压力耦合岩石破裂声学监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种压力耦合岩石破裂声学监测系统，包括安装于被监测岩体的钻孔中的声发射传感器和地面工作站，声发射传感器由声发射探头、用于安装声发射探头的探头安装机构和用于传送探头安装机构的传送机构组成，探头安装机构包括壳体、安装于壳体内的探头套筒、固定于探头套筒上端面的端盖以及设置于壳体内壁顶部与端盖之间的活塞油缸组件。本实用新型专利技术通过活塞油缸组件和液压泵，实现对壳体和探头套筒运动方向的控制，从而解决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，增强对工程岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测与预报可靠性。

Pressure coupled acoustic monitoring system for rock fracture

The utility model discloses an acoustic monitoring system rupture pressure coupling rock, including the installation in borehole is monitored in acoustic emission sensor and ground stations, acoustic emission sensor by acoustic emission probe and probe for the installation of acoustic emission probe installation mechanism and a transmission mechanism composed of transmitting probe mounting mechanism, including probe mounting mechanism the shell, which is arranged in the casing sleeve is fixed on the probe, the probe on the sleeve end of the end cover and is arranged on the top of the inner wall of the shell and the end cover between the piston and cylinder assembly. The utility model has the advantages of piston cylinder assembly and a hydraulic pump to control the direction of movement of the probe shell and sleeve, so as to solve the problem of acoustic emission probe effective installation and coupling, ensure the effective coupling of acoustic emission probe and borehole wall, reinforced on engineering rock (body) monitoring and prediction of the reliability and stability of rock dynamic disaster the.

【技术实现步骤摘要】
压力耦合岩石破裂声学监测系统
本技术属于工程建设中的岩石(体)工程安全监测
，涉及一种压力耦合岩石破裂声学监测系统。
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，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
本技术的目的旨在针对现有技术中的不足，提供一种压力耦合岩石破裂声学监测系统，不仅安装方便，而且易于使声发射探头与钻孔孔壁实现有效耦合，确保声发射探头探测信号的有效性。本技术所述压力耦合岩石破裂声学监测系统，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，地面工作站还包括液压泵和油箱；所述探头安装机构包括壳体、探头套筒、端盖、活塞油缸组件和连接组件；所述壳体为两端开口的圆筒体，壳体的内孔中设置有用于与探头套筒组合的导向筒，所述导向筒位于壳体内壁的底部且内孔为贯穿壳体壁的通孔，其中心线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，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槽口，所述槽口若为两个，两槽口相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布；所述活塞油缸组件包括活塞、活塞杆和设置在壳体内壁顶部的油缸，油缸的中心线与导向筒的中心线在一条直线上；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筒壁设置的槽口伸出；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导向筒且其下端位于壳体之外，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；活塞安装在油缸内，活塞杆的一端与活塞固接，另一端与端盖顶面的中心部位固连，油缸的进油口通过输油管与液压泵连通，油缸的回油口通过输油管与油箱连通；传送机构与安装在壳体上的连接组件连接。上述压力耦合岩石破裂声学监测系统，连接油缸进油口与液压泵的输油管上设置有液压表，以便于监测油缸中的压力。上述压力耦合岩石破裂声学监测系统，声发射传感器中的所述油缸顶部可以通过焊接方式或者螺纹连接方式与壳体内壁顶部固连，也可以与壳体为一体化结构。上述压力耦合岩石破裂声学监测系统，连接组件由螺母和至少两副连接支架组成，各连接支架的一端环绕螺母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固连；这种连接组件可以使安装机构在一定范围内实现小幅度转动，从而进一步保证壳体顶部及探头套筒底部与钻孔孔壁有效耦合接触。上述压力耦合岩石破裂声学监测系统，为了便于将安装有声发射探头的安装机构送入待安装钻孔的设定位置，减少人工操作难度以及传送过程中因摩擦力过大造成的对线缆或探头安装机构的磨损，所述传送机构由传送杆、连接杆和滚轮组件组合而成；所述传送杆的一端中心部位设有连接螺孔，另一端中心部位设有连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力耦合岩石破裂声学监测系统，包括声发射传感器和地面工作站(15)，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(16)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(15)还包括液压泵(8)和油箱(9)；所述探头安装机构包括壳体(1)、探头套筒(2)、端盖(2‑2)、活塞油缸组件(4)和连接组件；所述壳体(1)为两端开口的圆筒体，壳体的内孔中设置有用于与探头套筒(2)组合的导向筒(5)，所述导向筒(5)位于壳体内壁的底部且内孔为贯穿壳体壁的通孔，其中心线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(2‑1)，探头套筒的内孔与声发射探头(3)为间隙配合、外形与导向筒(5)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，筒壁上端设置有供声发射探头的线缆接头(3‑1)伸出的一个或两个槽口(2‑3)，所述槽口(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；所述活塞油缸组件包括活塞(4‑3)、活塞杆(4‑2)和设置在壳体内壁顶部的油缸(4‑1)，油缸(4‑1)的中心线与导向筒(5)的中心线在一条直线上；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)从探头套筒筒壁设置的槽口(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导向筒(5)且其下端位于壳体之外，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；活塞(4‑3)安装在油缸内，活塞杆(4‑2)的一端与活塞(4‑3)固接，另一端与端盖(2‑2)顶面的中心部位固连，油缸的进油口通过输油管与液压泵(8)连通，油缸的回油口通过输油管与油箱连通；传送机构与安装在壳体上的连接组件连接。...

【技术特征摘要】
1.一种压力耦合岩石破裂声学监测系统，包括声发射传感器和地面工作站(15)，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(16)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(15)还包括液压泵(8)和油箱(9)；所述探头安装机构包括壳体(1)、探头套筒(2)、端盖(2-2)、活塞油缸组件(4)和连接组件；所述壳体(1)为两端开口的圆筒体，壳体的内孔中设置有用于与探头套筒(2)组合的导向筒(5)，所述导向筒(5)位于壳体内壁的底部且内孔为贯穿壳体壁的通孔，其中心线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(2-1)，探头套筒的内孔与声发射探头(3)为间隙配合、外形与导向筒(5)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，筒壁上端设置有供声发射探头的线缆接头(3-1)伸出的一个或两个槽口(2-3)，所述槽口(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；所述活塞油缸组件包括活塞(4-3)、活塞杆(4-2)和设置在壳体内壁顶部的油缸(4-1)，油缸(4-1)的中心线与导向筒(5)的中心线在一条直线上；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)从探头套筒筒壁设置的槽口(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导向筒(5)且其下端位于壳体之外，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；活塞(4-3)安装在油缸内，活塞杆(4-2)的一端与活塞(4-3)固接，另一端与端盖(2-2)顶面的中心部位固连，油缸的进油口通过输油管与液压泵(8)连通，油缸的回油口通过输油管与油箱连通；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所述压力耦合岩石破裂声学监测系统，其特征在于所述连接组件由螺母(11)和至少两副连接支架(10)组成，各连接支架的一端环绕螺母(11)外壁均匀分布并与螺母外...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，邓朝福，吴池，李志成，雷孝章，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川,51