CN115166819A - 一种易回收的检波器安装结构及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易回收的检波器安装结构及监测方法，包括检波器，在检波器前端通过固定胶设置有固定头，所述检波器及固定头安装在可变材料制成的模型中，其中固定头的部分主体伸出可变材料制成的模型，在可变材料制成的模型中嵌入有螺旋状电热丝，所述螺旋状电热丝可包裹在检波器周围，在固定头前端设置有传送头，在传送头前端设置钻杆连接装置，并通过钻杆连接装置与钻杆连接，实现钻杆将可变材料制成的模型装入或取出对应钻孔内；本发明能回收重复多次利用，降低成本，提高经济效益；结构简单稳定，收集数据精确；施工快速，提高工作效率。

Description

一种易回收的检波器安装结构及监测方法

技术领域

本发明涉及地质微震监测技术领域，具体为一种易回收的检波器安装结构及监测方法。

背景技术

地下矿山中，微震监测是基于大数据分析技术对微震监测数据与围岩、矿山监测区域应力变化情况分析，找出不同因素主导作用下动力灾害发生的震源诱发机制和动力灾害发生的前兆信息，为实现对监测区域矿山地质超前预报与矿山动力灾害的预警提供可靠技术。现阶段接收微震数据的检波器安装方式主要有永久性安装回收式安装两种，永久性安装是使用树脂锚固剂、水泥等粘合材料将传感器永久性封入孔底，虽然这种方式具有较好的监测效果，但是微震传感器的价格比较昂贵，大大增加了微震监测工程的，造成巨大的经济损失。而且这种安装方式在传感器有故障的时候，无法对传感器进行维修，必须重新打孔安装，会使后期分析数据的时候存在偏差。回收式安装方式就是直接将检波器放入孔底，虽然解决了传感器的回收利用和维修问题，但是这种安装方式下的传感器与安装孔内的岩壁耦合情况比较差，周边的爆破作业可能会使传感器发生微小震动位移，从而使传感器接收到来源不明的数据，影响后期分析数据的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易回收的检波器安装结构及监测方法，通过检波器与岩体之间用石蜡充填没有空隙，使收集到的数据更精确；回收检波器可多次利用，降低工程投入成本，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种易回收的检波器安装结构，包括检波器，在检波器前端通过固定胶设置有固定头，所述检波器及固定头安装在可变材料制成的模型中，其中固定头的部分主体伸出可变材料制成的模型；

作为本发明的进一步方案：在可变材料制成的模型中嵌入有螺旋状电热丝，所述螺旋状电热丝可包裹在检波器周围；

作为本发明的进一步方案：在固定头前端设置有传送头，在传送头前端设置钻杆连接装置，并通过钻杆连接装置与钻杆连接，实现钻杆将可变材料制成的模型装入或取出对应钻孔内。

作为本发明的进一步方案：所述可变材料制成的模型包括前端中部设置有浅槽的柱状石蜡，所述柱状石蜡外表面包裹一层具有弹性的耐磨薄塑料，且实现对柱状石蜡进行密封。

作为本发明的进一步方案：所述检波器放入到柱状石蜡的浅槽内，所述固定头与其接触的耐磨薄塑料连接，使得后期可变材料制成的模型发生变形时检波器都会位于后期可变材料制成的模型中。

作为本发明的进一步方案：所述固定头中部设置通孔，在传送头中部设置有检波器数据线孔，该通孔位置与检波器数据线孔位置对应，实现将检波器上的检波器数据线引出钻孔与外部对应设备连接；

作为本发明的进一步方案：所述固定头的伸出部分外部设置外螺纹，在传送头尾端设置有螺纹孔浅槽，实现固定头与传送头配合连接。

作为本发明的进一步方案：在传送头均布布置排气孔，所述传送头的内侧表面与可变材料制成的模型对应，实现对可变材料制成的模型进行压缩或拉伸变形；

作为本发明的进一步方案：所述传送头上其中一个排气孔可作为电热丝线孔将电热丝导线引出钻孔且与外部的电源连通。

作为本发明的进一步方案：所述钻杆连接装置包括连接头，该连接头与传送头的前端固定连接；所述连接头前端设置有连接套且彼此通过螺纹连接；所述连接套与钻杆通过可拆卸连接。

作为本发明的进一步方案：所述连接头与传送头之间设置多根斜撑杆，所述斜撑杆呈中心对称方式分布在传送头的轴线周围，实现在外力作用时可通过斜撑杆对连接头进行多点式均匀施力，从而实现对可变材料制成的模型进行面受力变形。

作为本发明的进一步方案：所述连接套的前端为浅槽结构，在浅槽结构内固定设置有滚动轴承，在滚动轴承的中部转套上固定设置有弹簧，在浅槽结构处的连接套上对称设置有钩状的连接滑槽；

作为本发明的进一步方案：所述连接套通过连接杆与钻杆连接；所述连接杆的前端通过螺纹连接方式与钻杆连接，在连接杆尾端设置有弹簧槽，使得弹簧可嵌入到弹簧槽内，在连接杆尾端表面对称设置有闭环式滑杆，所述闭环式滑杆与连接滑槽配合，通过转动连接杆以及弹簧的作用下，闭环式滑杆可扣入连接滑槽彼此卡住实现连接套与连接杆的连接。

一种易回收的检波器安装结构的监测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据检波器、传送头、固定头的尺寸和石蜡的密度计算出所需石蜡模型尺寸，计算出石蜡使用质量；预制模具，将电热丝放在模具内部，用石蜡浇筑制成；再用具有弹性的耐磨薄塑料包裹石蜡模型密封制成可变材料制成的模型；

步骤二、用岩芯钻杆打出设计安装的孔深，将岩芯取出，岩芯钻杆留下在孔内，将岩芯钻杆向孔外抽出一段长度为检波器长度的钻孔空间；

步骤三、检波器数据线穿过固定头中部上的通孔，使用石头胶将检波器与固定头连接固定；

步骤四、检波器数据线再穿过传送头上的检波器数据线孔，固定头与传送头旋转螺纹连接固定；

步骤五、将模型上的电热丝导线穿过传送头上的电热丝导线孔，通过传送头实现可变材料制成的模型将检波器与固定头包裹；

步骤六、将传送头、钻杆连接装置、连接杆、钻杆依次相连，用钻杆将连接好的装置送进钻孔孔底

步骤七、根据石蜡熔点t、石蜡比热容为C、，环境温度为t0，石蜡模型所用材料质量为m，电热丝功率为P，电热丝加热使石蜡包融化所需时间为T，根据比热容计算公式Q＝Cm(t-t0)与电热丝发热做功W＝PT得出，使可变材料制成的模型融化所需时间T＝Cm(t-t0)/P；将电热丝导线通电T时间；

步骤八、计算将可变材料制成的模型充满孔壁使检波器与孔壁之间没有空隙空间大小，需要将石蜡融化后继续向孔底推送长度L；

步骤九、将电热丝导线通电T，加热石蜡包使其融化，再用钻杆向孔内施加一定的压力，将钻杆继续向孔底推送使长度L，石蜡包与孔内岩壁完全贴合，静置一段时间，待可变材料制成的模型凝固之后，转动钻杆，可使连接杆与连接套脱开，取出连接杆和钻杆，用炮泥封堵孔口

步骤十、传感器震动信号转换成可衡量的电子信号，数据采集器将来自传感器的模拟信号转换成数字格式，同时数据被传输到中央计算机储存或处理，系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能回收重复多次利用，降低成本，提高经济效益；结构简单稳定，收集数据精确；施工快速，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构式示意图；

图2为本发明装入钻孔内的结构示意图；

图3为本发明中柱状石蜡的结构示意图；

图4为本发明中固定头的结构示意图；

图5为本发明中传送头的结构示意图；

图6为本发明中钻杆连接装置的结构示意图；

图7为本发明中连接套的结构示意图；

图8为本发明中连接套的内部结构示意图；

图9为本发明中连接杆的结构示意图。

图中：1、检波器；1.1、检波器数据线；2、固定头；3、可变材料制成的模型；3.1、柱状石蜡；4、电热丝；4.1、电热丝线孔；5、传送头；5.1、检波器数据线孔；5.2、排气孔；6、钻杆连接装置；7、钻杆；8、电热丝导线；9、连接头；10、连接套；11、斜撑杆；12、滚动轴承；13、弹簧；14、连接滑槽；15、连接杆；16、闭环式滑杆；17、钻孔；18、岩芯钻杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种易回收的检波器安装结构，包括检波器1，在检波器1前端通过固定胶设置有固定头2，所述检波器1及固定头2安装在可变材料制成的模型3中，其中固定头2的部分主体伸出可变材料制成的模型3，所述可变材料制成的模型3包括前端中部设置有浅槽的柱状石蜡3.1，所述柱状石蜡3.1外表面包裹一层具有弹性的耐磨薄塑料，且实现对柱状石蜡3.1进行密封，所述检波器1放入到柱状石蜡3.1的浅槽3.11内，所述固定头2与其接触的耐磨薄塑料连接，使得后期可变材料制成的模型3发生变形时检波器1都会位于后期可变材料制成的模型3中；在可变材料制成的模型3中嵌入有螺旋状电热丝4，所述螺旋状电热丝4可包裹在检波器1周围；在固定头2前端设置有传送头5，在传送头5前端设置钻杆连接装置6，并通过钻杆连接装置6与钻杆7连接，实现钻杆7将可变材料制成的模型3装入或取出对应钻孔17内。

所述固定头2中部设置通孔，在传送头5中部设置有检波器数据线孔5.1，该通孔位置与检波器数据线孔位置对应，实现将检波器1上的检波器数据线1.1引出钻孔与外部对应设备连接；所述固定头2的伸出部分外部设置外螺纹，在传送头5尾端设置有螺纹孔浅槽，实现固定头2与传送头5配合连接。

在传送头5均布布置排气孔5.2，所述传送头5的内侧表面与可变材料制成的模型3对应，实现对可变材料制成的模型3进行压缩或拉伸变形所述传送头5上其中一个排气孔可作为电热丝线孔4.1将电热丝导线8引出钻孔17且与外部的电源连通。

所述钻杆连接装置6包括连接头9，该连接头9与传送头5的前端固定连接；所述连接头9前端设置有连接套10且彼此通过螺纹连接；所述连接套10与钻杆7通过可拆卸连接；所述连接头9与传送头5之间设置多根斜撑杆11，所述斜撑杆11呈中心对称方式分布在传送头5的轴线周围，实现在外力作用时可通过斜撑杆11对连接头9进行多点式均匀施力，从而实现对可变材料制成的模型3进行面受力变形；所述连接套10的前端为浅槽结构，在浅槽结构内固定设置有滚动轴承12，在滚动轴承12的中部转套上固定设置有弹簧13，在浅槽结构处的连接套10上对称设置有钩状的连接滑槽14；所述连接套10通过连接杆15与钻杆7连接；所述连接杆15的前端通过螺纹连接方式与钻杆7连接，在连接杆15尾端设置有弹簧槽，使得弹簧13可嵌入到弹簧槽内，在连接杆15尾端表面对称设置有闭环式滑杆16，所述闭环式滑杆16与连接滑槽14配合，通过转动连接杆15以及弹簧的作用下，闭环式滑杆16可扣入连接滑槽14彼此卡住实现连接套10与连接杆15的连接。

一种采用易回收的检波器安装结构的监测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据检波器1、传送头5、固定头2的尺寸和石蜡3.1的密度计算出所需石蜡模型尺寸，计算出石蜡使用质量；预制模具，将电热丝4放在模具内部，用石蜡浇筑制成；再用具有弹性的耐磨薄塑料包裹石蜡模型密封制成可变材料制成的模型3；

步骤二、用岩芯钻杆18打出设计安装的孔深，将岩芯取出，岩芯钻杆18留下在孔内，将岩芯钻杆向孔外抽出一段长度为检波器长度的钻孔17空间；

步骤三、检波器数据线1.1穿过固定头2中部上的通孔，使用石头胶将检波器1与固定头2连接固定；

步骤四、检波器数据线1.1再穿过传送头5上的检波器数据线孔5.1，固定头2与传送头5旋转螺纹连接固定；

步骤五、将模型3上的电热丝导线8穿过传送头5上的电热丝导线孔4.1，通过传送头5实现可变材料制成的模型3将检波器1与固定头2包裹；

步骤六、将传送头5、钻杆连接装置6、连接杆15、钻杆7依次相连，用钻杆7将连接好的装置送进钻孔17孔底

步骤七、根据石蜡熔点t、石蜡比热容为C、，环境温度为t0，石蜡模型所用材料质量为m，电热丝功率为P，电热丝加热使石蜡包融化所需时间为T，根据比热容计算公式Q＝Cm(t-t0)与电热丝发热做功W＝PT得出，使可变材料制成的模型3融化所需时间T＝Cm(t-t0)/P；将电热丝导线通电T时间；

步骤八、计算将可变材料制成的模型3充满孔壁使检波器与孔壁之间没有空隙空间大小，需要将石蜡融化后继续向孔底推送长度L；

步骤九、将电热丝导线通电T，加热石蜡包使其融化，再用钻杆向孔内施加一定的压力，将钻杆继续向孔底推送使长度L，石蜡包与孔内岩壁完全贴合，静置一段时间，待可变材料制成的模型3凝固之后，转动钻杆7，可使连接杆15与连接套10脱开，取出连接杆15和钻杆7，用炮泥封堵孔口

步骤十、传感器震动信号转换成可衡量的电子信号，数据采集器将来自传感器的模拟信号转换成数字格式，同时数据被传输到中央计算机储存或处理，系统。

其中各个部件、钻孔等具体参数和实际应用过程：

1、岩石芯钻杆外径96mm，内径94mm；传送头外径93mm，内径91mm，长100mm；

IMS三分量传感器直径51mm，长度300mm；固定头直径51mm，长度30mm。

根据检波器、传送头、固定头的尺寸，预制石蜡模型的内孔直径52mm，内孔深度350mm，石蜡模型外直径90mm，长度400mm。

石蜡密度为0.9g/cm³，计算出石蜡使用质量m＝[π(90/2)²×400-π(52/2)×350]/103×0.9≈1620g。

预制模具，将电热丝放在模具内部，用石蜡浇筑制成石蜡模型，再用具有弹性的耐磨薄塑料包裹石蜡模型密封制成可变材料制成的模型。

2、岩芯钻杆打出孔深5m，孔径98mm的安装孔，将岩芯钻杆向孔口抽出350mm。

3、检波器数据线穿过固定头中心孔，使用石头胶将检波器与固定头连接固定。

4、检波器数据线穿过传送头上的检波器数据线孔，固定头与传送头旋转连接固定。

5、将可变材料制成的模型上的电热丝导线穿过传送头上的电热丝导线孔，将可变材料制成的模型塞进传送头内，可变材料制成的模型将检波器与固定头包裹。

6、将传送头、连接管、连接杆、钻杆依次相连，用钻杆将连接好的装置送进孔底。

7、石蜡熔点t为50℃，石蜡比热容为C＝3.2×10³J/(kg·℃)，环境温度为t0＝25℃，石蜡模型所用材料质量为m＝1.62kg，电热丝功率为P＝500w，电热丝加热使可变材料制成的模型融化所需时间为T，根据比热容计算公式Q＝Cm(t-t0)与电热丝发热做功W＝PT得出，使可变材料制成的模型融化所需时间T＝Cm(t-t0)/P＝3.2×10³×1.62×(50-25)/500＝260s。

8、计算将石蜡包充满孔壁使检波器与孔壁之间没有空隙，需要将石蜡融化后继续向孔底推送长度

L＝400-{[π(90/2)²×400-π(52/2)²×350+π(51/2)²×300

+π(51/2)²×30-π(91/2)²×100]/π(98/2)2+100}≈5.8m

将电热丝导线通电260s，加热石蜡包使其融化，再用钻杆向孔内施加一定的压力，将钻杆继续向孔底推送使长度5.8m，石蜡包与孔内岩壁完全贴合。

10、静置一段时间，待石蜡包凝固之后，转动钻杆，可使连接杆与连接管脱开，取出连接杆和钻杆，用炮泥封堵孔口。

11、传感器震动信号转换成可衡量的电子信号，数据采集器将来自传感器的模拟信号转换成数字格式，同时数据被传输到中央计算机储存或处理，系统。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种易回收的检波器安装结构，包括检波器(1)，在检波器(1)前端通过固定胶设置有固定头(2)，其特征在于：

所述检波器(1)及固定头(2)安装在可变材料制成的模型(3)中，其中固定头(2)的部分主体伸出可变材料制成的模型(3)；

在可变材料制成的模型(3)中嵌入有螺旋状电热丝(4)，所述螺旋状电热丝(4)可包裹在检波器(1)周围；

在固定头(2)前端设置有传送头(5)，在传送头(5)前端设置钻杆连接装置(6)，并通过钻杆连接装置(6)与钻杆(7)连接，实现钻杆(7)将可变材料制成的模型(3)装入或取出对应钻孔(17)内。

2.根据权利要求1所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：所述可变材料制成的模型(3)包括前端中部设置有浅槽的柱状石蜡(3.1)，所述柱状石蜡(3.1)外表面包裹一层具有弹性的耐磨薄塑料，且实现对柱状石蜡(3.1)进行密封。

3.根据权利要求2所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：所述检波器(1)放入到柱状石蜡(3.1)的浅槽(3.11)内，所述固定头(2)与其接触的耐磨薄塑料连接，使得后期可变材料制成的模型(3)发生变形时检波器(1)都会位于后期可变材料制成的模型(3)中。

4.据权利要求1所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：所述固定头(2)中部设置通孔，在传送头(5)中部设置有检波器数据线孔(5.1)，该通孔位置与检波器数据线孔位置对应，实现将检波器(1)上的检波器数据线(1.1)引出钻孔与外部对应设备连接；

所述固定头(2)的伸出部分外部设置外螺纹，在传送头(5)尾端设置有螺纹孔浅槽，实现固定头(2)与传送头(5)配合连接。

5.据权利要求1所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：在传送头(5)均布布置排气孔(5.2)，所述传送头(5)的内侧表面与可变材料制成的模型(3)对应，实现对可变材料制成的模型(3)进行压缩或拉伸变形；

所述传送头(5)上其中一个排气孔可作为电热丝线孔(4.1)将电热丝导线(8)引出钻孔(17)且与外部的电源连通。

6.据权利要求1所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：所述钻杆连接装置(6)包括连接头(9)，该连接头(9)与传送头(5)的前端固定连接；所述连接头(9)前端设置有连接套(10)且彼此通过螺纹连接；所述连接套(10)与钻杆(7)通过可拆卸连接。

7.据权利要求6所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：所述连接头(9)与传送头(5)之间设置多根斜撑杆(11)，所述斜撑杆(11)呈中心对称方式分布在传送头(5)的轴线周围，实现在外力作用时可通过斜撑杆(11)对连接头(9)进行多点式均匀施力，从而实现对可变材料制成的模型(3)进行面受力变形。

8.据权利要求6所述的一种易回收的检波器安装结构，其特征在于：所述连接套(10)的前端为浅槽结构，在浅槽结构内固定设置有滚动轴承(12)，在滚动轴承(12)的中部转套上固定设置有弹簧(13)，在浅槽结构处的连接套(10)上对称设置有钩状的连接滑槽(14)；

所述连接套(10)通过连接杆(15)与钻杆(7)连接；所述连接杆(15)的前端通过螺纹连接方式与钻杆(7)连接，在连接杆(15)尾端设置有弹簧槽，使得弹簧(13)可嵌入到弹簧槽内，在连接杆(15)尾端表面对称设置有闭环式滑杆(16)，所述闭环式滑杆(16)与连接滑槽(14)配合，通过转动连接杆(15)以及弹簧的作用下，闭环式滑杆(16)可扣入连接滑槽(14)彼此卡住实现连接套(10)与连接杆(15)的连接。

9.据权利要求1-8任一所述的易回收的检波器安装结构的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、根据检波器(1)、传送头(5)、固定头(2)的尺寸和石蜡(3.1)的密度计算出所需石蜡模型尺寸，计算出石蜡使用质量；预制模具，将电热丝(4)放在模具内部，用石蜡浇筑制成；再用具有弹性的耐磨薄塑料包裹石蜡模型密封制成可变材料制成的模型(3)；

步骤二、用岩芯钻杆(18)打出设计安装的孔深，将岩芯取出，岩芯钻杆(18)留下在孔内，将岩芯钻杆向孔外抽出一段长度为检波器长度的钻孔(17)空间；

步骤三、检波器数据线(1.1)穿过固定头(2)中部上的通孔，使用石头胶将检波器(1)与固定头(2)连接固定；

步骤四、检波器数据线(1.1)再穿过传送头(5)上的检波器数据线孔(5.1)，固定头(2)与传送头(5)旋转螺纹连接固定；

步骤五、将模型(3)上的电热丝导线(8)穿过传送头(5)上的电热丝导线孔(4.1)，通过传送头(5)实现可变材料制成的模型(3)将检波器(1)与固定头(2)包裹；

步骤六、将传送头(5)、钻杆连接装置(6)、连接杆(15)、钻杆(7)依次相连，用钻杆(7)将连接好的装置送进钻孔(17)孔底

步骤七、根据石蜡熔点t、石蜡比热容为C、，环境温度为t0，石蜡模型所用材料质量为m，电热丝功率为P，电热丝加热使石蜡包融化所需时间为T，根据比热容计算公式Q＝Cm(t-t0)与电热丝发热做功W＝PT得出，使可变材料制成的模型(3)融化所需时间T＝Cm(t-t0)/P；将电热丝导线通电T时间；

步骤八、计算将可变材料制成的模型(3)充满孔壁使检波器与孔壁之间没有空隙空间大小，需要将石蜡融化后继续向孔底推送长度L；

步骤九、将电热丝导线通电T，加热石蜡包使其融化，再用钻杆向孔内施加一定的压力，将钻杆继续向孔底推送使长度L，石蜡包与孔内岩壁完全贴合，静置一段时间，待可变材料制成的模型(3)凝固之后，转动钻杆(7)，可使连接杆(15)与连接套(10)脱开，取出连接杆(15)和钻杆(7)，用炮泥封堵孔口

步骤十、传感器震动信号转换成可衡量的电子信号，数据采集器将来自传感器的模拟信号转换成数字格式，同时数据被传输到中央计算机储存或处理，系统。

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