微震监测传感器安装罩及微震监测传感器的安装方法

摘要

本发明所述微震监测传感器安装罩，包括圆筒形罩体，罩体的一端设有至少4片弹性片，各弹性片环绕罩体的端部均匀分布形成一喇叭形部段，罩体的另一端设有带孔口的端盖。使用上述安装罩配合套筒和安装杆安装传感器的步骤如下：①将传感器放入安装罩中，使传感器尾部的电缆穿过安装罩端盖上的孔口伸出；②使安装罩的弹性片处于收缩状态并将安装罩完全放入套筒中，使传感器头部的螺栓露在套筒外；③将所述套筒送入钻孔中并使传感器头部的螺栓与钻孔孔底接触，用安装杆顶住安装罩的端盖使传感器头部的螺栓与钻孔孔底接触并取出套筒，弹性片自由端的端部即与钻孔的孔壁接触，在弹性片的弹性作用下，安装罩和传感器一起被固定在钻孔中，取出安装杆，即完成安装。

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，特别涉及一种微震监测传感器安装罩及微震监测传感器的安 装方法。

背景技术

岩体在受到外界扰动应力的激励后，其内部会产生局部弹塑性集中现象，当能量积聚到 某一临界值之后，就会引起岩体微裂隙的产生与扩展，微裂隙的产生与扩展伴随着弹性波或 应力波的释放并在周围岩体中的快速传播，这种弹性波在地质上被称为微震。微震监测技术 是通过布置在岩体区域的多个传感器记录岩石破裂释放出的震动波，对围岩损伤时空演化规 律、损伤机制和微破裂的强弱等情况进行评价及研究的技术。微震监测技术广泛应用于矿山、 石油、水电等工程领域。

微震监测时，现场传感器的安装质量是微震监测工作顺利开展的前提，为了保证微震监 测设备能持续和准确地采集现场数据，要求传感器稳固地安装在指定位置，但随着现场工程 施工进度的推进，为了满足监测需要，又需要及时挪动传感器的空间位置，而为了节约监测 成本，往往需要对已安装的传感器进行回收利用。

目前，微震监测传感器的安装方法主要有两类。第一类方法是将传感器安装在岩体外部， 即在岩体中打入锚杆，使锚杆尾部外露，将传感器捆绑在锚杆尾部，或者将传感器放入尾部 带内螺纹孔的金属筒中，然后将其与锚杆尾部的外螺纹进行固定。将传感器安装在岩体外部 的好处是传感器的回收方便，但由于工程施工环境复杂，安装在岩体外部的传感器容易被破 坏，并且周围环境对传感器采集微震信号的干扰较为严重，不利于微震信号的精确采集。

第二类方法是将传感器安装在岩体内部，即首先在岩体上钻取钻孔，然后将传感器固定 在钻孔的底部。将传感器固定在钻孔底部的方式有两种：一是将锚固剂附着在传感器头部的 螺栓上，然后用安装杆将传感器送至钻孔的底部并使传感器与孔底原岩粘接在一起；二是为 了保护传感器，将传感器装在金属壳体内，然后再用安装杆将附着有锚固剂的金属壳体送到 钻孔的底部并使其与孔底原岩粘接在一起。虽然该方法能减小施工现场对微震监测的干扰和 最大程度地避免传感器被破坏，但是该方法仍然存在以下不足：(1)钻孔孔壁或钻孔的底部 残留的岩屑、灰尘容易造成传感器与原岩的粘接不稳固，在微震监测过程中，受现场施工震 动的影响，部分传感器可能会脱落；(2)在岩体内部水体富集的情况下，钻孔往往是岩体内 水体的出溢处，导致传感器处于潮湿环境中，而潮湿环境容易造成锚固剂失效，进而造成传 感器脱落。传感器的脱落会造成监测数据失真，影响微震监测的准确性；(3)由于传感器或 装有传感器的壳体是粘接在孔底的原岩上的，因此在回收传感器时需要借助外力使其与孔底 原岩脱离，不但操作不便，而且费时费力；并且借助外力回收传感器容易造成传感器断裂， 当传感器与孔底原岩直接粘接时，该问题尤为突出，有时甚至会出现传感器无法回收的情况， 而传感器在回收过程中损坏或传感器无法回收，将造成较大的经济损失，导致微震监测的成 本过高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微震监测传感器安装罩及微震监测传 感器的安装方法，以提高微震传感器安装的稳定性、简化微震传感器的回收操作和避免传感 器在回收过程中被损坏。

本发明所述微震监测传感器安装罩，包括圆筒形罩体，罩体的一端设有至少4片弹性片， 各弹性片环绕罩体的端部均匀分布形成一喇叭形部段，罩体的另一端设有带孔口的端盖。

上述微震监测传感器安装罩中，所述弹性片为不锈钢弹性片。不锈钢弹性片的弹性应保 证将安装罩连通其内部的传感器稳定地固定在钻孔中，具体弹性片的厚度、数量根据工程实 践中传感器的大小、钻孔的孔径、钻孔的倾斜角度而定。所述弹性片的形状为梯形或者矩形。

上述微震监测传感器安装罩中，所述安装罩的总长度L₀与传感器本体的长度L_s相同，安 装罩罩体的长度L₁为安装罩总长度L₀的安装罩罩体的内径Φ_1i大于传感器本体的直 径Φ_s，所述安装罩的弹性片呈发散状，各弹性片的自由端位于同一圆的圆周上，各弹性片的 自由端所在圆的直径Φ₂大于待安装传感器的钻孔的孔径Φ_b。

上述微震监测传感器安装罩中，所述安装罩的各弹性片的自由端所在圆的直径Φ₂为待安 装传感器的钻孔的孔径Φ_b的1.2～1.5倍。

上述微震监测传感器安装罩中，所述弹性片的数量优选为4～12片。

上述微震监测传感器安装罩中，所述安装罩罩体的内径Φ_1i比传感器本体的直径Φ_s大 1～4mm。

本发明所述微震监测传感器的安装方法，使用套筒、安装杆和上述安装罩，所述套筒为 圆筒体，套筒的外径比待安装传感器的钻孔的内径小2～3cm，套筒的内径大于安装罩罩体的 外径；套筒的长度L_P大于所述钻孔的深度；

步骤如下：

①将传感器放入安装罩中，使传感器尾部的电缆穿过安装罩端盖上的孔口伸出，传感器 的尾部与安装罩的端盖接触；

②使安装罩的弹性片处于收缩状态并将安装罩完全放入套筒中，使传感器头部的螺栓露 在套筒外；

③将装有传感器和安装罩的套筒送入待安装传感器的钻孔钻孔中并使传感器头部的螺栓 与所述钻孔的孔底接触，然后用安装杆顶住安装罩的端盖使传感器头部的螺栓与所述钻孔的 孔底紧密接触，继后取出套筒，弹性片自由端的端部即与钻孔的孔壁接触，在弹性片的弹性 作用下，安装罩和传感器一起被固定在所述钻孔中，最后取出安装杆，即完成传感器的安装。

上述方法中，所述套筒为PVC管、金属管或者合金管，优选为PVC管或者铝管。

上述方法中，所述安装杆具有一定柔韧度的杆，例如PVC实心杆、金属杆或者合金杆， 优选为为铝杆或者PVC实心杆。

上述方法中，所述套筒的内径Φ_Pi比安装罩罩体的外径Φ_1o大2～4mm。

使用上述方法安装的传感器的回收方法如下：将套筒放入安装有传感器的钻孔中，套住 位于钻孔中装有传感器的安装罩，向钻孔的孔底施力使安装罩的弹性片收缩并与钻孔的孔壁 完全脱离，然后将所述套筒从钻孔中取出，再从套筒中取出传感器，即完成传感器的回收。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种新型的微震监测传感器安装罩，由于该安装罩由罩体和均匀分布在 罩体一端的若干弹性片组成，借助于弹性片的弹性作用，可将位于安装罩罩体中的传感器固 定在钻孔中，因此使用本发明所述安装罩不但能简化传感器的安装操作，而且通过弹性片的 弹性作用固定传感器可避免传感器因钻孔中的岩屑、灰尘或者水流等的影响而脱落，提高了 传感器在微震监测过程中的稳定性，进而提高微震监测的准确性，并且安装罩的罩体还能对 传感器起到保护作用。

2.由于本发明所述微震监测传感器安装罩是借助于弹性片的弹性作用将安装罩连同传 感器一起安装在钻孔中，通过减小弹性片的张开程度即可将内装传感器的安装罩从钻孔中取 出并回收传感器，因此使用本发明所述的安装罩安装传感器，传感器的回收是十分方便和快 捷的，并且回收传感器时不会造成传感器损坏，这有利于提高传感器的重复使用率，降低微 震监测的成本。

3.本发明提供了一种安装微震监测传感器的新方法，该方法通过套筒约束安装罩的弹性 片的张开程度即可使装有传感器的安装罩被顺利送入钻孔底部，再通过与安装杆的配合即可 将套筒从钻孔中取出，取出套筒后，弹性片依靠自身的弹性作用将安装罩连同传感器一起被 固定在钻孔中，与现有的采用锚固剂粘接固定传感器的方法相比，不但能简化安装操作、提 高安装效率，而且能避免传感器因钻孔中的岩屑、灰尘或者水流等的影响而脱落，提高了传 感器在微震监测过程中的稳定性。

4.采用本发明所述方法安装的传感器在使用后的回收操作简单，并且能够避免回收过程 中对传感器造成破坏，提高传感器的回收率，从而提高传感器的重复使用率，降低微震监测 的成本。

附图说明

图1为本发明所述传感器安装罩的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为传感器的结构示意图；

图5为岩体上的钻孔示意图；

图6为内装传感器的安装罩的示意图；

图7为套筒的结构示意图，其中图(a)为套筒的主视图，图(b)为图(a)C-C剖视图；

图8为传感器的安装过程示意图；

图中，1—安装罩、1-1—罩体、1-2—弹性片、1-3—孔口、1-4—端盖，2—传感器、2-1— 传感器本体、2-2—电缆、2-3—螺栓、2-4—六棱柱形安装件，3—钻孔，4—套筒，5—安装杆， 6—岩体，7—廊道，L₀—安装罩的总长度、L₁—罩体的长度、L₂—喇叭形部段的长度、Φ₂— 各弹性片的自由端所在圆的直径、Φ_1i—罩体的内径、Φ_1o—罩体的外径，Φ_s—传感器本体的 直径、L_s—传感器感器本体的长度，Φ_b—钻孔的孔径、H_b—钻孔的深度，L_P—套筒的长度、 Φ_Pi—套筒的内径、Φ_Po—套筒的外径。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明所述微震监测传感器安装罩及微震监测传感器的安 装方法作进一步说明。

实施例1

本实施例中，提供微震监测传感器安装罩的结构，以及将该安装罩与套筒和安装杆配合 使用安装和回收传感器的方法。

本实施例中，微震监测传感器安装罩的结构如图1所示，图1的A-A视图和B-B视图分 别如图2和图3所示，该安装罩1包括圆筒形罩体1-1，罩体1-1的一端设有10片不锈钢弹 性片1-2，各弹性片1-2环绕罩体1-1的端部均匀分布形成一喇叭形部段，罩体1-1的另一端 设有带孔口1-3的端盖1-4，孔口1-3的形状呈正六边形，与传感器尾部的六棱柱形安装件2-4 的尺寸相匹配。

待安装微震监测传感器的结构如图4所示，该传感器2由圆柱状的传感器本体2-1、设置 在传感器头部的螺栓2-3、设置传感器尾部的六棱柱形安装件2-4和从六棱柱形安装件2-4端 部引出的电缆2-2；该传感器的尺寸信息如下：传感器本体2-1的长度L_s＝126mm，传感器本 体2-1的直径Φ_s＝32mm，传感器头部的螺栓2-3的长度为20mm，传感器尾部的六棱柱形安 装件2-4横截面外接圆直径为24mm。

从廊道7中垂直于岩体6的岩壁钻取待安装传感器的钻孔3，如图5所示，钻孔3的孔 径Φ_b＝68mm，钻孔的深度H_b＝3.5m。套筒4为PVC管，其结构示意图如图7所示，套筒的 长度L_P＝4m、外径Φ_Po＝46mm、内径Φ_Pi＝40mm。安装杆5是直径为5mm的实心铝杆，安装 杆的长度为4.5m。

所述安装罩1的总长度L₀与传感器本体2-1的长度L_s相同，L₀＝L_s＝126mm，安装罩罩体 1-1的长度L₁＝86mm，各弹性片1-2形成的喇叭形部段的长度L₂＝40mm，安装罩罩体1-1的 内径Φ_1i＝33mm，安装罩罩体1-1的外径Φ₁₀＝38mm，所述安装罩的弹性片1-2呈发散状，各 弹性片的自由端位于同一圆的圆周上，各弹性片的自由端所在圆的直径Φ₂＝82mm，各弹性片 1-2在罩体1-1端部上的间距为4mm，弹性片的厚度与安装罩罩体的厚度相同，均为2.5mm。

将上述安装罩1与套筒4和安装杆5配合使用安装传感器2，安装过程的示意图见图8， 具体步骤如下：

①如图6所示，将传感器2放入安装罩1中，使传感器2尾部的电缆2-2穿过安装罩端 盖上的孔口1-3伸出，并将传感器的尾部的六棱柱形安装件2-4卡在孔口1-3中；

②使安装罩的弹性片1-2处于收缩状态并将安装罩1完全放入套筒4中，使传感器头部 的螺栓2-3露在套筒4外；

③将装有传感器和安装罩的套筒4送入待安装传感器的钻孔3中并使传感器头部的螺栓 2-3与钻孔3的孔底接触，然后将安装杆5插入钻孔3中并用安装杆5顶住安装罩的端盖1-4 使传感器头部的螺栓2-3与钻孔3的孔底紧密接触，继后缓慢取出套筒4，弹性片1-2自由端 的端部即与钻孔3的孔壁接触，在弹性片的弹性作用下，安装罩和传感器一起被固定在钻孔 3中，最后取出安装杆5，即完成传感器的安装。

上述传感器的回收方法如下：将套筒4放入钻孔3中，套住位于钻孔3中装有传感器的 安装罩1，向钻孔3的孔底施力使安装罩的弹性片1-2收缩并与钻孔3的孔壁完全脱离，然后 将所述套筒从钻孔中取出，再从套筒中取出传感器，即完成传感器的回收。

实施例2

本实施例中，提供微震监测传感器安装罩的结构，以及将该安装罩与套筒和安装杆配合 使用安装和回收传感器的方法。

本实施例中，微震监测传感器安装罩的结构示意图类似于图1，该安装罩1包括圆筒形 罩体1-1，罩体1-1的一端设有4片不锈钢弹性片1-2，各弹性片1-2环绕罩体1-1的端部均 匀分布形成一喇叭形部段，罩体1-1的另一端设有带孔口1-3的端盖1-4，孔口1-3的形状呈 正六边形，与传感器尾部的六棱柱形安装件2-4的尺寸相匹配。

待安装微震监测传感器的结构如图4所示，该传感器2由圆柱状的传感器本体2-1、设置 在传感器头部的螺栓2-3、设置传感器尾部的六棱柱形安装件2-4和从六棱柱形安装件2-4端 部引出的电缆2-2；该传感器的尺寸信息如下：传感器本体2-1的长度L_s＝200mm，传感器本 体2-1的直径Φ_s＝56mm，传感器头部的螺栓2-3的长度为28mm，传感器尾部的六棱柱形安 装件2-4横截面外接圆直径为32mm。

从廊道7中垂直于岩体6的岩壁钻取待安装传感器的钻孔3，如图5所示，钻孔3的孔 径Φ_b＝94mm，钻孔的深度H_b＝3m。套筒4为铝管，其其结构示意图如图7所示，套筒的长 度L_P＝3.5m、外径Φ_Po＝72mm、内径Φ_Pi＝68mm。安装杆5是直径为10mm的PVC实心杆， 安装杆的长度为4m。

所述安装罩1的总长度L₀与传感器本体2-1的长度L_s相同，L₀＝L_s＝200mm，安装罩罩体 1-1的长度L₁＝150mm，各弹性片1-2形成的喇叭形部段的长度L₂＝50mm，安装罩罩体1-1的 内径Φ_1i＝60mm，安装罩罩体1-1的外径Φ₁₀＝64mm，所述安装罩的弹性片1-2呈发散状，各 弹性片的自由端位于同一圆的圆周上，各弹性片的自由端所在圆的直径Φ₂＝140mm，各弹性 片1-2在罩体1-1端部上的间距为18mm，弹性片的厚度与安装罩罩体的厚度相同，均为2mm。

将上述安装罩1与套筒4和安装杆5配合使用安装传感器2，安装过程的示意图见图8， 具体步骤如下：

①如图6所示，将传感器2放入安装罩1中，使传感器2尾部的电缆2-2穿过安装罩端 盖上的孔口1-3伸出，并将传感器的尾部的六棱柱形安装件2-4卡在孔口1-3中；

②使安装罩的弹性片1-2处于收缩状态并将安装罩1完全放入套筒4中，使传感器头部 的螺栓2-3露在套筒4外；

③将装有传感器和安装罩的套筒4送入待安装传感器的钻孔3中并使传感器头部的螺栓 2-3与钻孔3的孔底接触，然后将安装杆5插入钻孔3中并用安装杆5顶住安装罩的端盖1-4 使传感器头部的螺栓2-3与钻孔3的孔底紧密接触，继后缓慢取出套筒4，弹性片1-2自由端 的端部即与钻孔3的孔壁接触，在弹性片的弹性作用下，安装罩和传感器一起被固定在钻孔 3中，最后取出安装杆5，即完成传感器的安装。

上述传感器的回收方法如下：将套筒4放入钻孔3中，套住位于钻孔3中装有传感器的 安装罩1，向钻孔的孔底施力使安装罩的弹性片1-2收缩并与钻孔3的孔壁完全脱离，然后将 所述套筒从钻孔中取出，再从套筒中取出传感器，即完成传感器的回收。