一種可伸張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微震傳感器的安裝固定和回收技術，尤其是將微震傳感器用于井下鉆孔埋入式的便捷支撐固定安裝和回收的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]我國是世界上最大的產煤國，2011年以來，我國能源生產和消費結構逐漸發(fā)生變化，但煤炭消費總量逐步增加，國民經濟發(fā)展仍需要煤炭資源的大力支撐。相關數據顯示，煤炭能源的生產和利用對我國生產總值和增量的貢獻率達分別到15%和18%左右。至2013年，我國一次能源生產總量中，原煤占75.6%;—次能源消費總量中，原煤占66%。預計到2050年這一比例仍將維持在50%以上，煤炭資源在我國能源結構中的主體地位在相當長的一段時期內很難改變。
[0003]近年來，我國安全生產形勢持續(xù)好轉，2014年百萬噸煤死亡人數從2002年的5.8人下降到0.25人，但整體形勢仍然不容樂觀，相較發(fā)達國家還有一定的差距。對2009?2014年各省煤礦事故起數和重大事故起數統(tǒng)計表明，貴州、四川、重慶、云南、湖南等22個主要產煤省份中頂板、瓦斯、水害是煤礦事故的主要類別。而這些事故主要是由煤巖體破裂或受采掘應力、地應力等不均衡所導致的，其災變過程均伴隨微破裂的萌生、發(fā)展、貫通等煤巖體破裂失穩(wěn)過程，即微破裂是煤礦動力災害的重要前兆特征。因此，在研宄煤礦災害發(fā)生機理的基礎上，利用先進的監(jiān)測監(jiān)控技術研宄煤巖體微破裂前兆信號特征是煤礦災害防治的重要手段。
[0004]目前，微震技術主要應用于巖石穩(wěn)定性監(jiān)測，在煤礦中則主要用于沖擊地壓的監(jiān)測，并取得較好的效果，而在預測預報煤與瓦斯突出方面，研宄應用較少，尚處于探索和研宄階段。煤與瓦斯突出的發(fā)生和發(fā)展伴隨著煤體微破裂、煤體失穩(wěn)、瓦斯動力現(xiàn)象等眾多事件，微震監(jiān)測技術可以對這些眾多事件進行實時監(jiān)測、辨識和定位，通過對微震信號的準確分析可以對煤巖體裂隙、應力變化和瓦斯突出等變化過程進行監(jiān)測，從而對煤與瓦斯突出進行預警。因此，微震技術是當前煤與瓦斯突出預警的重要方向，而且也是今后突出預測及綜合防突技術發(fā)展的長遠方向。
[0005]2011年，貴州省礦山安全科學研宄院從加拿大引進了 ESG微震監(jiān)測系統(tǒng)，組建團隊開展基于微震預警煤與瓦斯突出研宄。至今，已在重慶大學資源及環(huán)境科學院煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室完成了煤與瓦斯突出致災過程的微震實驗特性研宄，并在貴州省典型礦井一一林華煤礦、義忠煤礦陸續(xù)開展了微震監(jiān)測系統(tǒng)建設及煤與瓦斯突出預警方法研宄，為進一步實現(xiàn)煤與瓦斯突出預測和預警、提高煤與瓦斯突出預警的準確性和前瞻性奠定了前期基礎。
[0006]目前，微震傳感器的安裝方式可歸納為埋入式和外掛式。埋入式安裝主要通過錨固劑的耦合作用固定傳感器，該方式可以有效監(jiān)測煤巖體內部的微破裂活動，但安裝過程復雜，需多人配合作業(yè)，耗時較長，一旦鉆孔變形、塌孔等，就會造成傳感器損壞、回收困難甚至無法回收；外掛式安裝能夠實現(xiàn)安裝和回收過程的快速、便捷，但監(jiān)測過程受外界干擾信號影響較大。鑒于微震傳感器是精密儀器，價格昂貴，在安裝固定和回收過程中，需要加強防護，避免造成不可彌補的損壞甚至無法回收，減少資源浪費和經濟損失。
[0007]綜上所述，研發(fā)一種既能深入煤巖體內部，提高微震監(jiān)測信號的質量，又能支撐鉆孔、保護傳感器，方便快捷的對傳感器進行安裝固定和回收利用的方法和裝置是非常必要的。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是解決鉆孔內安裝和回收微震傳感器現(xiàn)有技術和設備的不足，提供一種實現(xiàn)可伸張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置。
[0009]本發(fā)明的目的是使傳感器通過鉆孔進入煤巖體內部，并與煤巖體緊密耦合在一起，提高監(jiān)測煤巖體微破裂信號的質量；在鉆孔出現(xiàn)變形或者塌孔時，有效保護傳感器；同時減少裝卸過程中的工程量，避免傳感器回收困難或回收過程中導致傳感器損傷、毀壞甚至無法回收，減少人力、物力的耗費，實現(xiàn)傳感器的快速、便捷的安裝和回收。
[0010]本發(fā)明一種可伸張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置，是由防護罩、連接套管、可伸張支撐固定結構三部分組成，防護罩由契合錐、固定軸、帶篩孔的罩壁簡稱罩壁組成；連接套管兩端分別帶有內外螺紋，可連接、拆卸；可伸張支撐固定結構簡稱固定結構由支撐軸、連接環(huán)、“骨架”、限位栓、限位槽、支撐管、松緊桿、帶有擋板的松緊帽簡稱松緊帽、松緊軸組成，防護罩一端契合錐與煤體緊密接觸，使微震傳感器簡稱傳感器與鉆孔底部煤體耦合良好，微震傳感器位于防護罩內，固定在防護罩固定軸上，防護罩另一端與連接管通過內螺紋連接，連接管的另一端通過內螺紋與固定結構的支撐軸連接，連接管與支撐軸的連接一直可延伸到連接環(huán)，“骨架”受到擠壓時可以伸張，“骨架”的擠壓力來自旋轉在松緊軸上的帶有擋板的松緊帽，旋緊松緊帽，頂牢松緊桿，推動支撐管迫使“骨架”張開，使整個裝置埋入支撐固定在鉆孔的煤體中，連接傳感器的電纜簡稱電纜穿過連接套管、固定結構，并將防護罩、連接套管和固定結構依次連接在一起，直通裝置之外。
[0011]可伸張支撐固定結構上支撐管上有限位槽，在松緊桿上設限位栓，使支撐管和松緊桿不致錯位，對“骨架”起到保護作用，并使松緊桿在支撐管中能前后移動。
[0012]連接環(huán)固定在“骨架”的兩端，“骨架”的兩端插在連接環(huán)環(huán)形槽的轉動槽處，用串線固定，“骨架”兩端在轉動槽中沿串線可以轉動，并使“骨架”張開、閉合，如雨傘撐開合攏。
[0013]連接管兩端分別帶有內外螺紋，可以連接、拆卸，并能使傳感器順暢通過連接管安裝防護罩內，連接管的長短可根據不同長度的鉆孔的變化而變化。
[0014]可伸張支撐固定結構，內端為支撐管，外端為松緊軸，帶有擋板的松緊帽旋在松緊軸上，支撐軸旋入到連接套管中，頂牢松緊桿，推動支撐管，使“骨架”結構張開，旋緊外部帶有擋板的松緊帽，支撐固定在鉆孔中，回收時，旋下松緊帽，拉動支撐管，使“骨架”結構閉合，取出松緊桿、連接套管、防護罩和傳感器。
[0015]回收微震傳感器時，旋下松緊帽，拉動支撐管，使“骨架”閉合，取出松緊桿，連接管，防護罩和傳感器。
[0016]當連接管和防護罩無法從鉆孔中拉出時，旋下可伸張支撐固定結構，用回收套筒穿過連接管取出傳感器。
[0017]利用回收套筒伸進連接管，套筒口的內螺紋與傳感器前端的螺絲連接，旋轉取下固定在防護罩內固定軸上的微震傳感器，通過連接管取出傳感器。
[0018]本發(fā)明一種可伸張埋入式固定和回收微震傳感器裝置的使用方法，其特征是利用可伸張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置按下列具體步驟進行傳感器的安裝固定和回收:
a.根據監(jiān)測方案設計傳感器安裝方位和傾角，在井下施工滿足要求的鉆孔；
b.將傳感器固定在防護罩的固定軸上；
c.將傳感器電纜穿過防護罩、連接套管、可伸張支撐固定結構，并將防護罩、連接套管、可伸張支撐固定結構等依次連接在一起；
d.推動連接套管和松緊桿，將防護罩和傳感器送入鉆孔孔底，契合錐與煤體緊密接觸，使傳感器與孔底煤體耦合良好；
e.頂緊松緊桿，推動支撐管，使“骨架”結構張開，旋緊松緊帽，支撐固定在鉆孔中；
f.回收時，旋下松緊帽，拉動支撐管，使“骨架”結構閉合，拉出連接套管、防護罩和傳感器，以備后期繼續(xù)循環(huán)使用；
g.當連接套管和防護罩無法從鉆孔中拉出時，旋下可伸張支撐固定結構，用回收套筒穿過連接套管取出傳感器。
[0019]本發(fā)明的直接效果在于可以快速、便捷的將傳感器安裝在煤巖體鉆孔中，并與煤巖體耦合良好，有效監(jiān)測煤巖體中的微破裂，減少信號的衰減，提高微震監(jiān)測信號的質量；回收傳感器時，同樣具有安全、快捷、可靠、經濟的特點，能有效避免傳感器回收困難或損傷破壞甚至無法回收；同時，可拆卸式連接套管既能對鉆孔起到支撐作用，又能適應不同深度鉆孔的安裝需要，尤其是在鉆孔變形嚴重、防護罩等被壓實的情況下，提供了利用傳感器回收套筒回收傳感器的安全通道。本發(fā)明能有效減少傳感器裝卸的時間，節(jié)約大量的人力、物力，并保證了精密元件微震傳感器的完好回收和重復利用，能大幅降低監(jiān)測成本，提高煤礦監(jiān)測的經濟效益。
【附圖說明】
[0020]圖1是可伸張埋入式固定和回收微震傳感器裝置示意圖；
圖2是防護罩示意圖；
圖3是連接套管示意圖；
圖4是可伸張支撐固定結構示意圖；
圖5是連接環(huán)結構示意圖；
圖6是回收套筒示意圖。
[0021]圖中的標號分別為:1、契合錐；2、固定軸；3、帶篩孔的罩壁簡稱罩壁；4、微震傳感器簡稱傳感器；5、連接傳感器之電纜簡稱電纜；6、連接套管；7、支撐軸；8、連接環(huán)，8-1、環(huán)，
8-2、轉動槽，8-3、環(huán)形槽，8-4串線；9、“骨架”;10、限位栓；11、限位槽；12、支撐管；13、松緊桿；14、帶擋板的松緊帽簡稱松緊帽；15、松緊軸；16、鉆孔；17、煤體；18、回收套筒；19、套筒口。
【具體實施方式】
[0022]以下提供本發(fā)明一種可伸張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置及其使用方法的【具體實施方式】。
[0023]下面結合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明一種可伸張張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置及使用方法做進一步說明:
本發(fā)明一種可伸張埋入式固定和回收微震傳感器的裝置，如圖1該裝置由防護罩圖2、連接套管圖3、可伸張支撐固定結構圖4三部分組成，防護罩由契合錐1、固定軸2、帶篩孔的罩壁簡稱罩壁3組成；連接套管6兩端分別帶有內外螺紋，可連接、拆卸；可伸張支撐固定結構簡稱固定結構由支撐軸7、連接環(huán)8、“骨架”9、限位栓10、限位槽11、支撐管12、松緊桿13、帶有擋板的松緊帽簡稱松緊帽14、松緊軸15組成，防護罩一端契合錐I與煤體