DE10231780A1

DE10231780A1 - Vorrichtung zur Durchführung seismischer Untersuchungen

Info

Publication number: DE10231780A1
Application number: DE2002131780
Authority: DE
Inventors: Ludger Boese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-13
Filing date: 2002-07-13
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung seismischer Untersuchungen mit einem mit einer aus wenigstens einem seismischen Sensor, vorzugsweise Geophon, bestehenden Sensoranordnung bestückten Messkopf (5), der am vorderen Ende eines in ein zugeordnetes Bohrloch (2) einführbaren Tragorgans anbringbar und in diesem festlegbar ist und von dem ein Kabel (15) mit wenigstens jeweils einer Ader für jeden auf dem Messkopf (5) aufgenommenen Sensor (9) abgeht, lässt sich dadurch eine hohe Funktionssicherheit erreichen, dass der Messkopf (5) einen inneren Träger (8) für die Sensoranordnung und eine äußere, den Träger (8) zumindest auf dessen der Sensoranordnung zugeordnetem Bereich übergreifende Schutzhülse (10) aufweist und dass der Träger mit einem Bohrungssystem versehen ist, über das jede einem Sensor (9) zugeordnete, trägerseitige Aufnahmeausnehmung (18, 19, 20) mit einem rückwärtigen Kabeleingang des Trägers (8) kommuniziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung seismischer Untersuchungen mit einem mit einer aus wenigstens einem seismischen Sensor, vorzugsweise einem Geophon, bestehenden Sensoranordnung bestückten Messkopf, der am vorderen Ende eines in ein zugeordnetes Bohrloch einführbaren Tragorgans anbringbar und in diesem festlegbar ist und von dem ein Kabel mit wenigstens einer Ader für jeden auf dem Träger aufgenommenen Sensor abgeht.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist der Messkopf einstückig ausgebildet. Die Sensoren sind dabei bis über die Höhe ihrer Kabelanschlussstifte in den jeweils zugeordneten Aufnahmeausnehmungen des Trägers vergossen. Die zu den Sensoren führenden Kabeladern verlaufen in zugeordneten Nuten des Trägers, die ebenfalls mit Vergussmasse ausgegossen sind. Hierbei kann es vorkommen, dass über die Vergussmasse durch Steine etc. verursachte, äußere Belastungen auf die Sensoren bzw. deren Kabelanschlüsse und die Kabeladern übertragen werden. Es besteht daher die Gefahr einer Beschädigung und/oder Messwertverfälschung. Diese bekannten Anordnungen erweisen sich daher als nicht funktionssicher genug.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Messkopf einen inneren Träger für die Sensoranordnung und eine äußere, den Träger zumindest auf dessen der Sensoranordnung zugeordnetem Bereich übergreifende Schutzhülse aufweist und dass der Träger mit einem Bohrungssystem versehen ist, über das jede einem Sensor zugeordnete Aufnahmeausnehmung mit einem rückwärtigen Kabeleingang des Trägers kommuniziert.

Mit diesen Maßnahmen werden die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen vollständig vermieden. Durch die äußere Schutzhülse wird der Träger samt hierauf aufgenommenen Sensoren und Kabeln zuverlässig gegen äußere Belastungen geschützt. Ein vollständiges Vergießen der Sensoren und Kabel kann daher in vorteilhafter Weise unterbleiben. Es genügt vielmehr, wenn die Sensoren in der jeweils zugeordneten Aufnahmeausnehmung lediglich festgelegt werden, was durch eine Klebverbindung geschehen kann. Dies vereinfacht die Herstellung und gewährleistet eine gute Zugänglichkeit der Kabelanschlussstifte der auf dem Träger bereits befestigten Sensoren, was die Verlötung der zugeordneten Kabeladern mit den Kabelanschlussstiften erleichtert. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen gewährleisten dementsprechend eine hohe Funktionssicherheit und Wirtschaftlichkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So können der Träger vorteilhaft eine der Schutzhülse zugeordnete, nach vorne sich verjüngende, konische Außenkontur und die Schutzhülse eine entsprechend konische Innenkontur aufweisen. Dies erleichtert in vorteilhafter Weise die exakte Einhaltung eines definierten Spalts zwischen Träger und Schutzhülse und ermöglicht damit die Herstellung einer zuverlässigen Klebverbindung.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die Schutzhülse eine den Träger nach vorne überragende Abschrägung aufweist. Dies ergibt in vorteilhafter Weise eine spitz zulaufende Schaufelfläche und gewährleistet damit ein zuverlässiges Aufreißen von in das Bohrloch eingebrachtem Vergussmittelschläuchen sowie eine zuverlässige Vermischung mehrerer Vergussmittelkomponenten.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, dass durch das Bohrungssystem des Träger jeweils die den Anschlusselementen der in den Aufnahmeausnehmungen angeordneten Sensoren zugeordneten Bereiche der Aufnahmeausnehmungen miteinander verbunden sind. Dies erleichtert das Einführen der zugeordneten Kabeladern und deren Verlötung mit den sensorseitigen Anschlussstiften.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Tunnel mit einer Vorrichtung zur Erkundung von Vorgängen im Gebirgsgestein,
2 einen Schnitt durch einen mit einem Felsanker verbundenen Messkopf,
3 einen Schnitt durch den Träger des Messkopfes der Anordnung gemäß 2 und
4 ein Beispiel für einen wiedergewinnbaren Messkopf.
Die Wand eines in 1 angedeuteten Tunnels 1 wird in der Regel, wie in 1 links angedeutet ist, durch in ein jeweils zugeordnetes Bohrloch 2 eingebrachte und hiermit vergossene Felsanker 3 verfestigt, die an ihrem aus dem zugeordneten Bohrloch herausragenden, hinteren Ende einen an der Tunnelwand anliegenden Stützkopf 4 tragen. Der Spalt zwischen der Wandung des Bohrlochs 2 und des zugeordneten Felsankers 3 wird mittels einer schnell aushärtenden, in der Regel aus mehreren Komponenten bestehenden Masse vergossen. Hierzu werden vor dem Setzen der Felsanker 3 in die zugeordneten Bohrlöcher 2 die genannte Masse bzw. deren Komponenten enthaltende Schläuche eingebracht, die beim Setzen der Felsanker 2 aufgerissen werden, wobei der Inhalt verteilt und vermischt wird.
Um seismische Vorgänge im Gebirgsgestein zu erkunden, was insbesondere während des Tunnelvortriebs aus Sicherheitsgründen erforderlich ist, finden mit seimischen Sensoren in Form von Geophonen bestückte Messköpfe 5 Verwendung, die jeweils in einem zugeordneten Bohrloch 3 mit Körperkontakt zur Bohrlochwandung positioniert werden. Bei dem der 1 zugrundeliegenden Beispiel sind die Messköpfe 5 am vorderen Ende jeweils eines Felsankers 3 angebracht und werden mit diesem in das Bohrloch 2 eingebracht und in diesem zusammen mit dem Felsanker durch Vergießen festgelegt und in Körperkontakt mit der Bohrlochwandung gebracht. In diesem Fall sind die Messköpfe 5 als verlorene Bauteile zu bewerten. Eine derartige Ausführung kommt daher insbesondere bei der Durchführung von Langzeituntersuchungen in Frage. Kurzzeituntersuchungen werden vor dem Setzen der Felsanker 3 durchgeführt. Hierbei können die Messköpfe am vorderen Ende einer Betätigungsstange angebracht und hiermit in ein Bohrloch eingesetzt bzw. hieraus wieder entfernt werden. Danach steht das Bohrloch zur Aufnahme eines Felsankers 3 zur Verfügung. In jedem Fall sind die Messköpfe 5 bzw. die auf diesen aufgenommenen Sensoren über Kabel 6 mit einem Messgerät 7 verbunden, das im Tunnel 1 aufgestellt sein kann.
Die Messköpfe 5 bestehen, wie aus 2 links erkennbar ist, aus einem inneren Träger 8 für die aus jeweils wenigstens einem Sensor 9 bestehende Sensoranordnung und einer den Träger 8 auf dessen der Sensoranordnung zugeordnetem Bereich übergreifenden Schutzhülse 10. Der Träger 8 und die Schutzhülse 10 bestehen aus einem nicht magnetischen Material, vorzugsweise Edelstahl. Auch Kunststoff wäre denkbar. Der Träger 8 ist mit einem dem rückwärtigen Ende der Schutzhülse 10 zugeordneten, schulterartigen Anschlag 11 versehen und besitzt eine hiervon ausgehende, nach vorne sich verjüngende, konische Außenkontur. Die kappenförmig auf den Träger 8 aufsteckbare Schutzhülse 10 besitzt eine entsprechend konische Innenkontur. Der Träger 8 und die aufgesteckte Schutzhülse 10 sind miteinander verklebt. Der Anschlag 11 erleichtert dabei die Einhaltung eines definierten Klebespalts, was eine hohe Zuverlässigkeit der Klebverbindung ergibt.
Die Schutzhülse 10 ist in ihrem vorderen, den Träger 8 nach vorne überragenden Bereich unter einem spitzen Winkel abgeschrägt. Auf diese Weise ergibt sich eine spitz auslaufende Schaufelfläche 12, die ein Aufreißen von ein Vergussmittel enthaltenden Schläuchen sowie die Vermischung deren Inhalts begünstigt.
Der Träger 8 besitzt einen rückwärtigen Kragen 13, der mit einem Innengewinde versehen ist, in das ein mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt versehenes Tragorgan einschraubbar ist. Bei dem der 2 zugrundeliegenden Beispiel findet als Tragorgan ein Felsanker 3 Verwendung, der auf seiner ganzen Länge mit einem Außengewinde versehen ist, auf welches das Innengewinde des Kragens 13 abgestimmt ist. Das Tragorgan, hier in Form des Felsankers 3, ist mit einem durch eine koaxiale Bohrung gebildeten Kabeldurchführkanal 14 versehen, durch den ein dem auf dem Tragorgan aufgenommenen Messkopf 5 zugeordnetes Kabel 15 durchführbar ist. Dieses enthält zu den einzelnen Sensoren 9 führende Adern 16. Das Kabel 15 endet bei dem der 2 zugrundeliegenden Beispiel an einer im Bereich des rückwärtigen Endes des Felsankers 3 in dessen Kabeldurchführkanal 14 fest angebrachter Kabelkupplung 17, wie aus 2 rechts erkennbar ist. Die Kabelkupplung 17 ist zweckmäßig mittels einer Klebverbindung fixiert. An der Kabelkupplung 17 kann ein zum Messgerät 7 führendes Verlängerungskabel angesteckt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf dem Träger 8 drei Sensoren 9 aufgenommen. Hierzu ist der Träger 8, wie am besten aus 2 erkennbar ist, mit drei in axialer Richtung hintereinander angeordneten, jeweils einem Sensor 9 zugeordneten Aufnahmeausnehmungen 18, 19, 20 versehen. Die vorderste Aufnahmeausnehmung 18 ist als nach vorne offenes, axiales Sackloch ausgebildet. Die beiden weiteren Aufnahmeausnehmungen 19, 20 sind als um 90° gegeneinander versetzte, radiale Sacklöcher ausgebildet. Der Träger 8 ist ferner mit einem Bohrungssystem versehen, über das die Aufnahmeausnehmungen 18, 19, 20 mit dem als rückwärtigem Kabeleingang fungierenden Innenraum 21 des Kragens 13 bzw. dem Kabeldurchführkanal 14 kommunizieren.
Das genannte Bohrungssystem enthält eine vom Innenraum 21 des Kragens 13 zur hinteren Aufnahmeausnehmung 20 führende, zur Achse des Trägers 8 koaxiale Bohrung 22, die im dargestellten Beispiel mit einer radialen Erweiterung 23 versehen ist. Zum Bohrungssystem gehört ferner eine von der hinteren Aufnahmeausnehmung 20 zur vorderen Aufnahmeausnehmung 18 führende, exzentrisch verlaufende, axiale Bohrung 24 sowie eine von der vorderen Aufnahmeausnehmung 18 zur mittleren Aufnahmeausnehmung 19 zurückführende, ebenfalls exzentrisch angeordnete, axiale Bohrung 25. Diese ist gegenüber der Bohrung 24 um 90° versetzt.
Die in den Aufnahmeausnehmungen 18, 19, 20 anzuordnenten Sensoren 9 sind, wie aus 2 erkennbar ist, mit Anschlussstiften 26 versehen. Die das vorstehend umrissene Bohrungssystem bildenden Ausnehmungen des Trägers 8 sind dabei zweckmäßig so gelegt, dass hierdurch die den Anschlussstiften 26 zugeordneten umfangsseitig bzw. stirnseitig offenen Bereiche der Aufnahmeausnehmungen 18, 19, 20 miteinander verbunden werden. Dies erleichtert die Verlegung der Adern 16, deren Enden mit den Anschlussstiften 26 zu verlöten sind.
In die vom Innenraum 21 des Kragens 13 zur hinteren Aufnahmeausnehmung 20 führende Bohrung 22 des Bohrungssystems ist im dargestellten Beispiel ein Rohrstutzen 27 eingesetzt, der in den Kabeldurchführkanal 14 des den Messkopf 5 aufnehmenden Tragorgans hineinragt und als den Einlauf des in den Kabeldurchführkanal 14 s einlaufenden Kabels 15 schützender Kabelschutzstutzen fungiert.
Bei der Ausführung gemäß 2 ist als dem Messkopf 5 zugeordnetes Tragorgan, wie schon erwähnt, ein Felsanker 3 vorgesehen, der zusammen mit dem Messkopf 5 im zugeordneten Bohrloch 2 vergossen wird, womit der Messkopf 5 als verlorenes Bauteil gilt. Bei der Ausführung gemäß 4 ist ein wiedergewinnbarer Messkopf 5 vorgesehen. Dieser besteht ebenfalls aus einem Träger 8 und einer auf diesem aufgenommenen Schutzhülse 10. Der Messkopf 5 ist dabei in einer Spannhülse 28 aufgenommen, die eine konische Innenkontur aufweist und durch relatives Vorschieben des Messkopfes 5, wie durch unterbrochene Linien angedeutet ist, so aufgeweitet werden kann, dass sich ein zuverlässiger Körperkontakt mit der Wandung des zugeordneten Bohrlochs ergibt. Die Spannhülse 28 ist an einem Stützrohr 29 anbringbar, das von einer den Messkopf 5 tragenden und dementsprechend als Tragorgan fungierenden Betätigungsstange 30 durchgriffen wird, die ebenfalls einen Kabeldurchführkanal 14 besitzt. Die Schutzhülse 10 benötigt bei dieser Ausführung keine vordere Schaufelfläche und ist daher kegelstumpfförmig ausgebildet.

Claims

Vorrichtung zur Durchführung seismischer Untersuchungen mit einem mit einer aus wenigstens einem seismischen Sensor, vorzugsweise Geophon, bestehenden Sensoranordnung bestückten Messkopf (5), der am vorderen Ende eines in ein zugeordnetes Bohrloch (2) einführbaren Tragorgans anbringbar und in diesem festlegbar ist und von dem ein Kabel (15) mit wenigstens jeweils einer Ader für jeden auf dem Messkopf (5) aufgenommenen Sensor (9) abgeht, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (5) einen inneren Träger (8) für die Sensoranordnung und eine äußere, den Träger (8) zumindest auf dessen der Sensoranordnung zugeordnetem Bereich übergreifende Schutzhülse (10) aufweist und dass der Träger mit einem Bohrungssystem versehen ist, über das jede einem Sensor (9) zugeordnete, trägerseitige Aufnahmeausnehmeung (18, 19, 20) mit einem rückwärtigen Kabeleingang des Trägers (8) kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (8) im der Schutzhülse (10) zugeordneten Bereich eine nach vorne sich verjüngende, konische Außenkontur und die Schutzhülse (10) eine entsprechend konische Innenkontur aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (10) eine den Träger (8) nach vorne überragende Abschrägung (12) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (10) auf den Träger (8) aufgeklebt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (10) und der Träger (8) aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Edelstahl, bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (8) drei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Aufnahmeausnehmungen (18, 19, 20) in Form einer vorderen, axialen Sackbohrung und zweier um 90° gegeneinander versetzter, radialer Sackbohrungen aufweist, die über zugeordnete Äste des Bohrungssystems so miteinander verbunden sind, dass sich ein von einem hinteren Kabeleingang des Trägers (8) ausgehender, an einer Aufnahmeausnehmung (19) endender und die beiden anderen Aufnahmeausnehmungen (18, 20) passierender Kabelaufnahmekanal ergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der rückwärtige Kabeleingang über eine zentrale, vorzugsweise mit einer radialen Erweiterung (23) versehene Bohrung (22) mit der hinteren Aufnahmeausnehmung (20) verbunden ist, von der eine exzentrisch angeordnete, axiale Bohrung (24) zur vorderen Aufnahmeausnehmung (18) führt, von der eine gegenüber der Bohrung (24) um 90° versetzte, hierzu parallele axiale Bohrung (25) zur mittleren Aufnahmeausnehmung (19) führt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bohrungssystem jeweils die den Anschlusselementen (26) der in den Aufnahmeausnehmungen (18, 19, 20) angeordneten Sensoren (9) zugeordneten Bereiche der Aufnahmeausnehmungen (18, 19, 20) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (8) einen rückwärtigen Kragen (13) aufweist, der mit einem Innengewinde versehen ist, in das das mit einem entsprechenden Außengewinde versehene, den Messkopf (5) aufnehmende Tragorgan einschraubbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (8) ein mit dem rückwärtigen Ast des Bohrungssystems kommunizierender, in den Kabeldurchführkanal (14) des Tragorgans eingreifender Kabelschutzstutzen (27) angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragorgan als auf seiner ganzen Länge mit einem Außengewinde versehener Felsanker (3) ausgebildet ist, der mit dem Messkopf (5) im zugeordneten Bohrloch (2) vergießbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Felsanker (3) mit einer in den hinteren Endbereich seines Kabeldurchführkanals (14) eingesetzten Kabelkupplung (17) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (8) lösbar an einer Tragstange (30) anbringbar ist, die ein Stützrohr (29) durchgreift, an dem eine Spannhülse (28) anbringbar ist, die durch relative axiale Verschiebbung des in sie eingreifenden Messkopfes (5) in radialer Richtung aufweitbar ist und umgekehrt.