[发明专利]一种利用超声波回波监测围岩应力状态的监测方法及系统

摘要

本发明公开了一种利用超声波回波监测围岩应力状态的监测方法及系统，监测系统包括计算机、数字示波器、超声波测试仪、超声波收发一体传感器；所述超声波收发一体传感器与超声波测试仪电连接，所述计算机与数字示波器并联，所述超声波测试仪与计算机、数字示波器通过USB数据传输线或井下无线传输网通信连接。监测方法是利用上述监测系统完成间接监测围岩应力状态。本发明（1）监测成本低；（2）不影响安全生产，不会对锚杆产生破坏，不影响锚杆的力学性能；（3）适用范围广，无需考虑围岩介质的影响；（4）操作简单，操作工人只需涂抹凡士林，耦合超声波收发元件与锚杆，没有高难度操作；（5）监测精度高。

主权项

1.一种利用超声波回波监测围岩应力状态的监测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：S1、针对某一采区或回采工作面开采巷道区域，按一定面积或安全生产需求合理布置监测围岩应力状态的锚杆；S2、将被监测应力状态锚杆的两端打磨平整，以便超声波收发一体传感器与锚杆的耦合及超声波在锚杆中的传播和反射；S3、在安装锚杆前，先将所有需要监测的锚杆一端做标记并记录，测量被监测锚杆的多种物理参数；S4、将需要监测的锚杆安装到煤岩介质中，把做好的标记裸露在围岩外，将超声波收发一体传感器涂抹适量耦合剂，并与监测锚杆裸露端耦合，然后进行超声波测试，测量超声波在被监测锚杆中的传播物理参数；如果监测锚杆裸露端离地面较远，可将超声波收发一体传感器固定在伸缩杆一端，操作人员在伸缩杆另一端操作；S5、超声波测试仪发生一定频率的超声波信号，超声波信号经超声波收发一体传感器传入安装在围岩介质中的锚杆，并传播到锚杆的另一末端被反射回来形成回波，携带了锚杆物理力学性质信息的超声波信号被超声波收发一体传感器接收，然后传入超声波测试仪，存储相关信息并进行记录；S6、利用计算机对比分析发射和反射回来的超声波信号，得出反射回来的超声波在被监测锚杆中的传播物理参数；S7、超声波信号对锚杆的监测从锚杆安装完毕开始，每天派工作人员固定时间去测试一次，将测试的声学参数数据与已测数据对比分析，得出声学参数变化情况；S8、锚杆安装到煤岩介质中，与煤岩体产生相互作用力，二者大小相等，起到支护煤岩体的作用；在锚杆发生破坏前，其应力状态能反映出该区域围岩所受应力情况；而锚杆所受应力与其本身发生的变形量或应变量存在必然联系，超声波声学参数可以准确地测试锚杆在受力状态下的变形量或应变量；通过对比分析锚杆不同应力状态下的超声波声学参数，间接得出锚杆所在区域煤岩体的平均受力状态。