[发明专利]一种岩爆监测声学传感器

说明书

本发明公开了一种岩爆监测声学传感器，包括声发射探头、探头安装机构和将声发射探头与探头安装机构的组合体传送至被监测岩体钻孔内设定位置的传送机构，声发射探头安装机构主要由套筒组件、导向组件、端盖和弹簧组成；导向组件与套筒组件或端盖之间为可插拔式连接，组装后的探头安装机构将声发射探头锁定在套筒组件的探头套筒内，套筒组件弹性套筒内的弹簧处于压缩状态。本发明通过导向组件与套筒组件或端盖之间的可插拔式连接配合，并利用弹簧的弹性恢复力作用，实现对导向组件和探头组件移动方向的控制，从而解决了声发射探头有效安装和耦合的难题，不仅便于传送声发射探头，而且可以确保声发射探头与钻孔孔壁的耦合效果。

技术领域

本发明属于工程建设中的岩石(体)工程安全监测技术领域，涉及一种岩爆监测声学传感器。

背景技术

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)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。使用此种装置存在以下不足：①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。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术中的不足，提供一种岩爆监测声学传感器，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。