[發(fā)明專利]一種液壓支撐式微震傳感器裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710495577.8
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107247287A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李瑩;陳亮;劉建鋒;王春萍;劉健;王駒
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司51202
• 代理人: 呂建平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工程地質(zhì)微震監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微震傳感器可回收重復(fù)使 用的液壓支撐式微震傳感器裝置。

背景技術(shù)

工程建設(shè)中的巖石(體)變形破壞，特別是巖爆動力災(zāi)害，會直接危及工程的安 全建設(shè)，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性影響，因此對巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動力災(zāi)害進(jìn)行有效 監(jiān)測和預(yù)測，是工程安全建設(shè)的重要內(nèi)容之一。微震作為無損監(jiān)測的一種重要手段， 被用于工程建設(shè)中的巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動力災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)測。

在地下工程圍巖開挖建設(shè)過程中，為了對可能出現(xiàn)的圍巖變形破壞和動力災(zāi)害進(jìn) 行準(zhǔn)確預(yù)測，微震監(jiān)測傳感器需要在工程開挖前預(yù)先固定在被監(jiān)測的圍巖區(qū)域。利用 微震技術(shù)準(zhǔn)確確定可能發(fā)生圍巖破壞和動力災(zāi)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(jiān)測巖體周圍，并且布置的傳感器數(shù)量越多、分布越合理，監(jiān)測效 果相對越準(zhǔn)確。為了實現(xiàn)對巖體開挖過程實時監(jiān)測，需要在巖石(體)開挖前，利用 鉆機(jī)在石(體)中鉆出監(jiān)測孔，在監(jiān)測孔中安裝微震傳感器。監(jiān)測孔的深度取決于開 挖的埋深和被監(jiān)測范圍，監(jiān)測孔的深度隨工程埋深、被監(jiān)測范圍增加而增加，有的監(jiān) 測孔深達(dá)幾十米，甚至上百米。深度比較大的監(jiān)測孔，通常需要使用多個微震傳感器 對監(jiān)測孔的不同部位進(jìn)行微震監(jiān)測，且監(jiān)測孔越深，安裝的微震傳感器越多，由于監(jiān) 測孔上下很難保證同心，孔壁面很難一直光滑，因此微震傳感器的安裝越困難。

微震傳感器價格昂貴，為了在監(jiān)測結(jié)束后將傳感器取回，降低工程成本，工程中 微震監(jiān)測傳感器現(xiàn)場的安裝，通常采用直接將微震傳感器放在監(jiān)測孔中，依靠監(jiān)測孔 中殘留的水作為巖體和傳感器之間信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)，但該方法具有以下缺點：首先， 監(jiān)測孔方向必須向下，對于完全水平或向上有一定角度的監(jiān)測孔，該方法不適用；其 次，對于傾斜或向下的監(jiān)測孔，需要巖體相對完整，監(jiān)測孔內(nèi)能將注入的水保持住而 不沿監(jiān)測孔中的裂隙流失，或者是從監(jiān)測孔內(nèi)向外有滲水，能確保傳感器始終處于水 中，但是現(xiàn)場實際情況卻較難達(dá)到該要求；第三，水雖然可以作為信號傳輸?shù)鸟詈辖?質(zhì)，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(xiàn)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(dǎo)致大量監(jiān)測信號丟失，監(jiān)測結(jié)果的可靠性大大降低。

為了確保安置在監(jiān)測孔中微震傳感器與監(jiān)測孔壁之間有效耦合，有的在工程現(xiàn)場 采用向監(jiān)測孔內(nèi)澆筑水泥，使傳感器和巖壁澆筑為一個整體。該方法又有以下缺點： 首先，澆筑后的傳感器不可回收，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本高；其次，若澆筑后發(fā)現(xiàn)傳感器無信 號或信號不好，無法進(jìn)行檢查，為了確保監(jiān)測效果，需要重新打孔和安裝微震傳感器， 不僅費(fèi)時費(fèi)力，還導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本過高；第三，向監(jiān)測孔內(nèi)注入水泥漿，因監(jiān)測孔較深， 不僅傳感器安裝部位的注漿效果難以保障，可能會出現(xiàn)傳感器安裝部位未能實現(xiàn)效注 漿的情況，會導(dǎo)致傳感器未與監(jiān)測孔巖壁耦合而無監(jiān)測信號，而且監(jiān)測孔越深，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(dǎo)致不能有效傳輸信號；第四，監(jiān)測孔內(nèi)通常比較潮濕，澆筑后水 泥漿凝固需要較長周期，會導(dǎo)致施工期限延長；第五，開挖過程中的炸藥放炮，可能 會出現(xiàn)注漿面與巖壁面松弛，導(dǎo)致被監(jiān)測信號傳輸?shù)挠行越档停坏诹惭b過程費(fèi) 時，費(fèi)力，需要一系列專業(yè)注漿設(shè)備和注漿人員，需要大量人工。

工程應(yīng)用中，也有采用簡易固定裝置，將微震傳感器固定在一特定裝置中，然后 用剛性的不可活動的金屬桿將微震傳感器送至安裝部位后進(jìn)行固定，但存在以下缺 點：首先，該方法通常只適用于深度較淺的監(jiān)測孔，并且需要監(jiān)測孔完全同心、孔壁 光滑，但實際施工中這些要求難以保障；其次，安裝裝置尺寸大，只適用于直徑較大 的監(jiān)測孔，導(dǎo)致監(jiān)測孔成本高；第三，整個傳輸桿和安裝結(jié)構(gòu)在監(jiān)測孔中是通過施加 壓力硬性插入到監(jiān)測孔中，不僅摩擦力大，容易磨壞線纜或微震傳感器，還容易在特 定部位被卡到監(jiān)測孔中，無法送至特定安裝部位；第四，安裝過程費(fèi)時，費(fèi)力，需要 耗費(fèi)大量人工。上述這些難題，導(dǎo)致微震傳感器應(yīng)用于深度比較大的監(jiān)測孔中受到了 限制。

因而，如何便捷、有效地將微震傳感器安裝在監(jiān)測孔中，并使安裝后的微震傳感 器有效與孔壁耦合，仍是目前現(xiàn)場監(jiān)測和研究的難點，特別是需要采用多個微震傳感 器對不同部位進(jìn)行微震監(jiān)測的深監(jiān)測孔，尤其如此。

發(fā)明內(nèi)容