CN107063144B - 一种声发射监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声发射监测系统，包括声发射传感器和地面工作站，声发射传感器用于安装在被监测岩体的钻孔中，由声发射探头、探头安装机构和将安装有声发射探头的安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构组成。本发明声发射监测系统中探头安装机构通过导向组件第二盖板与探头套筒上方端盖之间的可插拔式连接配合，解决了声发射传感器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，从而增强对岩石(体)工程稳定性及岩爆动力灾害的监测与预报可靠性；此外，还可以实现多个声发射探头同时联用，具有更广泛的适用范围。

Description

一种声发射监测系统

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，涉及一种声发射监测系统。

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，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。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术中的不足，提供一种声发射监测系统，其声发射传感器不仅安装方便，而且声发射探头与钻孔孔壁能实现有效耦合，确保声发射探头探测信号的有效性，并且可实现多个声发射探头联用。

本发明所述声发射监测系统，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、探头安装机构和将安装有声发射探头的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；所述探头安装机构包括探头套筒、端盖、弹簧套筒、弹簧、导向组件和框形连接体；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，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，上端筒壁设置有供声发射探头的线缆接头伸出的一个或两个槽口，若为两个槽口，两槽口相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布；所述端盖由第一盖板和第一盖板顶面设置的连接件构成，第一盖板与探头套筒上端面的形状和尺寸匹配，连接件上设有供第一限位销钉穿过的第一过孔；所述弹簧套筒为两端开口的筒体且下端安装有第二限位销钉，弹簧套筒数量为两个，两弹簧套筒相对于探头套筒的中心线呈轴对称固定在探头套筒外壁，且两弹簧套筒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；所述导向组件由第二盖板和两根导向杆构成，第二盖板顶面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面、底面为平面，第二盖板中心部位设置有与端盖连接件形状和尺寸匹配的中心孔，该中心孔的孔壁设置有供第一限位销钉穿过的第二过孔，两根导向杆相对于第二盖板的中心线呈轴对称固定在第二盖板底面，两根导向杆中心线之间的间距与两个弹簧套筒中心线之间的间距相同；所述框形连接体的数量为一个或两个，框形连接体与探头套筒所设槽口处的外壁固连并与槽口相通；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进入框形连接体，端盖的第一盖板覆盖在探头套筒上端面并与探头套筒为可拆卸式连接，所述弹簧的数量为两根，两根弹簧分别装入两个弹簧套筒内，其下端由弹簧套筒下端安装的第二限位销钉限位，导向组件的两根导向杆分别与两根弹簧组合，导向组件的第二盖板套装在端盖上并通过第一限位销钉与端盖连接使弹簧处于压缩状态，传送机构与框形连接体或探头套筒铰连。

上述声发射监测系统，所述探头安装机构的数量与声发射探头数量相同，可以根据实际需要，在同一钻孔中沿钻孔轴向布置多个声发射探头，不同声发射探头的朝向可以根据实际监测要求进行设置；相邻两个声发射传感器通过传送机构进行连接。

上述声发射监测系统，为了便于在弹簧套筒上安装第二限位销钉，所述弹簧套筒沿径向相对的位置设计有第二限位销钉穿过的第三过孔；通过安装在弹簧套筒上的第二限位销钉不仅可以对弹簧套筒中的弹簧起到向下移动的距离，起到限位作用；当将弹簧套筒上的第二限位销钉拔出时，弹簧恢复自由伸缩状态，其弹性作用力消失，导向组件第二盖板和探头套筒与钻孔孔壁之间不再是紧密接触，特别是当导向组件垂直向下时，导向组件在其自身重力下，向下滑落，其导向杆重新进入弹簧套筒，以便于利用传送机构将声发射传感器轻松取出。

上述声发射监测系统，声发射传感器可以通过穿过第一限位销钉的绳索(例如钢丝绳)将第一限位销钉从导向组件第二盖板和端盖连接件中拔出；同样，声发射传感器也可以通过穿过第二限位销钉的绳索(例如钢丝绳)将第二限位销钉从弹簧套筒上拔出。

上述声发射监测系统，为了进一步改善声发射探头信号传输效果，可以在声发射探头与探头套筒底面接触的端面涂覆耦合剂，以使声发射探头底部端面与探头套筒的底部有效接触；所述耦合剂为黄油、凡士林等。

上述声发射监测系统，为了与声发射探头连接的线缆外形匹配，避免损伤线缆，所述探头套筒上端筒壁设置的供声发射探头线缆接头伸出的槽口为U型槽口；所述U型槽口的宽度略大于声发射探头线缆接头的直径。

上述声发射监测系统，为了方便将探头安装机构送至钻孔内设定位置，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，本发明所述传送机构由传送杆组件和滚轮组件组合而成；所述传送杆组件包括第一传送杆、第二传送杆和连接杆，所述第一传送杆的一端设有第一铰接接头，另一端中心部位设有第一连接螺孔，所述第二传送杆的一端设有第二铰接接头，另一端中心部位设置有第一连接孔且第一连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺孔，所述连接杆由与第一连接螺孔匹配的螺纹段和与第一连接孔匹配的柱体段组成，连接杆的螺纹段与第一传送杆所设第一连接螺孔螺纹连接，连接杆的柱体段插入第二传送杆所设第一连接孔并通过紧固螺钉固定；所述滚轮组件包括滚轮、U型安装板、轮轴和滚轮套筒，滚轮的数量为两个或三个，U型安装板和轮轴的数量与滚轮的数量相同，各滚轮分别安装在相应的轮轴上，各轮轴的两端分别安装在相应的U型安装板的两侧板上，使各滚轮分别位于相应的U型安装板的两侧板之间，滚轮套筒的内孔大于第一传送杆和第二传送杆的外形尺寸且孔壁上设计有第二紧固螺孔，各U型安装板分别固连于滚轮套筒的外壁上，当U型安装板为两个时，两个U型安装板中心线之间的夹角为120°～135°，当U型安装板为三个时，其中两个U型安装板的中心线在一条直线上，余下一个U型安装板的中心线与上述两个U型安装板中心线的夹角均为90°；滚轮组件的滚轮套筒套装在传送杆组件的第二传送杆上并通过紧固螺钉固定。上述传送机构，探头安装机构与第一传送杆或第二传送杆之间是铰接连接，在安装过程中可以避免因声发射安装机构与钻孔之间的产生过多的摩擦，对声发射安装机构产生磨损；此外，由于第一传送杆与第二传送杆是通过连接杆连接，而滚轮套筒、第二传送杆与连接杆之间是通过紧固螺钉进行固连；在安装和拆卸过程中，这种连接方式不需要旋转第一传送杆和第二传送杆，一方面可以避免因传送杆旋转而使探头安装机构与钻孔之间产生摩擦，另一方面可以避免因传送杆旋转而导致与限位销钉连接的的多根绳索之间互相缠绕而产生误操作。

上述声发射监测系统，为了将探头安装机构送至较深的钻孔，可以将第一传送杆和/或第二传送杆的加工长度延长，也可以在传送杆组件中增加第三传送杆，以使传送杆组件的推送长度增加；所述第三传送杆的一端中心部位设有第二连接螺孔，另一端中心部位设有第二连接孔，所述第二连接螺孔与连接杆的螺纹段匹配，所述第二连接孔与连接杆的柱体段匹配且孔壁上设置有第三紧固螺孔；第三传送杆的数量至少为一根，使用时位于第一传送杆与第二传送杆之间，通过连接杆实现与第一传送杆和第二连接杆的组合及第三传送杆相互之间的组合；第三传送杆上可配置至少一组滚轮组件。

本发明所述声发射监测系统的工作原理：该声发射监测系统的声发射传感器导向组件的第二盖板通过第一限位销钉与端盖实现可插拔连接，使弹簧处于压缩状态，将声发射探头锁定在探头套筒内，这样可以满足组装后的探头安装机构垂直于钻孔轴向的截面面积小于待安装钻孔截面积，从而使安装有声发射探头的探头安装机构能够在钻孔内自由移动；当利用传送机构将安装有声发射探头的探头安装机构送至钻孔内的设定位置时，将第一限位销钉拔出，在弹簧弹性力作用下，导向组件与探头套筒向相反的两个方向移动，从而使导向组件和探头套筒分别与钻孔内壁紧密接触，保证声发射探头与钻孔孔壁的有效耦合，满足声发射探头信号监测的工作条件；监测完毕后，通过拔出弹簧套筒下端安装的第二限位销钉，可以解除对弹簧的作用力，从而使导向组件的第二盖板和/或探头套筒与钻孔孔壁分离，再利用传送机构将安装有声发射探头的探头安装机构从被监测岩体钻孔中收回，可实现声发射传感器的回收和重复使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述声发射监测系统，声发射传感器所采用的探头安装机构，通过导向组件第二盖板与探头套筒上方端盖之间的可插拔式连接配合，解决了声发射传感器有效安装和耦合的难题；当导向组件的第二盖板通过第一限位销钉与端盖连接时，弹性套筒内的弹簧处于压缩状态；当将第一限位销钉拔出后，在弹簧弹性恢复力作用下使导向组件第二盖板顶面和探头套筒下端面均与钻孔孔壁紧密接触，从而保证声发射传感器与钻孔孔壁的有效耦合；声发射传感器将接收到的监测信号通过线缆传输至地面工作站，并通过地面工作站的计算机对监测信号进行显示。

2、本发明所述声发射监测系统，声发射传感器所采用的第二盖板顶面与探头套筒下端面为与钻孔孔壁适配的弧形耦合面，确保声发射探头与钻孔孔壁的耦合效果，从而增强对岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测与预报可靠性。

3、本发明所述声发射监测系统，监测完毕后，通过拔出弹簧套筒下端安装的第二限位销钉，可以解除对弹簧的作用力，使导向组件第二盖板和/或探头套筒与钻孔孔壁分离，便于传送机构将声发射传感器从钻孔中收回，从而实现声发射传感器的重复使用，节约监测成本。

4、本发明所述声发射监测系统，由于安装有声发射探头的探头安装机构传送过程中尺寸小于钻孔尺寸，且传送机构的传送杆可以由多根连接而成，因而不仅安装方便，还不受钻孔深度及方位的影响，具有更广泛的适用范围。

5、本发明所述声发射监测系统，由于所采用的传送机构设计有传动滚轮，因而可实现安装过程中的滚动传送，克服安装传送过程中钻孔孔壁的摩擦力影响，确保声发射传感器和传输线缆的完整性。

6、本发明所述声发射监测系统，由于所采用的探头套筒与传送杆之间通过铰接方式连接，可以使探头套筒在一定范围内实现小幅度转动，从而进一步保证导向组件第二盖板顶面和探头套筒下端面分别与钻孔孔壁有效耦合接触。

7、本发明所述声发射监测系统，具有结构简单，安装、拆卸方便的特点，因而可降低劳动强度，节约大量人力成本。

8、本发明所述声发射监测系统，为了满足不同需求，可以通过多个传送组件将多个探头安装机构连接起来以实现在同一钻孔中布置多个的声发射探头的目的，使每个声发射探头端面方向可根据监测需要分别确定，从而提高对岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测效率。

附图说明

图1为本发明所述声发射监测系统包含两个声发射探头的结构示意图。

图2为本发明所述声发射监测系统中探头安装机构的结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为本发明所述声发射监测系统中探头套筒、弹簧套筒和框形连接体的结构示意图。

图5为本发明所述声发射监测系统中端盖的主视图。

图6为图5的仰视图。

图7为本发明所述声发射监测系统中导向组件的结构示意图。

图8为本发明所述声发射监测系统中限位销钉的结构示意图。

图9为本发明所述声发射监测系统中声发射探头的结构示意图。

图10为图9的俯视图。

图11为本发明所述声发射监测系统中第一传送杆的结构示意图。

图12为本发明所述声发射监测系统中第二传送杆的结构示意图。

图13为本发明所述声发射监测系统中连接杆的结构示意图。

图14为本发明所述声发射监测系统中第三传送杆的结构示意图。

图15为本发明所述声发射监测系统中滚轮组件的结构示意图。

图16为本发明中安装有声发射探头的探头安装机构处于安装时的状态图。

图17为本发明中安装有声发射探头的探头安装机构处于监测时的状态图。

图18为本发明中安装有声发射探头的探头安装机构处于回收时的状态图。

图19为本发明所述声发射监测系统包含三个声发射探头的的结构示意图。

图中：1探头安装机构，1-1探头套筒，1-1-1槽口，1-2端盖，1-2-1第一盖板，1-2-2连接件，1-2-3第一过孔，1-2-4螺纹孔，1-3弹簧套筒，1-3-1第三过孔，1-4弹簧，1-5导向组件，1-5-1第二盖板，1-5-2导向杆，1-5-3第二过孔，1-6第一限位销钉，1-6-1第四过孔，1-7框形连接体，1-7-1第三铰接接头，1-8第二限位销钉，1-8-1第五过孔，2声发射探头，2-1线缆接头，3传送机构，3-1传送杆组件，3-1-1第一传送杆，3-1-1-1第一连接螺孔，3-1-1-2第一铰接接头，3-1-2第二传送杆，3-1-2-1第一连接孔，3-1-2-2第二铰接接头，3-1-2-3第一紧固螺孔，3-1-3、连接杆，3-1-3-1螺纹段，3-1-3-2柱体段，3-1-4第三传送杆，3-1-4-1第二连接螺孔，3-1-4-2第二连接孔，3-1-4-3第三紧固螺孔，3-2滚轮组件，3-2-1滚轮，3-2-2U型安装板，3-2-3轮轴，3-2-4滚轮套筒，3-2-4-1第二紧固螺孔，4地面工作站，4-1计算机，5线缆，6钻孔，7岩体。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明所述声发射监测系统的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供的声发射监测系统如图1所示，包括声发射传感器和地面工作站4，声发射传感器用于安装在被监测岩体7的钻孔6内，将接收到的监测信号通过线缆5传输至地面工作站4，地面工作站中的计算机4-1对来自发射传感器的监测信号进行处理并予以显示；声发射传感器由声发射探头2、探头安装机构以及将安装有声发射探头的安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构3组成；探头安装机构1和声发射探头2的数量均为两个。

如图9、图10所示，上述声发射探头2为圆柱形结构，侧面延伸出线缆接头2-1，声发射探头2一端面涂覆有黄油。

如图2、图3所示，上述探头安装机构1包括探头套筒1-1、端盖1-2、弹簧套筒1-3、弹簧1-4、导向组件1-5和框形连接体1-7；弹簧1-4的数量为两根。

如图2、图3、图4所示，上述探头套筒1-1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2为间隙配合，探头套筒1-1的下端面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面，上端筒壁设置有供声发射探头的线缆接头伸出的两个U型槽口1-1-1，两个U型槽口1-1-1相对于探头套筒1-1的中心线呈轴对称分布，U型槽口1-1-1的宽度大于与声发射探头2连接的线缆直径。

如图5、图6所示，上述端盖1-2由第一盖板1-2-1和第一盖板顶面焊接固连的连接件1-2-2构成；第一盖板1-2-1为正方形，其与探头套筒1-1上端面形状和尺寸相匹配，四个角上设置有螺纹孔1-2-4；连接件1-2-2上设有供第一限位销钉1-6穿过的第一过孔1-2-3。

如图2、图3、图4所示，上述弹簧套筒1-3为两端开口的筒体且下端安装有穿过其上第三过孔1-3-1的第二限位销钉1-8，弹簧套筒1-3数量为两个，两弹簧套筒相对于探头套筒的中心线呈轴对称焊接固连在探头套筒外壁，且两弹簧套筒的中心线在水平面投影的连线与所述U型槽口1-1-1的中心线在水平面的投影垂直，两弹簧套筒下端沿径向设置第二插销孔1-3-1。

如图2、图3及图7所示，上述导向组件1-5由第二盖板1-5-1和两根导向杆1-5-2构成，第二盖板1-5-1顶面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面、底面为平面，第二盖板1-5-1中心部位设置有与端盖连接件1-2-2形状和尺寸匹配的中心孔，该中心孔的孔壁设置有供第一限位销钉1-6穿过的第二过孔1-5-3，两根导向杆1-5-2相对于第二盖板1-5-1的中心线呈轴对称焊接固定在第二盖板底面，两根导向杆中心线之间的间距与两个弹簧套筒1-3中心线之间的间距相同。

如图4所示，上述框形连接体1-7的数量为两个，框形连接体1-7与探头套筒所设U型槽口1-1-1处的外壁焊接固连，并与U型槽口1-1-1相通，以便将线缆接头罩住，避免其与钻孔孔壁之间频繁接触而产生磨损；所述框形连接体1-7的外侧设置有带通孔的第三铰接接头1-7-1。

上述第一限位销钉1-6和第二限位销钉均系有穿过第四过孔1-6-1、第五过孔1-8-1，控制限位销钉拔出的钢丝绳。

上述探头安装机构1和声发射探头2的组装方式为：声发射探头2安装在探头套筒1-1内，其涂有黄油的一端与探头套筒的底部接触，其线缆接头2-1从探头套筒筒壁设置的槽口1-1-1伸出进入框形连接体1-7，端盖的第一盖板1-2-1覆盖在探头套筒1-1上端面并经穿过端盖螺纹孔1-2-4的螺钉实现固连，两根弹簧1-4分别装入两个弹簧套筒1-3内，其下端由第二限位销钉1-8限位，导向组件的两根导向杆1-5-2分别与两根弹簧1-4组合，将两个带第五过孔1-8-1的销钉1-8插入弹簧套筒1-3，并将套接有弹簧1-4的导向杆1-5-2穿入弹簧套筒1-3内，导向组件的第二盖板1-5-1套装在端盖1-2上并通过带有第四过孔1-6-1的第一限位销钉1-6与端盖1-2连接使弹簧1-4处于压缩状态；此时，声发射探头2被固定在探头套筒1-1内，组装后的探头安装机构1垂直于钻孔轴向的截面积小于钻孔6截面积。

如图1、图11至图15所示，上述传送机构3由传送杆组件3-1和滚轮组件3-2组合而成；传送杆组件3-1包括第一传送杆3-1-1、第二传送杆3-1-2、第三传送杆3-1-4和连接杆3-1-3；第一传送杆3-1-1的一端设有第一铰接接头3-1-1-2，另一端中心部位设有第一连接螺孔3-1-1-1；第二传送杆3-1-2的一端设有第二铰接接头3-1-2-2，另一端中心部位设置有第一连接孔3-1-2-1且第一连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺孔3-1-2-3；第三传送杆3-1-4的一端中心部位设有第二连接螺孔3-1-4-1，另一端中心部位设有第二连接孔3-1-4-2且第一连接孔的孔壁上设置有第三紧固螺孔3-1-4-3；连接杆3-1-3由与第一连接螺孔和第二连接螺孔匹配的螺纹段3-1-3-1以及与第一连接孔和第二连接孔匹配的六角柱形柱体段3-1-3-2组成，连接杆的螺纹段3-1-3-1与第一传送杆所设第一连接螺孔3-1-1-1或第三传送杆所设第二连接螺孔3-1-4-1螺纹连接，连接杆的柱体段3-1-3-2插入第二传送杆所设第一连接孔3-1-2-1或第三传送杆所设第二连接孔3-1-4-1并通过紧固螺钉固定；滚轮组件3-2包括滚轮3-2-1、U型安装板3-2-2、轮轴3-2-3和滚轮套筒3-2-4，滚轮3-2-1的数量为三个，U型安装板3-2-2和轮轴3-2-3的数量与滚轮的数量相同，各滚轮3-2-1分别安装在相应的轮轴上，各轮轴3-2-3的两端分别安装在相应的U型安装板3-2-2的两侧板上，使各滚轮分别位于相应的U型安装板的两侧板之间，滚轮套筒3-2-4的内孔大于第一传送杆3-1-1和第二传送杆3-1-2的外形尺寸且孔壁上设计有第二紧固螺孔3-2-4-1，各U型安装板分别焊接固连于滚轮套筒3-2-4的外壁上，U型安装板为三个，其中两个U型安装板的中心线在一条直线上，余下一个U型安装板的中心线与上述两个U型安装板中心线的夹角均为90°；滚轮组件3-2的滚轮套筒3-2-4套装在传送杆组件3-1的第二传送杆3-1-2或第三传送杆3-1-4上并通过紧固螺钉固定。

如图1所示，本实施例给出的声发射传感器的组装过程为：先将第一传送杆3-1-1、套装有滚轮组件3-2的第三传送杆3-1-4和套装有滚轮组件的第二传送杆3-1-2顺次通过两个连接杆3-1-3连接在一起，将第二传送杆上的第一紧固螺孔3-1-2-3和第三传送杆上的第三紧固螺孔3-1-4-3分别与两个滚轮套筒上的第二紧固螺孔3-2-4-1对齐，利用紧固螺钉将滚轮组件、第二传送杆、连接杆或者滚轮组件、第三传送杆、连接杆固定，完成两个探头安装机构之间的传送部件安装；再将上述完成安装的传送部件的第一传送杆第一铰接接头3-1-1-2和第二传送杆第二铰接接头3-1-2-2分别与两个安装有声发射探头2的探头安装机构1的框形连接体第三铰接接头1-7-1经适配销钉铰接在一起，靠近钻孔6外侧的探头安装机构的另一框形连接体上第三铰接接头1-7-1与另一第二传送杆第二铰接接头3-1-2-2经适配销钉铰接在一起，完成声发射传感器的组装。

如图1、图16至图18所示，本实施例给出的的声发射监测系统的使用过程为：将安装有声发射探头2的探头安装机构1通过传送机构3放入被监测岩体7的钻孔6内，推动传送机构3，将其送至需要监测的位置，然后拔出第一限位销钉1-6，在弹簧1-4的弹性力作用下，导向组件1-5和探头套筒1-1向相反的方向移动，从而使第二盖板1-5-1的顶面和探头套筒1-1的下端面分别与钻孔孔壁紧密接触；与声发射探头2相连的线缆4延伸至地表，并与地面工作站4的计算机4-1相连；声发射探头2将接收到的监测信号经线缆5传输至地面工作站4的计算机4-1，并通过计算机4-1对监测信号进行实时显示。由于第二盖板1-5-1的顶面和探头套筒1-1的下端面均为与钻孔孔壁型面适配的圆弧面，从而可以保证传感器与钻孔孔壁的有效接触，确保声发射探头接收的信号有效性和稳定性。

当监测过程结束后，将弹簧套筒1-3上的第二限位销钉1-8拔出，弹簧1-4恢复到自由状态，导向组件1-5在重力作用下与钻孔壁分离并进入弹簧套筒1-3，此时，探头安装机构沿垂直于钻孔轴向截面面积又小于钻孔6截面面积，因而，可以通过传送杆组件3-1将探头安装机构1从钻孔6中拉出，使得声发射探头2及其安装机构可以被回收再利用。

实施例2

本实施例提供的声发射监测系统，如图19所示，包括声发射传感器和地面工作站4，声发射传感器用于安装在被监测岩体7的钻孔6内，将接收到的监测信号通过线缆5传输至地面工作站4，地面工作站中的计算机4-1对来自发射传感器的监测信号进行处理并予以显示；声发射传感器由声发射探头2、探头安装机构以及将安装有声发射探头的安装机构传送至钻孔内设定位置的传送机构3组成；探头安装机构1和声发射探头2的数量均为三个。

本实施例提供的探头安装机构1和声发射探头2的结构与实施例1相同。

如图1、图11至图15所示，上述传送机构3传送机构3由传送杆组件3-1和滚轮组件3-2组合而成；传送杆组件3-1包括第一传送杆3-1-1、第二传送杆3-1-2和连接杆3-1-3；第一传送杆3-1-1的一端设有第一铰接接头3-1-1-2，另一端中心部位设有第一连接螺孔3-1-1-1；第二传送杆3-1-2的一端设有第二铰接接头3-1-2-2，另一端中心部位设置有第一连接孔3-1-2-1且第一连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺孔3-1-2-3；连接杆3-1-3由与第一连接螺孔匹配的螺纹段3-1-3-1和与第一连接孔匹配的六角柱形柱体段3-1-3-2组成，连接杆的螺纹段3-1-3-1与第一传送杆所设第一连接螺孔3-1-1-1螺纹连接，连接杆的柱体段3-1-3-2插入第二传送杆所设第一连接孔3-1-2-1并通过紧固螺钉固定；滚轮组件3-2包括滚轮3-2-1、U型安装板3-2-2、轮轴3-2-3和滚轮套筒3-2-4，滚轮3-2-1的数量为三个，U型安装板3-2-2和轮轴3-2-3的数量与滚轮的数量相同，各滚轮3-2-1分别安装在相应的轮轴上，各轮轴3-2-3的两端分别安装在相应的U型安装板3-2-2的两侧板上，使各滚轮分别位于相应的U型安装板的两侧板之间，滚轮套筒3-2-4的内孔大于第一传送杆3-1-1和第二传送杆3-1-2的外形尺寸且孔壁上设计有第二紧固螺孔3-2-4-1，各U型安装板分别焊接固连于滚轮套筒3-2-4的外壁上，U型安装板为三个，其中两个U型安装板的中心线在一条直线上，余下一个U型安装板的中心线与上述两个U型安装板中心线的夹角均为90°；滚轮组件3-2的滚轮套筒3-2-4套装在传送杆组件3-1的第二传送杆3-1-2上并通过紧固螺钉固定。

如图19所示，本实施例给出的声发射传感器的组装：将第一传送杆3-1-1和套装有滚轮组件3-2的第二传送杆3-1-2通过一个连接杆3-1-3连接在一起，将第二传送杆上的第一紧固螺孔3-1-2-3与滚轮套筒上的第二紧固螺孔3-2-4-1对齐，利用紧固螺钉将滚轮组件、第二传送杆、连接杆三者固定，完成相邻两个探头安装机构之间的传送部件安装，依据上述类似方法，共组装两套传送部件；再利用上述完成安装的传送部件采用实施例1中相同的方式将三个安装有声发射探头的探头安装机构依次连接在一起，靠近钻孔6外侧的探头安装机构的另一框形连接体上第三铰接接头1-7-1与另一第二传送杆第二铰接接头3-1-2-2经适配销钉铰接在一起，完成声发射传感器的组装。

本实施例提供的上述声发射监测系统的使用及回收过程与实施例1相同。

在对上述实施例1、实施例2中带有滚轮组件3-2和连接杆3-1-3的传送机构3进行拆卸时，只需要将安装在滚轮套筒3-2-4上的紧固螺钉旋松，即可实现第二传送杆3-1-2或第三传送杆3-1-4与滚轮组件3-2和连接杆3-1-3的分离，不仅拆卸方便，而且避免了传送机构3的整体旋转，从而避免探头安装机构与钻孔之间产生过多摩擦，同时也可以避免因传送机构整体旋转而导致与限位销钉连接的的多根绳索之间互相缠绕而产生误操作。

上述实施例1、实施例2中，当钻孔6较深、第一传送杆3-1-1和/或第二传送杆3-1-2不够使用时，可以配置分别与第一传送杆3-1-1和/或第二传送杆3-1-2连接的第三传送杆3-1-4；第一传送杆3-1-1、第二传送杆3-1-2和第三传送杆3-1-4之间通过连接杆3-1-3连接。

上述实施例1、实施例2中，靠近钻孔6外侧的探头安装机构的另一端，可以依据钻孔的深度，再配置由第一传送杆3-1-1和/或第二传送杆3-1-2和/或第三传送杆3-1-4组成的传送杆组件3-1和滚轮组件3-2，以控制声发射传感器在钻孔内的进入深度。

上述实施例1、实施例2中的焊接固连方式，也可以通过螺栓固连方式、一体式固化成型等其它固连方式替代；螺钉固连方式，也可以通过卡扣、磁性连接件等其它可拆卸固连方式替代。

Claims (6)

1.一种声发射监测系统，包括声发射传感器和地面工作站(4)，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(5)传输至地面工作站，地面工作站中的计算机(4-1)对来自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(2)、探头安装机构(1)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(3)组成，声发射探头(2)的数量至少为一个，探头安装机构(1)的数量与声发射探头的数量相同；

所述探头安装机构(1)包括探头套筒(1-1)、端盖(1-2)、弹簧套筒(1-3)、弹簧(1-4)、导向组件(1-5)和框形连接体(1-7)；所述探头套筒(1-1)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(2)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，上端筒壁设置有供声发射探头的线缆接头伸出的一个或两个槽口(1-1-1)，若为两个槽口，两槽口相对于探头套筒的中心线呈轴对称分布；所述端盖(1-2)由第一盖板(1-2-1)和第一盖板顶面设置的连接件(1-2-2)构成，第一盖板(1-2-1)与探头套筒(1-1)上端面的形状和尺寸匹配，连接件(1-2-2)上设有供第一限位销钉(1-6)穿过的第一过孔(1-2-3)；所述弹簧套筒(1-3)为两端开口的筒体且下端安装有第二限位销钉(1-8)，弹簧套筒(1-3)数量为两个，两弹簧套筒相对于探头套筒的中心线呈轴对称固定在探头套筒外壁，且两弹簧套筒的中心线在水平面投影的连线与所述槽口(1-1-1)的中心线在水平面的投影垂直；所述导向组件(1-5)由第二盖板(1-5-1)和两根导向杆(1-5-2)构成，第二盖板(1-5-1)顶面为与被监测岩体的钻孔弧度匹配的圆弧面、底面为平面，第二盖板(1-5-1)中心部位设置有与端盖连接件(1-2-2)形状和尺寸匹配的中心孔，该中心孔的孔壁设置有供第一限位销钉(1-6)穿过的第二过孔(1-5-3)，两根导向杆相对于第二盖板的中心线呈轴对称固定在第二盖板底面，两根导向杆中心线之间的间距与两个弹簧套筒(1-3)中心线之间的间距相同；所述框形连接体(1-7)的数量为一个或两个，框形连接体与探头套筒所设槽口(1-1-1)处的外壁固连并与槽口相通；

声发射探头(2)安装在探头套筒(1-1)内，其线缆接头(2-1)从探头套筒筒壁设置的槽口(1-1-1)伸出进入框形连接体(1-7)，端盖的第一盖板(1-2-1)覆盖在探头套筒(1-1)上端面并与探头套筒为可拆卸式连接，所述弹簧(1-4)的数量为两根，两根弹簧(1-4)分别装入两个弹簧套筒(1-3)内，其下端由安装的第二限位销钉(1-8)限位，导向组件的两根导向杆(1-5-2)分别与两根弹簧(1-4)组合，导向组件的第二盖板(1-5-1)套装在端盖(1-2)上并通过第一限位销钉(1-6)与端盖(1-2)连接使弹簧(1-4)处于压缩状态，传送机构(3)与框形连接体(1-7)或探头套筒(1-1)铰连，所述第一限位销钉(1-6)和第二限位销钉(1-8)均连接有绳索。

2.根据权利要求1所述声发射监测系统，其特征在于所述传送机构(3)由传送杆组件(3-1)和滚轮组件(3-2)组合而成；

所述传送杆组件(3-1)包括第一传送杆(3-1-1)、第二传送杆(3-1-2)和连接杆(3-1-3)，所述第一传送杆(3-1-1)的一端设有第一铰接接头(3-1-1-2)，另一端中心部位设有第一连接螺孔(3-1-1-1)，所述第二传送杆(3-1-2)的一端设有第二铰接接头(3-1-2-2)，另一端中心部位设置有第一连接孔(3-1-2-1)且第一连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺孔(3-1-2-3)，所述连接杆(3-1-3)由与第一连接螺孔匹配的螺纹段(3-1-3-1)和与第一连接孔匹配的柱体段(3-1-3-2)组成，连接杆的螺纹段(3-1-3-1)与第一传送杆所设第一连接螺孔(3-1-1-1)螺纹连接，连接杆的柱体段(3-1-3-2)插入第二传送杆所设第一连接孔(3-1-2-1)并通过紧固螺钉固定；

所述滚轮组件(3-2)包括滚轮(3-2-1)、U型安装板(3-2-2)、轮轴(3-2-3)和滚轮套筒(3-2-4)，滚轮(3-2-1)的数量为两个或三个，U型安装板(3-2-2)和轮轴(3-2-3)的数量与滚轮的数量相同，各滚轮(3-2-1)分别安装在相应的轮轴上，各轮轴(3-2-3)的两端分别安装在相应的U型安装板(3-2-2)的两侧板上，使各滚轮分别位于相应的U型安装板的两侧板之间，滚轮套筒(3-2-4)的内孔大于第一传送杆(3-1-1)和第二传送杆(3-1-2)的外形尺寸且孔壁上设计有第二紧固螺孔(3-2-4-1)，各U型安装板分别固连于滚轮套筒(3-2-4)的外壁上，当U型安装板为两个时，两个U型安装板中心线之间的夹角为120°～135°，当U型安装板为三个时，其中两个U型安装板的中心线在一条直线上，余下一个U型安装板的中心线与上述两个U型安装板中心线的夹角均为90°；

滚轮组件(3-2)的滚轮套筒(3-2-4)套装在传送杆组件(3-1)的第二传送杆(3-1-2)上并通过紧固螺钉固定。

3.根据权利要求2所述声发射监测系统，其特征在于所述传送机构(3)还包括第三传送杆(3-1-4)，第三传送杆的一端中心部位设有第二连接螺孔(3-1-4-1)，另一端中心部位设有第二连接孔(3-1-4-2)，所述第二连接螺孔(3-1-4-1)与连接杆的螺纹段(3-1-3-1)匹配，所述第二连接孔(3-1-4-2)与连接杆的柱体段(3-1-3-2)匹配且孔壁上设置有第三紧固螺孔(3-1-4-3)；

第三传送杆(3-1-4)的数量至少为一根，使用时位于第一传送杆与第二传送杆之间，通过连接杆实现与第一传送杆和第二连接杆的组合及第三传送杆相互之间的组合，第三传送杆上可配置至少一组滚轮组件。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述声发射监测系统，其特征在于所述探头套筒上端筒壁设置的供声发射探头线缆接头伸出的槽口(1-1-1)为U型槽口。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述声发射监测系统，其特征在于所述声发射探头(2)与探头套筒底部接触的下端面涂覆有耦合剂。

6.根据权利要求4所述声发射监测系统，其特征在于所述声发射探头(2)与探头套筒底部接触的下端面涂覆有耦合剂。