[發明專利]一種可回收重復使用的微震傳感器

有效

• 申請號: 201710447217.0
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107167840B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 雷孝章;劉建鋒;符文熹;周洪福
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發明公開了一種可回收重復使用的微震傳感器，其構成主要置包括微震探頭、抱持部件、支撐于鉆孔壁面的支撐板和用于連接抱持部件與支撐板的連接機構；位于彈簧套筒內套置在彈簧導向桿外的伸縮彈簧、垂直穿過彈簧套筒壁用作伸縮彈簧下端彈簧座的第一插銷和垂直穿過彈簧套筒壁和彈簧導向桿的第二插銷，微震傳感器安置于監測鉆孔內，拔出第一插銷，微震探頭下側表面和支撐板的支撐側弧形板面在伸縮彈簧作用下與監測鉆孔內壁有效耦合，以監測巖體的震動。由于本發明通過連接結構將微震探頭和支撐板連接為一體，不僅能夠解決微震傳感器定位和回收的問題，而且還解決了微震傳感器如何有效安裝和耦合的難題，能夠多次反復使用，降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于工程地質微震監測技術領域，具體涉及一種能與鉆孔有效耦合可回收重復使用的微震傳感器。

背景技術

工程建設中的巖石(體)變形破壞，特別是巖爆動力災害，會直接危及工程的安全建設，甚至會造成災難性影響，因此對巖石(體)穩定性及巖爆動力災害進行有效監測和預測，是工程安全建設的重要內容之一。微震作為無損監測的一種重要手段，被用于工程建設中的巖石(體)穩定性及巖爆動力災害的監測與預測。

在地下工程圍巖開挖建設過程中，為了對可能出現的圍巖變形破壞和動力災害進行準確預測，微震監測傳感器需要在工程開挖前預先固定在被監測的圍巖區域。利用微震技術準確確定可能發生圍巖破壞和動力災害的部位，微震傳感器需呈三維空間分布的形式布置在被監測巖體周圍，并且布置的傳感器數量越多、分布越合理，監測效果相對越準確。為了實現對巖體開挖過程實時監測，需要在巖石(體)開挖前，利用鉆機在石(體)中鉆孔，鉆孔深度取決于開挖的埋深和被監測范圍，鉆孔長度隨工程埋深、被監測范圍增加而增加。鉆孔越深，微震傳感器安裝越困難。

微震傳感器價格昂貴，為了在監測結束后將傳感器取回，降低工程成本，工程中微震監測傳感器現場的安裝，通常采用直接將微震傳感器放在鉆孔中，依靠鉆孔中殘留的水作為巖體和傳感器之間信號傳輸的介質，但該方法具有以下缺點：首先，鉆孔方向必須向下，對于完全水平或向上有一定角度的鉆孔，該方法不適用；其次，對于傾斜或向下的鉆孔，需要巖體相對完整，鉆孔內能將注入的水保持住而不沿鉆孔中的裂隙流失，或者是從鉆孔內向外有滲水，能確保傳感器始終處于水中，但是現場實際情況卻較難達到該要求；第三，水雖然可以作為信號傳輸的耦合介質，但水的密度較低，其傳輸效果不如直接與巖壁有效接觸。第四，由于液體只能傳輸縱波，不能傳輸橫波，而現場確定巖石破裂信號的位置通常又必須依靠橫波信號，故該方法導致大量監測信號丟失，監測結果的可靠性大大降低。

為了確保放置在鉆孔中微震傳感器與鉆孔壁之間有效耦合，有的在工程現場采用向鉆孔內澆筑水泥，使傳感器和巖壁被澆筑為一個整體。該方法又有以下缺點：首先，澆筑后的傳感器不可回收，導致經濟成本高；其次，若澆筑后發現傳感器無信號或信號不好，無法進行檢查，為了確保監測效果，需要重新打孔和安裝微震傳感器，不僅費時費力，還導致經濟成本過高；第三，向鉆孔內注入水泥漿，因鉆孔較深，不僅傳感器安裝部位的注漿效果難以保障，可能會出現傳感器安裝部位未能有效注漿的情況，會導致傳感器未與鉆孔巖壁耦合而無監測信號，而且鉆孔越深，澆筑的水泥凝固后的總收縮變形量越大，與水泥粘接在一起的信號傳輸線纜會因水泥收縮變形而承受拉力，導致不能有效傳輸信號；第四，鉆孔內通常比較潮濕，澆筑后水泥漿凝固需要較長周期，會導致施工期限延長；第五，開挖過程中的炸藥放炮，可能會出現注漿面與巖壁面松弛，導致被監測信號傳輸的有效性降低；第六、安裝過程費時，費力，需要一系列專業注漿設備和注漿人員，需要大量人工。