CN107313763A - 工程岩体声发射监测与传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

工程岩体声发射监测与传输系统
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，涉及一种工程岩体声发射监测与传输系统。
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。
本发明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，为了便于安装，所述壳体由两个半圆筒体组合而成；本发明是通过连接片和螺钉实现两个半圆筒体的固连，这种连接方式比较牢固可靠，但这并不是唯一的实现方式，本领域技术人员也可以选择本领域已经披露的其它连接方式实现固连，例如两个半圆筒体通过卡接或者焊接方式实现固连等。
上述工程岩体声发射监测与传输系统，为了便于将与声发射探头连接的线缆引出，所述上导向筒筒壁端部设置的第一槽口以及探头套筒筒壁上端设置的供声发射探头线缆接头伸出的第二槽口均为U型槽口，且第一槽口和第二槽口的宽度略大于声发射探头线缆接头的直径。
上述声发射传感器，本发明采用的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。
上述工程岩体声发射监测与传输系统，所述气囊通过导气管与地表充放气装置连接。地表充放气装置用于对气囊充气或者将气囊中的气体放掉，本发明中采用的充放气装置包括气压计和气针，气压计用于对测量充入气囊的气压大小；气针用于通过与打气筒相接为气囊充气，或者与大气/抽气装置相通将气囊中的气体释放/抽出。上述充放气装置也可采用本领域已经披露的其它常规方式实现，例如采用空气压缩泵和截止阀来替代上述气针和打气筒，截止阀与气压计连接；当为气囊充气时，截止阀进一步与空气压缩泵的出口连通，打开截止阀，为气囊充气，达到所需气压时，关闭截止阀即可；当需要将气囊中的气体释放时，断开截止阀与空气压缩泵的连接，并使导气管与大气相通即可。
上述工程岩体声发射监测与传输系统，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孔且连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺钉，所述连接螺孔的内螺纹类型和尺寸与所述连接组件中螺母的内螺纹类型和尺寸相同；所述连接杆由螺纹段和柱体段组成，用于传送杆与所述连接组件的连接以及传送杆之间的连接，所述螺纹段的外螺纹类型和尺寸与传送杆所设连接螺孔的内螺纹类型和尺寸匹配，所述柱体段的形状和尺寸与传送杆所设连接孔的形状和尺寸匹配，当连接杆的柱体段插入传送杆的连接孔后通过第一紧固螺钉固定；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传送杆的外形尺寸且筒壁上设置有第二紧固螺钉，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°；每根传送杆配置至少一套滚轮组件，滚轮组件的滚轮套筒套装在传送杆上并通过第二紧固螺钉固定。
上述工程岩体声发射监测与传输系统，为了将探头安装机构送至较深的钻孔，传送杆的数量可以为多根，相邻两个传送杆通过连接杆连接，传送杆与连接杆之间通过第一紧固螺钉进行固连；在安装和拆卸过程中，这种连接方式不需要旋转相邻两个传送杆，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使与气囊连接的导气管因磨损而影响使用，在优选的实施方式中，为了便于导气管的传输与减少磨损，还可以将导气管与传送杆沿轴向固定在一起。
上述声发射传感器，为了便于将滚轮组件、传送杆和连接杆三者固定在一起，第一紧固螺钉与第二紧固螺钉可以为同一紧固螺钉；安装时，可以先将传送杆的紧固螺孔与滚轮套筒上的紧固螺孔对齐，再利用紧固螺钉穿过两者的紧固螺孔，并使紧固螺钉顶住连接杆的柱体段，使滚轮组件、传送杆和连接杆三者固定在一起。
上述工程岩体声发射监测与传输系统，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。
上述工程岩体声发射监测与传输系统，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内孔的端面涂覆耦合剂，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。
本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统的工作原理：该工程岩体声发射监测与传输系统的声发射传感器利用气囊和弹簧配合，可以实现对壳体和探头套筒运动方向的控制；在初始状态下，气囊处于完全放气状态，此时声发射探头和探头安装机构的组合体整体尺寸小于待安装钻孔尺寸，从而使声发射探头和探头安装机构的组合体能够在钻孔内自由移动；当向气囊中充入气体，弹簧拉伸变形不断增大，当弹簧所受拉力增大至探头套筒或壳体沿着彼此远离的方向移动，则可使壳体和探头套筒分别与钻孔内壁紧密接触，因此可以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；当将气囊内的气体放出后，声发射探头与探头套筒在弹簧恢复力作用下恢复到初始状态，使探头套筒下端与钻孔内壁分离，以便于声发射探头的回收。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，其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；声发射探头与探头安装机构组装后，声发射探头和探头安装机构的组合体尺寸小于钻孔尺寸，便于该组合体在钻孔内传送，当将该组合体传送到预定位置后，向气囊充气，在气压作用下，壳体与探头套筒相相反的方向移动，壳体顶部和探头套筒底部均与钻孔孔壁紧密接触，从而保证声发射探头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、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，在监测结束后，释放声发射传感器气囊内压力，并依靠弹簧弹性恢复力，使探头套筒下端与钻孔内壁分离，以便于将传感器从钻孔中回收，从而实现声发射传感器的回收及重复使用，节约监测成本。
3、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，声发射传感器所采用的气囊位于壳体内，在传送过程中可以避免因与钻孔壁接触或摩擦而导致的磨损、刺破，从而保证气囊的安全性和稳定性。
4、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，声发射传感器所采用的壳体顶部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，从而增强对矿山岩石(体)稳定性及岩爆动力灾害的监测与预报可靠性。
5、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，声发射传感器所采用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，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。
6、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，声发射传感器所采用的传送机构设计有传动滚轮，以实现安装过程中的滚动传输，从而克服安装传送过程中钻孔孔壁的摩擦力影响。
7、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，固连于声发射传感器所采用的壳体的连接支架与螺母之间是转动连接，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与探头套筒下端面与钻孔孔壁有效耦合接触。
8、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，声发射传感器还具有结构简单，安装、拆卸方便的特点，达到降低了劳动强度，可以节约大量人力成本。
9、本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统，为了满足不同需求，可以通过多个传送杆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为本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统的结构示意图。
图2为本发明所述工程岩体声发射监测与传输系统中声发射探头、探头安装机构和充放气装置的组合示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为探头安装机构中壳体的结构示意图。
图5为图4的B-B剖视图。
图6为声发射探头的示意图。
图7为图6的俯视图。
图8为探头安装机构中探头套筒的结构示意图。
图9为探头安装机构中弹簧与壳体的连接示意图。
图10为探头安装机构中螺母与连接支架的连接示意图。
图11为传送机构中连接杆的示意图。
图12为传送机构中传送杆的结构示意图。
图13为传送机构中滚轮组件的结构示意图。
图14为本发明所述声发射探头与探头安装机构的组合体处于安装状态或回收状态时的示意图。
图15为本发明所述声发射探头与探头安装机构的组合体处于监测状态时的示意图。
其中：1、壳体，1-1、半圆筒体，1-2、上导向筒，1-3、下导向筒，1-4、第一槽口，1-5、连接片，2、探头安装套筒、2-1、弹簧座，2-2、端盖，2-3、第二槽口，3、声发射探头，3-1、线缆接头，4、弹簧，5、连接支架，6、螺母，7、传送杆，7-1、连接孔，7-2、连接螺孔，7-3、第一紧固螺钉，8、滚轮组件，8-1、滚轮，8-2、U型安装板，8-3、轮轴，8-4、滚轮套筒，8-5、第二紧固螺钉，9、连接杆，9-1、螺纹段，9-2、柱体段，10、气囊，11、导气管，12、地面工作站，12-1、计算机，12-2、充放气装置，12-2-1、气压计，12-2-2、气针，13、线缆。
具体实施方式
以下通过实施例并结合附图对本发明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。
本实施例提供的工程岩体声发射监测与传输系统，如图1所示，包括声发射传感器和地面工作站12，该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12，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；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；地面工作站12还包括充放气装置12-2。探头安装机构和声发射探头3的数量均为一个。
如图6、图7所示，上述声发射探头3为圆柱形结构，侧面延伸出线缆接头3-1，声发射探头3一端面涂覆有黄油。
如图2及图3所示，上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。本实施例中弹簧数量两根。本实施例中采用的气囊10为橡胶气囊。
如图4及图5所示，上述壳体1为两端开口的薄壁圆筒体，由两个半圆筒体1-1通过连接片1-5和螺钉固定连接而成，壳体顶部为与钻孔弧度匹配的圆弧面，其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，上导向筒位于壳体内壁的顶部且朝向壳体的一端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位于内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。
如图8所示，上述探头套筒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U型第二槽口2-3，外壁设置有两个弹簧座2-1，两弹簧座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槽口2-1的中心线在水平面的投影垂直；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。
如图3、图7所示，上述连接组件为两套，分别安装在壳体1的两端；连接组件由螺母6和两副连接支架5组成，每副连接支架中数量为两根；连接支架5两端向两个相反的方向弯折加工出适于与壳体1和螺母6连接的结构；连接支架5一端焊接于壳体1的内侧，另一端通过铆钉与螺母6外壁铰连。通过连接组件可以在壳体1两端分别安装传送机构，这样不仅便于声发射传感器在钻孔内的传送，还可以通过传送杆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。
如图11至图13所示，上述传送机构由传送杆7、连接杆9和滚轮组件8组合而成；传送杆7的一端中心部位设有连接螺孔7-2，另一端中心部位设有连接孔7-1且连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺钉7-3，连接螺孔的内螺纹类型和尺寸与所述连接组件中螺母6的内螺纹类型和尺寸相同；连接杆9由螺纹段9-1和柱体段9-2组成，用于传送杆与所述连接组件的连接以及传送杆之间的连接；螺纹段9-1的外螺纹类型和尺寸与传送杆所设连接螺孔7-2的内螺纹类型和尺寸匹配，柱体段9-2的形状和尺寸与传送杆所设连接孔7-1的形状和尺寸匹配，当连接杆的柱体段9-2插入传送杆的连接孔7-1后通过第一紧固螺钉7-3固定。滚轮组件8包括滚轮8-1、U型安装板8-2、轮轴8-3和滚轮套筒8-4；滚轮8-1的数量为三个，U型安装板8-2和轮轴8-3的数量与滚轮的数量相同，各滚轮8-1分别安装在相应的轮轴上，各轮轴8-3的两端分别安装在相应的U型安装板8-2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8-4的内孔大于传送杆7的外形尺寸且筒壁上设置有第二紧固螺钉8-5，各U型安装板分别固连于滚轮套筒8-4的外壁上，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°。每根传送杆7配置一套滚轮组件8，滚轮组件的滚轮套筒8-4套装在传送杆7上并通过第二紧固螺钉固定。
如图1及图2所示，上述充放气装置12包括气压计12-2-1和气针12-2-2；气压计12-2-1用于测量充入气囊10的气压大小；气针12-2-2与打气筒连接，为气囊10充气，或者与大气相通将气囊10中的气体释放。
如图1至图3所示，上述声发射传感器的组装方式为：将声发射探头3涂覆有黄油的一端安装于探头套筒2内，其线缆接头3-1从探头套筒侧壁设置的第二槽口2-1伸出；端盖2-2覆盖在探头套筒上端面，并通过紧固螺钉将端盖2-2与探头套筒固定，使声发射探头3固定于探头套筒2内；安装有声发射探头的探头套筒2放置在安装有连接组件的壳体1内，其下部段插入壳体1所设下导向筒1-3内切其下端位于壳体1之外，其上部段以及气囊10插入壳体1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3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与端盖2-2围城的腔室内；两根弹簧4的一端分别通过螺钉与两个弹簧座2-1连接，两根弹簧4的另一端分别与上导向筒两侧的壳体内壁连接，从而完成探头安装机构的组装；之后连接杆柱体段9-2插入传送杆连接孔7-1并通过第一紧固螺钉7-3固定，将滚轮组件滚轮套筒8-4套装在传送杆7上，并用第二紧固螺钉8-5-固定，再将连接杆螺纹段9-1与螺母6配合，从而实现探头安装机构与传送机构连接，完成声发射传感器组装。初始时，两根弹簧4处于拉伸状态，气囊10处于完全放气状态，探头安装机构整体尺寸小于待安装钻孔尺寸。
如图1、图14、图15所示，工程岩体声发射监测与传输系统的使用过程为：将组装好的声发射传感器的气囊10通过导气管11与地面工作站12中的气压计12-2-1相连，气针12-2-2与打气筒相连，然后将声发射探头3与探头安装机构的组合体放入被监测岩体的钻孔内，推动传送杆7，将声发射探头3与探头安装机构的组合体送至需要监测的位置，然后通过打气筒向气囊10内加气，使壳体1与探头套筒2向相反的方向移动，直至壳体1的顶部和探头套筒2的下端面分别与钻孔孔壁紧密接触；由于壳体1的顶部和探头套筒2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；此外，固连于壳体1的连接支架5与螺母6之间是转动连接，可以使声发射传感器在安装过程实现小幅度转动，确保壳体1的顶部及探头套筒底部与钻孔孔壁有效接触；与声发射探头3相连的线缆13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3放置于钻孔设定位置后，声发射探头3便可以对工程建设中的矿山岩石(体)情况进行监测，将监测信号通过线缆传输至地面工作站4的计算机4-1，通过计算机4-1对监测信号进行处理并予以显示。在声发射探头监测过程中，还可以随时通过气压计12-1的读数，及时发现气囊10是否漏气，如果存在漏气时，可以通过充放气装置12及时向气囊10内加气。
当监测过程结束后，通过气针12-2经导气管11将气囊10内的气体释放，此时，在弹簧4的弹性恢复力作用下，探头套筒2下端面与钻孔内壁分离，使探头套筒2重新缩回壳体1内，从而再次使声发射探头与探头安装机构的组合体整体尺寸小于待安装钻孔尺寸，进而，可以通过传送杆7将声发射传感器从钻孔中拉出，使得声发射探头3及其安装机构可以被回收再利用。
此外，可以将多个传送杆7通过连接杆9依次连接，以达到钻孔深度要求，从而不受矿山岩石(体)钻孔深度及方位的影响，扩大其适用范围。
本实施例中的焊接固连方式，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 (10)

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)固连。
3.根据权利要求2所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述传送机构由传送杆(7)、连接杆(9)和滚轮组件(8)组合而成；
所述传送杆(7)的一端中心部位设有连接螺孔(7-2)，另一端中心部位设有连接孔(7-1)且连接孔的孔壁上设置有第一紧固螺钉(7-3)，所述连接螺孔的内螺纹类型和尺寸与所述连接组件中螺母(6)的内螺纹类型和尺寸相同；
所述连接杆(9)由螺纹段(9-1)和柱体段(9-2)组成，用于传送杆与所述连接组件的连接以及传送杆之间的连接，所述螺纹段(9-1)的外螺纹类型和尺寸与传送杆所设连接螺孔(7-2)的内螺纹类型和尺寸匹配，所述柱体段(9-2)的形状和尺寸与传送杆所设连接孔(7-1)的形状和尺寸匹配，当连接杆的柱体段(9-2)插入传送杆的连接孔(7-1)后通过第一紧固螺钉(7-3)固定；
所述滚轮组件(8)包括滚轮(8-1)、U型安装板(8-2)、轮轴(8-3)和滚轮套筒(8-4)，滚轮(8-1)的数量为两个或三个，U型安装板(8-2)和轮轴(8-3)的数量与滚轮的数量相同，各滚轮(8-1)分别安装在相应的轮轴上，各轮轴(8-3)的两端分别安装在相应的U型安装板(8-2)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(8-4)的内孔大于传送杆(7)的外形尺寸且筒壁上设置有第二紧固螺钉(8-5)，各U型安装板分别固连于滚轮套筒(8-4)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°；
每根传送杆(7)配置至少一套滚轮组件(8)，滚轮组件的滚轮套筒(8-4)套装在传送杆(7)上并通过第二紧固螺钉固定。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述壳体(1)由两个半圆筒体(1-1)组合而成。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述上导向筒筒壁端部设置的第一槽口(1-2-1)为U型槽口，探头套筒筒壁上端设置的供声发射探头线缆接头伸出的第二槽口(2-3)为U型槽口。
6.根据权利要求4中任一权利要求所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述上导向筒筒壁端部设置的第一槽口(1-2-1)为U型槽口，探头套筒筒壁上端设置的供声发射探头线缆接头伸出的第二槽口(2-3)为U型槽口。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述声发射探头(3)与探头套筒底部接触的下端面涂覆有耦合剂。
8.根据权利要求4所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述声发射探头(3)与探头套筒底部接触的下端面涂覆有耦合剂。
9.根据权利要求5所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述声发射探头(3)与探头套筒底部接触的下端面涂覆有耦合剂。
10.根据权利要求6所述工程岩体声发射监测与传输系统，其特征在于所述声发射探头(3)与探头套筒底部接触的下端面涂覆有耦合剂。
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