[发明专利]一种隧道顶部孔内微震传感器的安装与回收装置及方法

说明书

本发明涉及一种隧道顶部孔内微震传感器的安装与回收装置及方法，装置包括：孔底固定槽，其外壁通过水泥砂浆固定于钻孔内；其内槽包括第一安装槽和第二安装槽；第一安装槽内粘结有孔底电磁铁；第二安装槽内安装有钢制圆锥台；微震传感器顶部与钢制圆锥台底部粘结，其底部与中部磁铁顶部粘结；孔口固定套筒通过水泥砂浆固定钻孔的孔口内壁上；孔口固定套筒外部通过孔口电磁铁承载体封堵，且与孔口电磁铁承载体可拆卸连接；孔口电磁铁承载体顶部粘结孔口电磁铁，且孔口电磁铁和中部磁铁通电后磁力极性相反；电位器布置钻孔外，电磁铁各有一股导线与电位器的触点一和触点二串联，通过滑动端改变电位器的阻值调节电磁铁磁力大小。

技术领域

本发明涉及隧道开挖过程中岩爆、塌方、片帮等岩体失稳风险的监测，同时还可应用于地下矿山、地铁、地下厂房等地下空间建设中的岩体稳定性微震监测技术领域，更具体的说是涉及一种隧道顶部孔内微震传感器的安装与回收装置及方法。

背景技术

在隧道开挖过程中，岩体微裂隙会伴随着爆破振动及地应力重分布产生及开展，并释放出弹性波。对于高地应力脆性岩体，往往会产生岩爆等动力灾害。微震监测技术通过在岩体中布设传感器，探测岩体破裂过程所释放的弹性波，实现数据实时自动采集、自动分析与自动定位。对岩石工程动力型灾害进行24小时不间断监测，获取灾害孕育全过程的信息、特征和规律。该技术为监测范围内的岩体稳定性评估、灾害预警预报提供了依据，为工程管理和灾害防治提供了技术保障。目前，微震监测技术广泛应用于隧道、矿山、水电等工程领域的稳定性监测和灾害预警研究。

在微震监测系统搭建过程中，首要考虑的问题是如何确保微震传感器能有效接收岩体破裂信号。目前一般采用两种方式：埋入式和外挂式。埋入式主要是将传感器置于钻孔内，通过耦合剂粘结固定在钻孔底部。这种方法虽然能够保证传感器与岩体耦合良好，但是安装工序相对复杂，最为重要的问题是传感器无法回收。因此，该方法一般应用于矿山固定采场、永久边坡及水电站大坝等固定区域的监测。对于线性隧道开挖过程中，微震事件往往集中于开挖掌子面区域。为了有效接收岩体破裂波形，传感器往往布置在距掌子面60～100m的区域，并且随着隧道掌子面的前进而移动。为了实现传感器的快速安装及便捷回收，行业内一般采用外挂式安设传感器，即将传感器安装在隧道锚杆的端部，或直接固定在围岩表面。然而，这种方法一方面受施工扰动影响，传感器往往受到破坏；另一方面，围岩表面岩体往往位于松动圈内，裂隙较为密集。现有研究表明，声波在破碎岩体中传播存在明显的衰减现象。因此，为了保证连续有效的接收岩体破裂波形，人们越来越偏重于研究如何实现孔内微震传感器的安装与回收。孔内传感器安装一般采用机械式固定，即采用倒楔式或伞式辅助装置充填传感器与孔壁之间的孔隙。相比孔外安装，这种安装方式不仅可可将传感器置于孔内未扰动岩体内，同时也可以实现传感器的回收。然而，这种方式传感器需要外力通过安装杆传导到孔内装置上，实现装置的安装回收，操作不便。为了解决上述问题，改进的装置将微震置于锥形体内，通过卡扣将锥形体固定在安装装置底部，并粘结于钻孔底部。回收时，通过绳、齿轮的传导，将孔外拉力传导到孔内卡扣上，使传感器锥形体脱离安装装置。然而，这种方法的主要缺点在于安装装置过于复杂，若个别部件失效或损坏，传感器将无法回收。同时，对于隧道顶部孔内的微震传感器的回收，卡扣打开后，传感器会在重力作用下掉落，导致存在传感器损坏或扎伤施工人员的风险。总体而言，对于隧道顶部孔内的微震传感器安装与回收方法，存在以下几点困难：

(1)传感器安装与回收装置复杂，制作精度要求较高；

(2)传感器回收过程中，传感器与安装装置脱离困难；

(3)传感器回收过程中，传感器在孔内不能平稳下落或需额外支撑杆辅助下落；

(4)传感器如若损坏，难以更换同一钻孔的传感器。

因此，如何提供一种传感器回收容易且平稳，且便于更换同一钻孔传感器的隧道顶部孔内的微震传感器安装与回收装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容