本發(fā)明屬于工程地質(zhì)微震監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能與鉆孔有效耦合可回收重復(fù)使用的微震傳感器。

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(dòng)力災(zāi)害，會(huì)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(duì)巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)力災(zāi)害進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，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(cè)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(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)。

在地下工程圍巖開挖建設(shè)過程中，為了對(duì)可能出現(xiàn)的圍巖變形破壞和動(dòng)力災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，微震監(jiān)測(cè)傳感器需要在工程開挖前預(yù)先固定在被監(jiān)測(cè)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(dòng)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(cè)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(cè)效果相對(duì)越準(zhǔn)確。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體開挖過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在巖石(體)開挖前，利用鉆機(jī)在石(體)中鉆孔，鉆孔深度取決于開挖的埋深和被監(jiān)測(cè)范圍，鉆孔長度隨工程埋深、被監(jiān)測(cè)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(jià)格昂貴，為了在監(jiān)測(cè)結(jié)束后將傳感器取回，降低工程成本，工程中微震監(jiān)測(cè)傳感器現(xiàn)場(chǎng)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(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，但該方法具有以下缺點(diǎn)：首先，鉆孔方向必須向下，對(duì)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(duì)于傾斜或向下的鉆孔，需要巖體相對(duì)完整，鉆孔內(nèi)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(nèi)向外有滲水，能確保傳感器始終處于水中，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況卻較難達(dá)到該要求；第三，水雖然可以作為信號(hào)傳輸?shù)鸟詈辖橘|(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(chǎng)確定巖石破裂信號(hào)的位置通常又必須依靠橫波信號(hào)，故該方法導(dǎo)致大量監(jiān)測(cè)信號(hào)丟失，監(jiān)測(cè)結(jié)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(xiàn)場(chǎng)采用向鉆孔內(nèi)澆筑水泥，使傳感器和巖壁被澆筑為一個(gè)整體。該方法又有以下缺點(diǎn)：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(hào)或信號(hào)不好，無法進(jìn)行檢查，為了確保監(jiān)測(cè)效果，需要重新打孔和安裝微震傳感器，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本過高；第三，向鉆孔內(nèi)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(huì)出現(xiàn)傳感器安裝部位未能有效注漿的情況，會(huì)導(dǎo)致傳感器未與鉆孔巖壁耦合而無監(jiān)測(cè)信號(hào)，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(hào)傳輸線纜會(huì)因水泥收縮變形而承受拉力，導(dǎo)致不能有效傳輸信號(hào)；第四，鉆孔內(nèi)通常比較潮濕，澆筑后水泥漿凝固需要較長周期，會(huì)導(dǎo)致施工期限延長；第五，開挖過程中的炸藥放炮，可能會(huì)出現(xiàn)注漿面與巖壁面松弛，導(dǎo)致被監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸?shù)挠行越档?；第六、安裝過程費(fèi)時(shí)，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(dòng)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(diǎn)：首先，該方法通常只適用于深度較淺的鉆孔，并且需要鉆孔完全同心、孔壁光滑，但實(shí)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鉆孔，導(dǎo)致鉆孔成本高；第三，整個(gè)傳輸桿和安裝結(jié)構(gòu)在鉆孔中是通過用力硬性插入到鉆孔中，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鉆孔中，無法送至特定安裝部位；第四，安裝過程費(fèi)時(shí)，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)用于深度比較大的鉆孔中受到了限制。

因而，如何便捷、有效地將微震傳感器安裝在鉆孔中，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(chǎng)監(jiān)測(cè)和研究的難點(diǎn)，仍缺乏相關(guān)測(cè)試方法和技術(shù)支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的微震傳感器存在的不足，旨在提供一種全新結(jié)構(gòu)的用于檢測(cè)巖體震動(dòng)的微震傳感器，以解決微震傳感器與監(jiān)測(cè)鉆孔有效接觸耦合和回收重復(fù)使用問題，提高微震傳感器的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，降低微震傳感器的使用成本。

本發(fā)明提供的能與鉆孔有效耦合可回收重復(fù)使用的微震傳感器，其構(gòu)成包括微震探頭、抱持微震探頭的抱持部件、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(jī)構(gòu)；抱持部件為能使所抱持的微震探頭下側(cè)表面與其安置于內(nèi)的監(jiān)測(cè)孔壁面接觸耦合，支撐板的支撐側(cè)板面為弧形板面，連接機(jī)構(gòu)包括沿微震探頭縱向設(shè)置在抱持部件上至少兩個(gè)彈簧套筒、在支撐板非支撐側(cè)板面上設(shè)置的與設(shè)置在抱持部件上的彈簧套筒對(duì)應(yīng)匹配的彈簧導(dǎo)向桿、位于彈簧套筒內(nèi)套置在彈簧導(dǎo)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(dǎo)向桿的第二插銷，微震傳感器安置于監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)，拔出第一插銷，微震探頭下側(cè)表面和支撐板的支撐側(cè)弧形板面在伸縮彈簧作用下與監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)壁有效耦合，以監(jiān)測(cè)巖體的震動(dòng)。

為了更好地解決本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，還可進(jìn)一步采取以下技術(shù)措施。下述各項(xiàng)技術(shù)措施，可分別單獨(dú)采取，也可組合采取甚至一般采取。

所述抱持部件優(yōu)先設(shè)計(jì)成由開口結(jié)構(gòu)的直筒體和錐筒頭構(gòu)成的探頭套筒，探頭套筒內(nèi)腔的形狀結(jié)構(gòu)與微震探頭的形狀結(jié)構(gòu)相匹配，使安置在探頭套筒內(nèi)的微震探頭下側(cè)表面和微震探頭錐端頭外露。

所述彈簧套筒垂直固定在探頭套筒兩側(cè)，且每側(cè)設(shè)置2～3個(gè)彈簧套筒。進(jìn)一步地，彈簧套筒最好是以垂直對(duì)稱于微震探頭軸線的方式固定設(shè)置在探頭套筒兩側(cè)。構(gòu)成連接機(jī)構(gòu)所有彈簧套筒、彈簧導(dǎo)向桿和伸縮彈簧結(jié)構(gòu)相同。

所述探頭套筒的尾端設(shè)置有通過螺紋副與套筒體聯(lián)接的端蓋，微震探頭通過端蓋固定安置在套筒腔體內(nèi)。

連接機(jī)構(gòu)各連接處的第一插銷和第二插銷均為整體結(jié)構(gòu)件插銷，即由一根插銷桿垂直穿過全部彈簧套筒壁用作各連接處的第一插銷，由一根插銷桿垂直穿過全部彈簧套筒壁和彈簧導(dǎo)向桿用作各連接處的第二插銷。進(jìn)一步地，第一插銷的插銷桿和作為第二插銷的插銷桿在位于微震探頭尾端一端設(shè)置將插銷桿拔出的拉繩。

為了使伸縮彈簧方便地安裝于彈簧套筒，可在彈簧導(dǎo)向桿上設(shè)計(jì)作為伸縮彈簧的上彈簧座，伸縮彈簧通過彈簧座安裝于彈簧套筒內(nèi)，在將微震傳感器安裝于檢測(cè)監(jiān)測(cè)孔過程中，第一插銷于彈簧座上方的插銷孔穿過彈簧導(dǎo)向桿。彈簧導(dǎo)向桿也可不設(shè)計(jì)彈簧座，可采取在彈簧套筒上設(shè)計(jì)安裝槽口，通過安裝槽口將伸縮彈簧安裝在彈簧套筒內(nèi)，在將微震傳感器安裝于檢測(cè)監(jiān)測(cè)孔過程中，以第一插銷作為伸縮彈簧的上安裝座。

本發(fā)明提供的微震傳感器是一種新型結(jié)構(gòu)的微震傳感器，解決了微震傳感器有效安裝和耦合的難題，填補(bǔ)了技術(shù)空白。其突出特點(diǎn)：第一，不僅微震傳感器安裝簡單、易行，節(jié)約了大量人力，還克服了鉆孔不同深度、不同方向的影響；第二，可在測(cè)試過程中對(duì)微震傳感器進(jìn)行檢查，還實(shí)現(xiàn)了微震傳感器的回收重復(fù)使用，降低使用成本；第三，巧妙設(shè)計(jì)的連接機(jī)構(gòu)，確保了在巖體破碎或鉆孔深的條件下仍能有效使微震傳感器與鉆孔壁耦合；第四，支撐板設(shè)計(jì)的弧形耦合面，確保了耦合效果和監(jiān)測(cè)可靠性。簡而概之，本發(fā)明不僅確保了安裝、耦合效果，提高了安裝效率，還確保了微震傳感器的回收與重復(fù)利用，節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述能與鉆孔有效耦合可回收重復(fù)使用的微震傳感器的正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中a-a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中b-b向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所述微震傳感器處于監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)時(shí)的正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明所述微震傳感器抽拉出第二插銷，將微震傳感器從檢測(cè)鉆孔中取出之前的狀態(tài)正視結(jié)構(gòu)示意圖。

在上述附圖中，1—探頭套筒、2—支撐板、3—微震探頭、4—端蓋、5—彈簧套筒、6—彈簧導(dǎo)向桿、7—伸縮彈簧、8-1—第一插銷、8-2—第二插銷。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實(shí)施例，并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述能與鉆孔有效耦合可回收重復(fù)使用的微震傳感器作進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例中的能與鉆孔有效耦合可回收重復(fù)使用的微震傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1—5所示，構(gòu)成包括微震探頭3、抱持微震探頭的抱持部件、支撐于鉆孔壁面的支撐板2和用于連接抱持部件與支撐板的連接機(jī)構(gòu)；抱持部件為能使所抱持的微震探頭下側(cè)表面與傳感器安置于內(nèi)的監(jiān)測(cè)孔壁面接觸耦合的探頭套筒1，由開口結(jié)構(gòu)的直筒體、錐筒頭和端蓋4構(gòu)成，探頭套筒內(nèi)腔的形狀結(jié)構(gòu)與微震探頭的形狀結(jié)構(gòu)相匹配，使安置在探頭套筒內(nèi)的微震探頭下側(cè)表面和微震探頭錐端頭外露，端蓋4通過螺紋副與探頭套筒筒體尾端聯(lián)接，微震探頭通過端蓋4固定安置在套筒腔體內(nèi)；所述支撐板的支撐側(cè)板面為鉆孔壁面耦合的弧形板面；連接機(jī)構(gòu)包括沿微震探頭縱向?qū)ΨQ設(shè)置在探頭套筒兩側(cè)的四個(gè)彈簧套筒5、支撐板非支撐側(cè)板面上設(shè)置的與設(shè)置在探頭套筒上的彈簧套筒相對(duì)應(yīng)匹配的四個(gè)彈簧導(dǎo)向桿6、位于彈簧套筒內(nèi)套置在彈簧導(dǎo)向桿外的四個(gè)伸縮彈簧7、垂直穿過彈簧套筒壁用作伸縮彈簧下端彈簧座的第二插銷8-2和垂直穿過彈簧套筒壁和彈簧導(dǎo)向桿的第一插銷8-1；所述彈簧導(dǎo)向桿6設(shè)計(jì)有伸縮彈簧的彈簧座，與第一插銷匹配的插銷孔位于彈簧座上方；位于探頭套筒同一側(cè)同一方向不同位置的第一插銷和第二插銷分別由一根插銷桿構(gòu)成，第一插銷桿和第二插銷桿位于微震探頭錐端一端設(shè)置有將插銷桿拔出的拉繩，拉繩為抗拉性能較好的細(xì)鋼絲繩；所有的彈簧套筒、彈簧導(dǎo)向桿和伸縮彈簧結(jié)構(gòu)相同。微震傳感器安置于監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)，拔出第一插銷8-1，微震探頭下側(cè)表面和支撐板的支撐側(cè)弧形板面在伸縮彈簧作用下與監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)壁有效耦合，便于將巖體發(fā)生微震動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖體震動(dòng)。

使用方法，首先將微震傳感器裝入探頭套筒中，通過端蓋將微震探頭固定安置在套筒腔體內(nèi)；其次將第二插銷垂直穿過彈簧套筒壁用作伸縮彈簧下端彈簧座，將安裝有伸縮彈簧的彈簧導(dǎo)向桿對(duì)應(yīng)插入探頭套筒兩側(cè)的彈簧套筒中，將第一插銷垂直穿過彈簧套筒壁和彈簧導(dǎo)向桿上的彈簧座上方的銷孔，使微震探頭與支撐板連接為一體。將微震傳感器安置于監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)，拔出第一插銷，微震探頭下側(cè)表面和支撐板的支撐側(cè)弧形板面在伸縮彈簧作用下與監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)壁有效耦合，以監(jiān)測(cè)巖體的震動(dòng)。當(dāng)需要回收微震傳感器時(shí)，再拔出第二插銷，使整個(gè)伸縮彈簧處于自然狀態(tài)，解除了伸縮彈簧對(duì)支撐板的張力，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)微震傳感器的有效回收。

有必要指出的是，上述實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員根據(jù)發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整進(jìn)行具體實(shí)施，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。