7)； 2)将底座(2)送入安装孔(11)至安装杆剩余30cm未进入安装孔(11)时，在安装杆(19)上连接下一个安装杆(19)，以此类推，不断连接安装杆直至将底座(2)送入安装孔(11)底部，将安装孔(11)孔口处出露的安装杆(19)截断，使安装杆(19)出露长度为20cm，并保证注浆管(7)也出露在安装孔(11)孔口外； 3)通过注浆管(7)向安装孔(11)内注入水泥砂浆(I)将底座(2)固定在安装孔(11)内； 4)待底座(2)固定后，卸下注浆管(7)，将与安装孔(11)孔口口径相同的橡胶圈(6)穿过安装杆(19)固定在安装孔(11)孔口 ； 5)将出露的安装杆(19)插入双套筒(9)的一个筒内，通过旋转双套筒(9)侧壁的与其对应的径向螺钉⑶固定安装杆(19)，使安装杆(19)固定在双套筒(9)内； 6)将微震传感器(16)插入到双套筒(9)的另一个筒内，通过旋转套筒侧壁与其对应的径向螺丝(8)固定微震传感器(16)，使微震传感器(16)与双套筒9耦合。
【文档编号】G01V1/20GK104330819SQ201410439707
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】丰光亮, 冯夏庭, 姚志宾, 肖亚勋, 刘华吉 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所
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