工程岩体声发射监测与传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工程岩体声发射监测与传输系统，包括声发射传感器和地面工作站，声发射传感器安装在被监测岩体的钻孔中，将接收到的监测信号通过线缆传输至地面工作站，声发射传感器由声发射探头、探头安装机构和将安装有声发射探头的探头安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构组成，探头安装机构包括与传送机构连接的壳体以及用于容纳声发射探头的探头套筒。本发明专利技术工程岩体声发射监测与传输系统中的探头安装机构，通过设置在壳体与探头套筒之间的气囊与弹簧的相互配合，解决了声发射探头有效安装和耦合的难题，确保声发射探头与钻孔孔壁的有效耦合，从而增强对矿山岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测与预报可靠性。

Acoustic emission monitoring and transmission system for engineering rock mass

The invention discloses a rock acoustic emission monitoring and transmission system, acoustic emission sensor and ground stations including acoustic emission sensors installed in the borehole is monitored, will receive the monitoring signal through cable transmission to the ground station, the acoustic emission sensor by acoustic emission probe, and will be provided with a mounting mechanism the transfer mechanism setting position of the probe acoustic emission probe mounting mechanism transmitted to the drill hole, the probe mounting mechanism comprises a shell connected with the transmission mechanism and probe for sleeve receiving acoustic emission probe. The invention of engineering rock mass acoustic emission probe monitoring and transmission system installation mechanism, through the matching of air bag is arranged between the housing and the probe sleeve and the spring, to solve the problem of acoustic emission probe effective installation and coupling, ensure that the acoustic emission probe with borehole effective coupling, thereby enhancing the mine rock body () monitoring and prediction of dynamic reliability and stability of the rock burst disaster.

【技术实现步骤摘要】
工程岩体声发射监测与传输系统
本专利技术属于工程建设中的岩石(体)工程安全监测
，涉及一种工程岩体声发射监测与传输系统。
技术介绍
工程建设中的岩石(体)变形破坏，特别是岩爆动力灾害，会直接危及工程的安全建设，甚至会造成灾难性影响，因此对岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害进行有效监测和预报，是工程安全建设的重要内容之一。目前，声发射作为无损监测的一种重要手段，被用于工程建设中的岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测与预报。在地下工程围岩开挖建设过程中，为了对可能出现的围岩变形破坏和动力灾害进行准确预测，作为声发射监测系统重要组成部分的声发射传感器需要在工程开挖前预先呈三维空间分布的形式布置在被监测的围岩区域，并且布置的传感器数量越多，监测效果相对越准确。在具体实现方式中，需要在岩石(体)开挖前，利用钻机在石(体)中钻孔，钻孔深度随工程埋深、被监测范围增加而增加；然而钻孔越深，声发射传感器安装越困难。目前，声发射传感器安装方式主要包括以下几种：(1)在工程现场，直接将声发射探头放在钻孔中，依靠钻孔中残留的液体介质(如水)作为岩体和声发射探头之间信号传输的介质，声发射探头将接收到的探测信号通过线缆传输到地面监测系统；但这种方法存在以下弊端：①这种实现方式仅适合于方向向下的钻孔，而对于完全水平或向上有一定角度的钻孔，由于难以贮存介质而不适用；即使对于向下的钻孔，仍需要钻孔周围的岩体相对完整，从而避免传输介质从钻孔裂隙流失或渗出，确保声发射探头始终处于传输介质中，但是现场实际情况却较难达到该要求，从而影响监测效果；②虽然岩体与声发射探头之间的液体可以作为信号传输的耦合介质，但液体的密度一般相对较低，其信号传输效果不如直接将声发射探头与岩壁有效接触所接收到的探测信号。(2)为了确保放置在钻孔中声发射探头与钻孔壁之间有效耦合，在工程现场还可采用向钻孔内浇注水泥，使声发射探头和岩壁被浇注为一个整体，这种方法虽然可以解决探测信号的有效传输问题，但仍存在以下缺陷：①浇注后的声发射探头不可回收，导致监测成本过高；②若浇注后发现声发射探头无信号或信号不好，无法进行检查或调整，只能重新钻孔和安装新的声发射探头，不仅导致监测成本过高，而且还导致延长工程进度，甚至延误工期；③向钻孔内注入水泥浆，因钻孔较深，一方面声发射探头安装部位的注浆效果难以保障，可能会出现声发射探头安装部位未能有效注浆的情况，从而导致声发射探头未与岩壁有效耦合而无监测信号；另一方面钻孔越深，浇注的水泥凝固后的总收缩变形量越大，与水泥粘接在一起的声发射探头的信号传输线缆会因水泥收缩变形而承受拉力，导致不能有效传输信号；④开挖过程中的炸药放炮，可能会使注浆面与岩壁面松弛，导致监测信号传输的有效性降低；⑤钻孔内通常比较潮湿，浇注后水泥浆凝固需要较长周期，会导致施工期限延长；且安装过程费时、费力，需要一系列专业注浆设备和注浆人员，从而进一步增加监测成本。(3)另一种实现方式是采用简易固定安装装置，将声发射探头固定在装置内部，然后用刚性的不可活动的金属传输杆将固定装置送至安装部位后，用压力将声发射探头顶出后与钻孔岩壁接触，实现固定，其优点是实现了非注浆浇注情况下声发射探头与岩壁的接触，但仍存在以下缺点：①这种方式由于固定安装装置与钻孔孔壁之间的距离很近，因此需要固定安装装置与钻孔基本为同心结构，且需要孔壁光滑，但实际施工中这些要求难以保障；②由于固定安装装置尺寸较大，只适用于直径较大的钻孔，导致钻孔成本升高；③整个传输杆和安装装置在钻孔中是通过用力硬性插入到钻孔中，不仅摩擦力大，容易磨坏线缆或声发射探头，还容易被卡到钻孔中，无法送至需要安装的部位；④由于是将固定安装装置通过外力，将其硬性插入钻孔中，因此安装过程不仅费时费力，而且工作效率极低；⑤因钻孔孔壁为圆柱形面，而声发射探头端面为平面，如何确保声发射探头端面有效与钻孔孔壁耦合，也是实际应用中需解决的难题。基于上述各种实现方式中存在的弊端和缺陷，导致声发射探测在岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害监测的应用推广过程中受到一定限制。因而，如何便捷、有效地将声发射探头安装在钻孔中，并使安装后的声发射探头有效与孔壁耦合，仍是目前现场监测和研究的难点，缺乏相关测试方法和技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对现有技术中的不足，提供一种工程岩体声发射监测与传输系统，以便使声发射传感器安装方便，实现声发射探头与钻孔孔壁有效耦合，确保声发射探头探测信号的有效性并便于回收。本专利技术所述工程岩体声发射监测与传输系统包括声发射传感器和地面工作站，所述声发射传感器用于安装在被监测岩体的钻孔中，将接收到的监测信号通过线缆传输至地面工作站，地面工作站中的计算机对来自声发射传感器的监测信号进行处理并予以显示，所述声发射传感器由声发射探头、探头安装机构和将安装有声发射探头的探头安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构组成，声发射探头的数量至少为一个，探头安装机构的数量与声发射探头的数量相同，地面工作站还包括充放气装置；所述探头安装机构包括壳体、探头套筒、端盖、弹簧、气囊和连接组件；所述壳体为两端开口的薄壁圆筒体，壳体的内孔中设置有用于与探头套筒组合的上导向筒和下导向筒，所述上导向筒位于壳体内壁的顶部且朝向壳体一端或两端的筒壁端部设有便于声发射探头的线缆接头通过的第一槽口，下导向筒位于壳体内壁的底部且内孔为贯穿壳体壁的通孔，上导向筒的中心线与下导向筒的中心线在一条直线上且垂直于壳体的中心线；所述探头套筒为下端封闭、上端开口的筒体，探头套筒的内孔与声发射探头为间隙配合、外形与下导向筒的内孔为间隙配合，探头套筒的下端面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面，探头套筒筒壁上端设置有供声发射探头的线缆接头伸出的一个或两个第二槽口，外壁设置有两个弹簧座，第二槽口若为两个，两槽口相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布，两弹簧座相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布，且两弹簧座的中心线在水平面投影的连线与所述槽口的中心线在水平面的投影垂直；所述端盖的内缘与探头套筒匹配，端盖的外缘与壳体所设上导向筒的内孔为间隙配合；所述连接组件为两套，分别安装在壳体的两端；声发射探头安装在探头套筒内，其线缆接头从探头套筒侧壁设置的第二槽口伸出；端盖覆盖在探头套筒上端面并与探头套筒为可拆卸式连接；安装有声发射探头的探头套筒放置在壳体内，其下部段插入壳体所设下导向筒且其下端位于壳体之外，其上部段插入壳体所设上导向筒内，探头套筒的放置方位应使声发射探头的线缆接头朝向壳体的一端；气囊放置在壳体所设上导向筒与端盖围成的腔室内，通过导气管与地面工作站中的充放气装置连接；弹簧为两根，两根弹簧的一端分别与两个弹簧座连接，两根弹簧的另一端分别与上导向筒两侧的壳体内壁连接，两根弹簧安装后处于拉伸状态或自由状态；传送机构与安装在壳体上的连接组件连接。上述工程岩体声发射监测与传输系统，在声发射传感器安装过程中为了确保探头套筒或壳体沿着彼此远离的方向移动，使壳体和探头套筒分别与钻孔内壁紧密接触，探头套筒或壳体受到气囊的作用力优选为单根弹簧拉力的5～8倍。上述声发射传感器，端盖的外缘与壳体所设上导向筒的内孔以及探头套筒的外形与下导向筒的内孔均为间隙配合，从而确保探头套筒在壳体内的运动方向不发生偏移。上述声发射传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工程岩体声发射监测与传输系统，包括声发射传感器和地面工作站(12)，所述声发射传感器用于安装在被监测岩体的钻孔中，将接收到的监测信号通过线缆(13)传输至地面工作站，地面工作站中的计算机(12‑1)对来自声发射传感器的监测信号进行处理并予以显示，其特征在于所述声发射传感器由声发射探头(3)、探头安装机构和将安装有声发射探头的探头安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构组成，声发射探头(3)的数量至少为一个，探头安装机构的数量与声发射探头的数量相同，地面工作站(12)还包括充放气装置(12‑2)；所述探头安装机构包括壳体(1)、探头套筒(2)、端盖(2‑2)、弹簧(4)、气囊(10)和连接组件；所述壳体(1)为两端开口的薄壁圆筒体，壳体的内孔中设置有用于与探头套筒(2)组合的上导向筒(1‑2)和下导向筒(1‑3)，所述上导向筒(1‑2)位于壳体内壁的顶部且朝向壳体一端或两端的筒壁端部设有便于声发射探头的线缆接头通过的第一槽口(1‑4)，下导向筒(1‑3)位于壳体内壁的底部且内孔为贯穿壳体壁的通孔，上导向筒的中心线与下导向筒的中心线在一条直线上且垂直于壳体的中心线；所述探头套筒(2)为下端封闭、上端开口的筒体，探头套筒的内孔与声发射探头(3)为间隙配合、外形与下导向筒(1‑3)的内孔为间隙配合，探头套筒的下端面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面，探头套筒筒壁上端设置有供声发射探头的线缆接头(3‑1)伸出的一个或两个第二槽口(2‑3)，外壁设置有两个弹簧座(2‑1)，第二槽口(2‑3)若为两个，两槽口相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布，两弹簧座(2‑1)相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布，且两弹簧座的中心线在水平面投影的连线与所述槽口(2‑1)的中心线在水平面的投影垂直；所述端盖(2‑2)的内缘与探头套筒匹配，端盖(2‑2)的外缘与壳体所设上导向筒(1‑2)的内孔为间隙配合；所述连接组件为两套，分别安装在壳体(1)的两端；声发射探头(3)安装在探头套筒(2)内，其线缆接头(3‑1)从探头套筒侧壁设置的第二槽口(2‑3)伸出；端盖(2‑2)覆盖在探头套筒(2)上端面并与探头套筒为可拆卸式连接；安装有声发射探头的探头套筒(2)放置在壳体(1)内，其下部段插入壳体所设下导向筒(1‑3)且其下端位于壳体之外，其上部段插入壳体所设上导向筒(1‑2)内，探头套筒(2)的放置方位应使声发射探头的线缆接头(3‑1)朝向壳体的一端；气囊(10)放置在壳体所设上导向筒(1‑2)与端盖(2‑2)围成的腔室内，通过导气管(11)与地面工作站中的充放气装置(12‑2)连接；弹簧(4)为两根，两根弹簧的一端分别与两个弹簧座(2‑1)连接，两根弹簧的另一端分别与上导向筒两侧的壳体内壁连接，两根弹簧安装后处于拉伸状态或自由状态；传送机构与安装在壳体上的连接组件连接。...

【技术特征摘要】
1.一种工程岩体声发射监测与传输系统，包括声发射传感器和地面工作站(12)，所述声发射传感器用于安装在被监测岩体的钻孔中，将接收到的监测信号通过线缆(13)传输至地面工作站，地面工作站中的计算机(12-1)对来自声发射传感器的监测信号进行处理并予以显示，其特征在于所述声发射传感器由声发射探头(3)、探头安装机构和将安装有声发射探头的探头安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构组成，声发射探头(3)的数量至少为一个，探头安装机构的数量与声发射探头的数量相同，地面工作站(12)还包括充放气装置(12-2)；所述探头安装机构包括壳体(1)、探头套筒(2)、端盖(2-2)、弹簧(4)、气囊(10)和连接组件；所述壳体(1)为两端开口的薄壁圆筒体，壳体的内孔中设置有用于与探头套筒(2)组合的上导向筒(1-2)和下导向筒(1-3)，所述上导向筒(1-2)位于壳体内壁的顶部且朝向壳体一端或两端的筒壁端部设有便于声发射探头的线缆接头通过的第一槽口(1-4)，下导向筒(1-3)位于壳体内壁的底部且内孔为贯穿壳体壁的通孔，上导向筒的中心线与下导向筒的中心线在一条直线上且垂直于壳体的中心线；所述探头套筒(2)为下端封闭、上端开口的筒体，探头套筒的内孔与声发射探头(3)为间隙配合、外形与下导向筒(1-3)的内孔为间隙配合，探头套筒的下端面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面，探头套筒筒壁上端设置有供声发射探头的线缆接头(3-1)伸出的一个或两个第二槽口(2-3)，外壁设置有两个弹簧座(2-1)，第二槽口(2-3)若为两个，两槽口相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布，两弹簧座(2-1)相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布，且两弹簧座的中心线在水平面投影的连线与所述槽口(2-1)的中心线在水平面的投影垂直；所述端盖(2-2)的内缘与探头套筒匹配，端盖(2-2)的外缘与壳体所设上导向筒(1-2)的内孔为间隙配合；所述连接组件为两套，分别安装在壳体(1)的两端；声发射探头(3)安装在探头套筒(2)内，其线缆接头(3-1)从探头套筒侧壁设置的第二槽口(2-3)伸出；端盖(2-2)覆盖在探头套筒(2)上端面并与探头套筒为可拆卸式连接；安装有声发射探头的探头套筒(2)放置在壳体(1)内，其下部段插入壳体所设下导向筒(1-3)且其下端位于壳体之外，其上部段插入壳体所设上导向筒(1-2)内，探头套筒(2)的放置方位应使声发射探头的线缆接头(3-1)朝向壳体的一端；气囊(10)放置在壳体所设上导向筒(1-2)与端盖(2-2)围成的腔室内，通过导气管(11)与地面工作站中的充放气装置(12-2)连接；弹簧(4)为两根，两根弹簧的一端分别与两个弹簧座(2-1)连接，两根弹簧的另一端分别与上导向筒两侧的壳体内壁连接，两根弹簧安装后处于拉伸状态或自由状态；传送机构与安装在壳体上的连接组件连接。2.根据权利要求1所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述连接组件由螺母(6)和至少两副连接支架(5)组成，各连接支架的一端环绕螺母(6)外壁均匀分布并与螺母外壁铰连，各连接支架的另一端与壳体(1)固...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，邓朝福，王璐，徐慧宁，邓建辉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51