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)使用的微震監(jiān)控系統(tǒng)。

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，因此對巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(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(shí)現(xiàn)對巖體開挖過程實(shí)時(shí)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(gè)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(jià)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(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，但該方法具有以下缺點(diǎn)：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(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)測信號(hào)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(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(huì)出現(xiàn)傳感器安裝部位未能實(shí)現(xiàn)效注漿的情況，會(huì)導(dǎo)致傳感器未與監(jiān)測孔巖壁耦合而無監(jiān)測信號(hào)，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(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，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(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監(jiān)測孔，并且需要監(jiān)測孔完全同心、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監(jiān)測孔，導(dǎo)致監(jiān)測孔成本高；第三，整個(gè)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(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(diǎn)，特別是需要采用多個(gè)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的微震監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀與不足，旨在提供一種微震測試體系，以解決微震傳感器與監(jiān)測孔有效接觸耦合、回收重復(fù)使用和安裝方便性等問題，提高微震監(jiān)測的準(zhǔn)確性，降低微震監(jiān)測系統(tǒng)的使用成本。

本發(fā)明提供的微震測試體系，其構(gòu)成包括至少一個(gè)微震傳感器，通過連接機(jī)構(gòu)設(shè)置在微震傳感器兩端用于將微震傳感器送入監(jiān)測孔中的推桿，安裝在推桿上用于將微震傳感器導(dǎo)入監(jiān)測孔中的導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，為微震傳感器提供支撐液壓油的液壓系統(tǒng)，與微震傳感器信號(hào)連接的微震監(jiān)控計(jì)算機(jī)；所述微震傳感器的構(gòu)成包括微震探頭、抱持微震探頭的抱持部件和液壓支撐機(jī)構(gòu)；所述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)測孔壁面接觸耦合，所述液壓支撐機(jī)構(gòu)為兩副，分別設(shè)置在抱持部件背側(cè)面中線兩端，構(gòu)成包括液壓油缸、活塞和支撐板，液壓油缸通過底部與支撐板非支撐面或抱持部件背面連接，活塞通過活塞桿與抱持部件背面或支撐板非支撐面連接，液壓油缸油壓室液壓油進(jìn)口和出口分別與液壓系統(tǒng)的供油管路和回油管路連接，微震探頭下側(cè)表面和支撐板在液壓油的作用下與監(jiān)測孔內(nèi)壁有效耦合，以監(jiān)測巖體的震動(dòng)；所述連接機(jī)構(gòu)為能使推桿相對微震傳感器擺動(dòng)的連接機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)入機(jī)構(gòu)為滾輪導(dǎo)入機(jī)構(gòu)。

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。

所述抱持部件為由開口結(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)。

所述油缸通過底部與支撐板非支撐面連接，活塞通過活塞桿與抱持部件背面連接。所述支撐板可以是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的支撐板，兩個(gè)油缸通過底部與同一個(gè)支撐板非支撐面連接；也可以是兩個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)的支撐板，兩個(gè)油缸分別通過其底部與兩個(gè)支撐板非支撐面連接。

所述液壓支撐機(jī)構(gòu)的支撐板，其支撐側(cè)的板面為與監(jiān)測孔壁面匹配的弧面。

所述推桿通過連接機(jī)構(gòu)與微震傳感器相連接的連接結(jié)構(gòu)為多面體承插連接結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，所述連接機(jī)構(gòu)包括連接架、螺紋套筒和連接桿，所述連接架一端與微震傳感器一端固定連接，另一端通過鉸結(jié)構(gòu)與螺紋套筒鉸連接，其中所述連接桿的一端加工有與螺紋套筒相配合的外螺紋，另一端為多面柱體；所述推桿與連接機(jī)構(gòu)相連接的一端加工有與連接桿多面柱體承插配合的多面柱孔，另一端加工有延長連接結(jié)構(gòu)，推桿的多面柱孔與連接桿的多面柱體構(gòu)成多面承插結(jié)構(gòu)，并通過緊固螺釘將連接桿多面柱體固定在推桿多面柱孔中。所述多面承插結(jié)構(gòu)可以是四面承插結(jié)構(gòu)、六面承插結(jié)構(gòu)、八面承插結(jié)構(gòu)，優(yōu)選六面承插結(jié)構(gòu)。推桿的延長連接結(jié)構(gòu)可以是螺紋連接結(jié)構(gòu)、搭接結(jié)構(gòu)、承插連接結(jié)構(gòu)等，只要能與延長連接構(gòu)件匹配構(gòu)成聯(lián)接副即可。進(jìn)一步地，連接機(jī)構(gòu)中所述連接架可設(shè)計(jì)成由與微震傳感器相匹配的圓環(huán)、連接頭和兩個(gè)折曲結(jié)構(gòu)的連接臂構(gòu)成，兩個(gè)連接臂對稱設(shè)置，一端與圓環(huán)固定連接，另一端與連接頭連接，連接架通過連接頭與螺紋套筒鉸連接，使推桿能相對微震傳感器擺動(dòng)。

所述液壓系統(tǒng)的構(gòu)成包括一端與液壓油箱連接、另一端與液壓油缸油壓室連接的供油管路和回油管路，供油管路上設(shè)置由加壓油泵、控制閥和油壓表，回油管路上設(shè)置有控制閥。

所滾輪導(dǎo)入機(jī)構(gòu)為三滾輪導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，三滾輪機(jī)構(gòu)的三個(gè)滾輪設(shè)置在相互垂直的兩個(gè)直徑方向分別沿監(jiān)測孔壁面運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)滾輪與微震傳感器中支撐板相對設(shè)置，另外兩個(gè)滾輪相對設(shè)置。

采用本發(fā)明提供的微震監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行微震監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測孔比較深，可采用多個(gè)微震傳感器對監(jiān)測孔不同的方位進(jìn)行微震監(jiān)測。微震傳感器之間可通過推桿尾端的延長連接結(jié)構(gòu)和延長桿進(jìn)行連接，構(gòu)成延長需要的監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的微震測試體系，對于深度比較大且需要多個(gè)微震傳感器對不同的部位進(jìn)行微震監(jiān)測的監(jiān)測孔，解決了多個(gè)微震傳感器的安裝和有效耦合的難題，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，還克服了監(jiān)測孔由于深度不同、方向不同帶來的不利影響；第二，可在測試過程中對微震傳感器進(jìn)行檢查，還實(shí)現(xiàn)了微震傳感器的回收重復(fù)使用，降低了使用成本；第三，可根據(jù)需要，在同一監(jiān)測孔中布置多個(gè)傳感器，巧妙設(shè)計(jì)的連接機(jī)構(gòu)，可以使每個(gè)微震傳感器有效監(jiān)測面的指向可根據(jù)監(jiān)測需要在安裝過中分別確定；第四，巧妙設(shè)計(jì)的液壓支撐機(jī)構(gòu)，確保了因巖體破碎或監(jiān)測孔深難以確保同心等不利制約條件下仍能有效使微震傳感器與監(jiān)測孔壁耦合；第五，實(shí)現(xiàn)了安裝過程中的滾動(dòng)傳輸，克服了摩擦力的影響，確保了傳感器和傳輸線纜的完整性。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)明的微震檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中b-b向(俯視)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中局部1(微震傳感器)放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1中a-a結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖2中局部1(俯視)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6-1和圖6-2是推桿與微震傳感器的連接結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖6-1是連接結(jié)構(gòu)主視結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6-2是連接結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

圖7-1、圖7-2和圖7-3是推桿的結(jié)構(gòu)示意圖；其中7-1是主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7-2是左視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7-3是俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8-1、圖8-2和圖8-3是連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖，其中8-1是主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8-2是左視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8-3是俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9-1、圖9-2和圖9-3是導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖9-1是圖1中導(dǎo)入機(jī)構(gòu)c向結(jié)構(gòu)示意圖；圖9-2是圖9-1所示導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的左視結(jié)構(gòu)示意圖；圖9-3是圖9-1所示導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是圖一中液壓系統(tǒng)的放大示意圖。

在上述附圖中，1是微震傳感器；2是推桿；3是導(dǎo)入機(jī)構(gòu)；4是監(jiān)控計(jì)算機(jī)；液壓系統(tǒng)。其中，1-1是液壓油缸；1-2是探頭套筒；1-3是微震探頭；1-4是油壓室；1-5是端蓋；1-6是活塞桿；1-7是活塞；1-8是支撐板；1-9是螺紋套筒；1-10是連接架；2-1是連接桿；2-2是推桿本體；2-3是緊固螺釘；5-1是加壓油泵；5-2是控制閥；5-3是油壓表；5-4是供油管路；5-5是回油管路；5-6是控制閥；5-7是液壓油箱。

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)施例對本發(fā)明所述的微震傳感器可回收重復(fù)使用的微震監(jiān)控系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例的微震測試體系，其結(jié)構(gòu)如圖1—圖10所示，構(gòu)成包括一個(gè)微震傳感器1，通過連接機(jī)構(gòu)設(shè)置在微震傳感器兩端用于將微震傳感器送入監(jiān)測孔中的推桿2，安裝在推桿上用于將微震傳感器導(dǎo)入監(jiān)測孔中的導(dǎo)入機(jī)構(gòu)3，為微震傳感器提供支撐液壓由的液壓系統(tǒng)5，以及與微震傳感器信號(hào)連接的微震監(jiān)控計(jì)算機(jī)4。所述微震傳感器為可回收式微震傳感器，其構(gòu)成包括微震探頭1-3，抱持微震探頭的探頭套筒1-2，將探頭安裝固定在探頭套筒內(nèi)的端蓋1-5和液壓支撐機(jī)構(gòu)；所述探頭套筒由開口結(jié)構(gòu)的直筒體和錐筒頭構(gòu)成，探頭套筒內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)形狀與微震探頭的結(jié)構(gòu)形狀相匹配，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，使安裝在其內(nèi)的微震探頭下側(cè)表面與監(jiān)測孔壁面接觸耦合；所述液壓支撐機(jī)構(gòu)為兩副，分別設(shè)置在探頭套筒背面中線兩端，其構(gòu)成包括液壓油缸1-1、活塞1-7和支撐板1-1，液壓油缸通過底部與支撐板非支撐面連接，活塞通過活塞桿1-6與探頭套筒背面連接，液壓油缸油壓室1-4的液壓油進(jìn)口和出口分別與液壓系統(tǒng)5的供油管路5-4和回油管路5-5連通，微震探頭下側(cè)表面和支撐板的支撐側(cè)板面在液壓油的作用下與監(jiān)測孔內(nèi)壁有效耦合，以監(jiān)測巖體的震動(dòng)；支撐板的支撐側(cè)板面為與監(jiān)測孔壁面匹配的弧面。所述推桿2與連接機(jī)構(gòu)相連接一端加工有六面柱孔，另一端加工有與延長桿連接的六面柱孔。所述連接機(jī)構(gòu)由連接架1-10、螺紋套筒1-9和連接桿2-1構(gòu)成，其中連接架又由與微震傳感器固定連接的圓環(huán)、連接頭和兩個(gè)折曲結(jié)構(gòu)的連接臂構(gòu)成，兩個(gè)連接臂對稱設(shè)置，一端與圓環(huán)固定連接，另一端與連接頭連接，連接架通過其連接頭與螺紋套筒鉸連接；所述連接桿的一端加工有與螺紋套筒相配合的外螺紋，另一端為與推桿多面柱孔承插配合的六面柱體，連接桿的六面柱體通過緊固螺釘固定在六面柱孔中。所述導(dǎo)入機(jī)構(gòu)3為三滾輪導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，三個(gè)滾輪設(shè)置在相互垂直的兩個(gè)直徑方向分別沿監(jiān)測孔壁面運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)滾輪與微震傳感器中支撐板1-3相對設(shè)置，另外兩個(gè)滾輪相對設(shè)置。所述液壓系統(tǒng)5的構(gòu)成包括一端與液壓油箱5-7連接、另一端與液壓油缸油壓室1-4連接的供油管路5-4和回油管路5-5，供油管路上設(shè)置有加壓油泵5-1、控制閥5-2和油壓表5-3，回油管路上設(shè)置有控制閥5-6。

使用方法：將微震探頭1-3裝入探頭套筒1-2中，通過端蓋1-5將微震探頭固定安置在探頭套筒腔體內(nèi)；將活塞桿1-6與活塞1-7連接固定后裝入液壓油缸1-1內(nèi)，支撐板1-8固定在液壓油缸底部，活塞通過活塞桿與探頭套筒背面連接；將推桿2通過連接機(jī)構(gòu)安裝在微震傳感器1兩端；將三滾輪導(dǎo)入機(jī)構(gòu)3安裝推桿上；將微震傳感器信號(hào)輸出端與監(jiān)測計(jì)算機(jī)信號(hào)輸入端連接；將液壓系統(tǒng)5的供油管路和回油管路分別與液壓油缸油壓室液壓油進(jìn)口和出口分別連通；利用推桿和安裝在推桿上導(dǎo)入機(jī)構(gòu)將微震傳感器送入監(jiān)測孔內(nèi)，微震傳感器到位后，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)中的加壓油泵，打開供油管路上的控制閥5-4，關(guān)閉回油管路上的控制閥5-6，液壓油進(jìn)入液壓油缸的油壓室1-4，待油壓表上的壓力值顯示到預(yù)定壓力值，關(guān)閉加壓油泵5-1，關(guān)閉控制閥5-4，此時(shí)，微震探頭下側(cè)表面和支撐板的支撐側(cè)弧形板面在液壓油的作用下與監(jiān)測監(jiān)測孔內(nèi)壁得以有效耦合，以監(jiān)測巖體的震動(dòng)。當(dāng)需要回收微震傳感器時(shí)，關(guān)閉供油管路上控制閥，打開回油管路上的控制閥，將加壓油泵5-1接到回油管路，對油壓室1-4內(nèi)施加負(fù)壓，使液壓油缸油壓室內(nèi)的液壓油回流到液壓油箱內(nèi)，解除了對支撐板與微震探頭的支撐力，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)施例只用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(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。