一种上倾深孔微震传感器安装装置及安装方法与流程

1.本发明涉及微震监测技术领域，具体涉及一种上倾深孔微震传感器安装装置及安装方法。


背景技术：

2.在高应力地下工程开挖过程中，岩体会伴随开挖扰动及地应力重分布产生破裂。微震监测技术通过微震传感器与采集系统能够全时段采集由岩体破裂所发射出的弹性波信号，对弹性波信号进行处理分析，可得到岩体破裂发生的位置、震级大小、能量、地震矩等信息，进而可根据这些信息对岩体动力灾害进行动态预测预警。微震监测技术已广泛应用于隧道、矿山、水电等地下工程领域岩体稳定性监测和灾害动态预警，成为了工程管理和灾害防治重要技术保障。
3.在微震监测系统安装过程中，确保微震传感器有效接收岩体破裂产生的弹性波信号是首要任务之一。一般采用钻孔的方式将微震传感器放入岩体内部以达到接受岩体破裂信号的目的。因此，微震传感器与钻孔孔壁之间是否有效稳定耦合直接决定微震监测技术实施的效果。目前大多采用钻孔孔内水泥注浆的方式使微震传感器与孔壁充分耦合，针对上倾深孔微震传感器安装，由于深孔孔内岩体多存在裂隙或断层等结构，采用传统注浆的方式，喷射进钻孔内的水泥砂浆易沿裂隙或断层出现渗漏。水泥砂浆渗透将导致上倾深孔顶部区段存在未填充水泥砂浆的空隙，而上倾深孔微震传感器位于钻孔内最顶部，进而致使微震传感器因未填充水泥砂浆的空隙与岩体未能充分耦合，最终导致微震监测失效。


技术实现要素：

4.针对问题，本发明提供了一种上倾深孔微震传感器安装装置，包括铁制套筒，所述铁制套筒内设置有微震传感器回收装置，微震传感器回收装置内设置有微震传感器，且所述铁制套筒与岩体上开设的钻孔内侧壁之间设置有遇水膨胀止水条；所述铁制套筒顶部通过多根支撑棒固定连接有中心开孔圆形平台，中心开孔圆形平台内穿过有尖刺，尖刺底端与所述铁制套筒固定连接；所述中心开孔圆形平台通过多根弹簧连接有圆锥形筒盖，所述圆锥形筒盖的顶部下侧固定连接有第一铁制挂钩，第一铁制挂钩下侧挂有第二铁制挂钩，所述第二铁制挂钩下侧连接有水泥浆袋。
5.作为本发明的再进一步技术方案为：所述微震传感器底部连接有微震传感器信号传输线。
6.作为本发明的再进一步技术方案为：所述尖刺呈三棱锥状。
7.作为本发明的再进一步技术方案为：所述尖刺的高度与其底部直径相等。
8.作为本发明的再进一步技术方案为：所述圆锥形筒盖上开设有多个开孔，所述开孔处穿过有支撑杆，所述支撑杆底端与所述中心开孔圆形平台固定连接。
9.作为本发明的再进一步技术方案为：所述开孔直径大于支撑杆直径。
10.作为本发明的再进一步技术方案为：所述弹簧与所述支撑杆的数量相同，且所述
弹簧与圆锥形筒盖的连接点、开孔以及圆锥形筒盖的顶点所在的竖直面均位于同一个平面上。
11.作为本发明的再进一步技术方案为：所述中心开孔圆形平台的直径、圆锥形筒盖底部直径以及铁制套筒的外径均相等。
12.作为本发明的再进一步技术方案为：套在所述铁制套筒外的遇水膨胀止水条与铁制套筒顶部的距离等于微震传感器的高度。
13.一种上倾深孔微震传感器安装方法，包括如下步骤：
14.将套有微震传感器回收装置的微震传感器安装在铁制套筒内，微震传感器的底部朝上设置，所述微震传感器与铁制套筒之间的空隙用耦合剂在钻孔外进行充填耦合，并进行安装质量检测；
15.将带有第一铁制挂钩的水泥浆袋注满水泥砂浆，将第一铁制挂钩与安装在圆锥形筒盖顶端内侧的第二铁制挂钩连接，水泥浆袋被放置在多根支撑杆内侧；
16.将水泥浆袋和上倾深孔微震传感器安装装置推入钻孔内，当推至钻孔孔底内后，继续向上推挤，当多个弹簧受力被压缩后，支撑杆、中心开孔圆形平台、铁制套筒、微震传感器以及微震传感器回收装置将继续向上推进，铁制套筒上部的尖刺通过中心开孔圆形平台的开孔刺破水泥浆袋，水泥浆袋内的水泥砂浆渗出，遇水膨胀止水条在吸收水泥砂浆中的水分后迅速膨胀，遇水膨胀止水条膨胀后与钻孔的孔壁相挤压，致使水泥砂浆不会在重力作用下继续向下渗漏；
17.进一步向上挤压上倾深孔微震传感器安装装置，多个弹簧受力压缩，支撑杆会触碰到钻孔的孔底，水泥砂浆填满遇水膨胀止水条上方的钻孔与上倾深孔微震传感器安装装置之间的间隙，维持上倾深孔微震传感器安装装置至水泥浆液凝结；上倾深孔微震传感器安装装置在水泥砂浆和支撑杆作用下与孔底岩石完全固定耦合在一起，通过周围岩体四周空间传来的微震信号经由微震传感器信号传输线传到孔外进行分析处理；
18.微震监测结束后，通过微震传感器回收装置将微震传感器取出回收。
19.本发明的有益效果：
20.1、本发明一种上倾深孔微震传感器安装装置通过自带浆液实现微震传感器局部位置注浆，注浆部位仅分布在含有微震传感器的套筒段，解决了上倾深孔因钻孔内全孔注浆或半孔注浆导致水泥砂浆易沿裂隙或断层出现渗漏，致使微震传感器部位与岩体耦合失效的问题；
21.2、本发明一种上倾深孔微震传感器安装方法与现有微震传感器注浆安装方法相比，安装过程简便，同时由于本装置水泥浆袋内的水泥浆液通过套筒上的尖刺刺破后流经套筒四周与监测孔孔壁之间固定耦合，微震传感器不仅可接受钻孔四周传来的微震信号，同时由于弹簧压缩，钻孔上部的微震信号也可由与钻孔上部接触的支撑杆传输。
22.3、本发明所述的微震传感器监测装置可充分接收钻孔岩体360
°
的微震信号，监测效率得到显著提高。
附图说明
23.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，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其它的附图。
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为本发明中心开孔圆形平台与圆锥形筒盖连接部位剖面图；
26.图3为本发明一种上倾深孔微震传感器安装方法的流程图。
27.其中，1-第二铁制挂钩，2-圆锥形筒盖，3-支撑杆，4-中心开孔圆形平台，5-支撑棒，6-铁制套筒，7-微震传感器回收装置，8-岩体，9-遇水膨胀止水条，10-第一铁制挂钩，11-钻孔，12-水泥浆袋，13-弹簧，14-尖刺，15-微震传感器，16-微震传感器信号传输线。
28.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.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的一部分实施例，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作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。
30.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所述)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
32.结合图1和图2，在本发明的实施例中，一种上倾深孔微震传感器安装装置，包括铁制套筒6，所述铁制套筒6内设置有微震传感器回收装置7，微震传感器回收装置7内设置有微震传感器15，微震传感器15用于检测微震时的相关数据，所述微震传感器15底部连接有微震传感器信号传输线16，用于将收集到的信号向外传输；
33.且所述铁制套筒6与岩体8上开设的钻孔11内侧壁之间设置有遇水膨胀止水条9；所述铁制套筒6顶部通过多根支撑棒5固定连接有中心开孔圆形平台4，中心开孔圆形平台4内穿过有尖刺14，尖刺14底端与所述铁制套筒6固定连接；所述中心开孔圆形平台4通过多根弹簧13连接有圆锥形筒盖2，所述圆锥形筒盖2的顶部下侧固定连接有第一铁制挂钩10，第一铁制挂钩10下侧挂有第二铁制挂钩1，所述第二铁制挂钩1下侧连接有水泥浆袋12，水泥浆袋12内灌有水泥砂浆。
34.其中：铁制套筒6的直径大于微震传感器15和微震传感器回收装置7的尺寸大小，以保证微震传感器15能够简便的在铁制套筒6内安装与回收。
35.此外，弹簧13长度可选用为15cm最佳，当然其长度也可以在15cm左右，本处的弹簧13可以对称设置有两个，也可以呈圆周状布置有三个或更多，但其数量以及位置均需要与支撑杆3保持一致。
36.所述尖刺14呈三棱锥状，所述尖刺14的高度与其底部直径相等，此外中心开孔圆形平台4的中心孔直径与尖刺14的底部直径也相等，此处可选直径为4cm。
37.请参阅图2，所述圆锥形筒盖2上开设有多个开孔，所述开孔处穿过有支撑杆3，所述支撑杆3底端与所述中心开孔圆形平台4固定连接，所述开孔直径大于支撑杆3直径。
38.本处的支撑杆3主要起导向作用，圆锥形筒盖2可沿着支撑杆3上下移动，其中，开孔直径可以设置为0.5cm，开孔分布于圆锥形筒盖2外沿向内1cm的圆周上。
39.所述弹簧13与所述支撑杆3的数量相同，且所述弹簧13与圆锥形筒盖2的连接点、开孔以及圆锥形筒盖2的顶点所在的竖直面均位于同一个平面上。
40.所述中心开孔圆形平台4的直径、圆锥形筒盖2底部直径以及铁制套筒6的外径均相等。
41.套在所述铁制套筒6外的遇水膨胀止水条9与铁制套筒6顶部的距离等于微震传感器15的高度。
42.请参阅图3，一种上倾深孔微震传感器安装方法，包括如下步骤：
43.s100,将套有微震传感器回收装置7的微震传感器15安装在铁制套筒6内，微震传感器15的底部朝上设置，所述微震传感器15与铁制套筒6之间的空隙用耦合剂在钻孔11外进行充填耦合，并进行安装质量检测，确保微震传感器15与铁制套筒6之间充分耦合固定；
44.s200，将带有第一铁制挂钩10的水泥浆袋12注满水泥砂浆，将第一铁制挂钩10与安装在圆锥形筒盖顶端内侧的第二铁制挂钩1连接，水泥浆袋12被放置在多根支撑杆3内侧；
45.s300，将水泥浆袋12和上倾深孔微震传感器安装装置推入钻孔11内，当推至钻孔11孔底(从图1所示来看，孔底位于上部)内后，继续向上推挤，当多个弹簧13受力被压缩后，支撑杆3、中心开孔圆形平台4、铁制套筒6、微震传感器15以及微震传感器回收装置7将继续向上推进，铁制套筒6上部的尖刺14通过中心开孔圆形平台4的开孔刺破水泥浆袋12，水泥浆袋12内的水泥砂浆渗出，遇水膨胀止水条9在吸收水泥砂浆中的水分后迅速膨胀，遇水膨胀止水条9膨胀后与钻孔11的孔壁相挤压，致使水泥砂浆不会在重力作用下继续向下渗漏；
46.s400，进一步向上挤压上倾深孔微震传感器安装装置，多个弹簧13受力压缩，支撑杆3会触碰到钻孔11的孔底，水泥砂浆填满遇水膨胀止水条9上方的钻孔11与上倾深孔微震传感器安装装置之间的间隙，维持上倾深孔微震传感器安装装置至水泥浆液凝结；上倾深孔微震传感器安装装置在水泥砂浆和支撑杆3作用下与孔底岩石完全固定耦合在一起，通过周围岩体8四周空间传来的微震信号经由微震传感器信号传输线16传到孔外进行分析处理；
47.s500，微震监测结束后，通过微震传感器回收装置7将微震传感器15取出回收，以便于进行下一次使用，回收利用率高，节约成本。
48.本发明的有益效果：
49.1、本发明一种上倾深孔微震传感器安装装置通过自带浆液实现微震传感器局部位置注浆，注浆部位仅分布在含有微震传感器的套筒段，解决了上倾深孔因钻孔内全孔注浆或半孔注浆导致水泥砂浆易沿裂隙或断层出现渗漏，致使微震传感器部位与岩体耦合失效的问题；
50.2、本发明一种上倾深孔微震传感器安装方法与现有微震传感器注浆安装方法相
比，安装过程简便，同时由于本装置水泥浆袋内的水泥浆液通过套筒上的尖刺刺破后流经套筒四周与监测孔孔壁之间固定耦合，微震传感器不仅可接受钻孔四周传来的微震信号，同时由于弹簧压缩，钻孔上部的微震信号也可由与钻孔上部接触的支撑杆传输。
51.3、本发明所述的微震传感器监测装置可充分接收钻孔岩体360
°
的微震信号，监测效率得到显著提高。
52.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。