[发明专利]基于加速度传感器钢管的深部岩体振动监测系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于加速度传感器钢管的深部岩体振动监测系统，包括依次连接的加速度传感器钢管、电荷放大器、数据采集器和计算机，加速度传感器钢管内固定有三向加速度传感器，三向加速度传感器通过铠装低噪声电缆线与电荷放大器连接，电荷放大器通过屏蔽电缆线与数据采集器连接，三向加速度传感器接收原始的振动信号，经铠装低噪声电缆线传送至电荷放大器后经放大，电压信号经屏蔽电缆线传送至数据采集器，数据采集器将接收的信号传递给计算机。本发明提出的基于加速度传感器钢管的深部岩体振动监测系统，可有效监测到深部岩体的振动加速度信号，实现对深部岩体损伤的监测和地下结构的实时反演。

技术领域

本发明涉及深部岩体安全监测技术领域，尤其涉及一种基于加速度传感器钢管的深部岩体振动监测系统及其方法。

背景技术

岩体振动是由岩石破裂或流体扰动产生的。广义上的岩体振动可以分为工程生产上的振动和自然产生的岩爆、地震等。工程生产上的振动是由人为生产施工过程中导致岩石破裂产生的，如隧洞爆破开挖、矿山安全生产等。自然产生的岩体振动是由天然应力场的变化引起岩石破裂从而引起孔压变化产生的，如岩爆、地震等。

一大批大型的水利水电工程已经或即将在我国西南高地震烈度地区营建，其中多数以大型或超大型地下洞室群作为主要构筑物。这些水电站一般处在高山峡谷地区，地质环境较为复杂，加上受长年的地质改造，使得该地区的断层和岩体裂隙发育。深埋巨型地下洞室群在高地应力和长期爆破作业的地震荷载作用下，洞室岩体损伤累积，安全事故频发，振动频繁，因此深部岩体稳定性监测成为工程的重点。

振动监测技术无论是在地下工程建设和安全防护上还是在研究地震灾害上都有着非常广泛应用。目前我国振动研究尚处于初级阶段，各大油田矿山的振动监测系统大都从国外引进而且通常只是进行震源定位和震级统计分布成图，鲜有利用振动信号做进一步研究以实时反演地下结构为工程生产提供更为可靠的证据，且通常反演的结构都是反映过去某个时间段的地下结构状态，而不能反映当前的地下结构，这就大大影响了振动监测的实效性。

目前，国内外用于监测深部岩层活动的方法常有测量岩层的变形、位移、压力和应力的一般矿压法，地球物理方法和钻削法等，但测试水平及其准确性均不高。在随着硐室爆破开挖的进行，因地质条件、断面尺寸、施工技术和其他各因素的影响，深部岩体的微破裂及岩爆的发生，易导致支护成本的增加，设备的损毁，甚至硐室的坍塌等问题的发生。因此，提出一种与工程实际相适应、灵敏度高、实时性好的深部岩体振动监测装置尤为急切。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于加速度传感器钢管的深部岩体振动监测系统及其方法，旨在有效的监测到深部岩体的振动加速度信号，通过对波形的频谱分析得到应力波在岩体中的传播和衰减规律，实现对深部岩体损伤的监测和地下结构的实时反演。

为实现上述目的，本发明提供一种基于加速度传感器钢管的深部岩体振动监测系统，包括依次连接的加速度传感器钢管、电荷放大器、数据采集器和计算机，其中，

所述加速度传感器钢管内固定有三向加速度传感器，加速度传感器钢管固定于围岩的检测孔中，三向加速度传感器通过铠装低噪声电缆线与电荷放大器连接，电荷放大器通过屏蔽电缆线与数据采集器连接，三向加速度传感器接收原始的振动信号，经铠装低噪声电缆线传送至电荷放大器后经放大，电压信号经屏蔽电缆线传送至数据采集器，数据采集器将接收的信号传递给计算机的信号过滤系统。

优选地，所述加速度传感器钢管设置有多个且呈网状分布，每一加速度传感器钢管中安装有多个三向加速度传感器。

优选地，在待测围岩洞的径向面上间隔相同距离布置多个加速度传感器钢管形成一个钢管单元，同时沿着围岩洞的轴向间隔布置多个钢管单元，以形成一张监测网。