CN111948705A - 一种地下工程施工安全性的监测方法和监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种地下工程施工安全性的监测方法和监测系统，包括声波接收传感器，所述声波接收传感器包括定位套筒，所述定位套筒固定设有探头，所述探头前端设有用于开设孔内环槽的开槽顶推装置，所述探头后端设有卡紧装置，用以解决提高声波侦测准确性的技术问题。

Description

一种地下工程施工安全性的监测方法和监测系统

技术领域

本发明涉及一种地下工程施工安全性的监测方法和监测系统。

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，岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象，一般情况下发生在围岩级别为I类围岩中，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，通常使用声波接收传感器作为声波接收的主要手段，然而通常情况下直接将声波接收传感器放入钻孔内，其与孔壁的接触压力很小，不能有效的侦测声波，造成侦测结果不准确，容易对施工危险性进行误判，严重威胁施工人员人身安全。

现有技术中公开了名称为“岩石隧道施工过程中岩爆实时预报技术装置”、授权公告号为CN 103278843B、授权公告日为2016.03.23的发明专利，具体公开了包括声波接收传感器、信号放大器、数据采集器、数据服务器、工业电脑、数据连接线、隧道围岩、隧道施工设备、判断模型输入信号、神经单元、阈值、预警数据输出，声波接收传感器通过数据连接线连接在信号放大器上，信号放大器与数据采集器连接，数据采集器与数据服务器连接，数据服务器内置由神经单元和阈值组成的判断模型，声波接收传感器得到的信号作为判断模型输入信号输入至神经单元，神经单元与阈值连接。该装置将声波数据与计算机后台建立的基于神经网络岩爆预测模型进行对比分析，所得到的结果可以实现对隧道围岩岩爆可能性进行实时预测的目的，其声波接收传感器直接放于钻孔，不能有效的侦测声波，造成侦测结果不准确。

发明内容

本发明提出一种地下工程施工安全性的监测方法和监测系统，以解决提高声波侦测准确性的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种地下工程施工安全性的监测系统，包括声波接收传感器，其特征在于，所述声波接收传感器包括定位套筒，所述定位套筒固定设有探头，所述探头前端设有用于开设孔内环槽的开槽顶推装置，所述探头后端设有卡紧装置。

进一步的，所述开槽顶推装置包括与探头固定连接的动力源，所述动力源固定设有支架，所述支架转动设有与动力源输出轴固定连接的主动轴、与主动轴位于同轴线的从动轴，所述主动轴同轴设有主动齿轮，所述从动轴同轴设有从动齿轮，所述支架设有相对应的第一弧形导槽、第二弧形导槽，所述第一弧形导槽、第二弧形导槽之间设有与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮，所述主动轴靠近从动轴一端设有顶推外螺纹、从动轴靠近主动轴一端设有与顶推外螺纹螺纹配合的顶推内螺纹，所述从动轴可在支架上沿其轴线滑动，所述第二弧形导槽设有偏置槽，所述偏置槽斜向上方外侧延伸以使传动齿轮一端滚动至偏置槽后抬起并与从动齿轮脱离啮合，所述从动轴远离主动轴一端设有外径可调的开槽机构。

进一步的，所述支架设有转轴，所述转轴转动设有锁止板，所述锁止板设有触发杆以在传动齿轮与从动齿轮脱离啮合后传动齿轮一端推动触发杆以使锁止板转动并卡入从动齿轮相邻啮合齿之间。

进一步的，所述开槽机构包括至少两个周向均布于从动轴远离主动轴一端的止转导向轴，所述止转导向轴滑动设有扇形切割片，所述扇形切割片设有与止转导向轴截面形状配合的导向孔，所述扇形切割片与从动轴之间设有复位弹性件以使扇形切割片静止时靠近从动轴。

进一步的，所述锁止板与转轴之间设有在传动齿轮远离偏置槽时使触发杆复位的扭簧。

进一步的，所述卡紧装置包括可相对滑动设于探头端部的第一电磁滑块、第二电磁滑块，通过第一电磁滑块、第二电磁滑块之间斥力使两者相对向外滑动以卡紧于开槽顶推装置所开设孔内环槽的槽壁上。

进一步的，所述止转导向轴横截面为矩形，所述导向孔为与止转导向轴配合的矩形孔，所述导向孔设有滑槽，所述止转导向轴设有与滑槽配合的限位凸起以防止扇形切割片脱出止转导向轴。

进一步的，所述定位套筒设有吸灰管，所述吸灰管一端靠近扇形切割片、另一端与吸尘器进气口连接。

进一步的，所述复位弹性件为拉簧，所述动力源为电机。

一种地下工程施工安全性的监测方法，包括如上述任意一项所述的地下工程施工安全性的监测系统，包括以下步骤：

(1)选取声波接收传感器的预安放位置，然后根据该位置进行预打孔。

(2)将声波接收传感器探入预打孔的孔底，然后将声波接收传感器整体拔出一定深度，该拔出深度大于第一电磁滑块到扇形切割片的最小距离且小于第一电磁滑块到扇形切割片的最大距离。

(3)启动电机顺时针转动，电机输出轴依次带动主动轴、从动轴转动，此时与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮沿第一弧形导槽、第二弧形导槽逆时针向最左侧滚动并最终停留于最左端，而在从动轴转动时开槽机构的扇形切割片均向外侧滑动以切割孔壁并最终在孔壁切割出孔内环槽。

(4)关闭电机，待扇形切割片收回输出轴周侧后，推动声波接收传感器向前深入，当第一电磁滑块、第二电磁滑块位于孔内环槽内侧时，启动第一电磁滑块、第二电磁滑块使两者相斥，以使第一电磁滑块、第二电磁滑块卡紧于孔内环槽内，此时扇形切割片靠近于预打孔的孔底。

(5)启动电机逆时针转动，传动齿轮沿第一弧形导槽、第二弧形导槽顺时针向最右侧滚动并且传动齿轮位于第二弧形导槽一端最终进入偏置槽以与从动齿轮脱离啮合，然后推动触发杆13以使锁止板转动并卡入从动齿轮相邻啮合齿之间，完成从动轴的周向锁止。

(6)电机继续逆时针转动，因为主动轴与从动轴螺纹配合，所以主动轴推动从动轴轴向运动，即主动轴顶推从动轴抵压预打孔的孔底，使声波接收传感器与预打孔的孔壁结合更加紧密，提高声波的侦测精度。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明地下工程施工安全性的监测系统的探头在使用卡紧装置卡紧于预打孔的孔壁后，再通过开槽顶推装置顶推预打孔的孔底，使探头与预打孔的孔壁结合更加紧密，使声波传递性更加好，提高声波侦测准确性。

进一步的，本发明地下工程施工安全性的监测系统的开槽顶推装置不仅可以孔内开环槽，还可以顶推孔底，做到了狭小空间的多功能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明声波接收传感器的结构示意图；

图2为本发明声波接收传感器去掉定位套筒后的正视图；

图3为本发明声波接收传感器去掉定位套筒后的结构示意图；

图4为图3中I处放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种地下工程施工安全性的监测系统实施例1，如图1-4所示，包括声波接收传感器，声波接收传感器包括定位套筒100，定位套筒固定设有探头200，探头前端设有用于开设孔内环槽的开槽顶推装置，探头后端设有卡紧装置。

一种地下工程施工安全性的监测系统实施例2，如图1-4所示，包括声波接收传感器，声波接收传感器包括定位套筒100，定位套筒固定设有探头200，探头前端设有用于开设孔内环槽的开槽顶推装置，探头后端设有卡紧装置，开槽顶推装置包括与探头固定连接的动力源1，动力源为电机，动力源固定设有支架2，支架转动设有与动力源输出轴固定连接的主动轴3、与主动轴位于同轴线的从动轴4，主动轴同轴设有主动齿轮5，从动轴同轴设有从动齿轮6，支架设有相对应的第一弧形导槽7、第二弧形导槽8，第一弧形导槽、第二弧形导槽之间设有与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮9，主动轴靠近从动轴一端设有顶推外螺纹(图中未显示)、从动轴靠近主动轴一端设有与顶推外螺纹螺纹配合的顶推内螺纹(图中未显示)，从动轴可在支架上沿其轴线滑动，第二弧形导槽设有偏置槽10，偏置槽斜向上方外侧延伸以使传动齿轮一端滚动至偏置槽后抬起并与从动齿轮脱离啮合，从动轴远离主动轴一端设有外径可调的开槽机构。

一种地下工程施工安全性的监测系统实施例3，如图1-4所示，包括声波接收传感器，声波接收传感器包括定位套筒100，定位套筒固定设有探头200，探头前端设有用于开设孔内环槽的开槽顶推装置，探头后端设有卡紧装置，开槽顶推装置包括与探头固定连接的动力源1，动力源为电机，动力源固定设有支架2，支架转动设有与动力源输出轴固定连接的主动轴3、与主动轴位于同轴线的从动轴4，主动轴同轴设有主动齿轮5，从动轴同轴设有从动齿轮6，支架设有相对应的第一弧形导槽7、第二弧形导槽8，第一弧形导槽、第二弧形导槽之间设有与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮9，主动轴靠近从动轴一端设有顶推外螺纹(图中未显示)、从动轴靠近主动轴一端设有与顶推外螺纹螺纹配合的顶推内螺纹(图中未显示)，从动轴可在支架上沿其轴线滑动，第二弧形导槽设有偏置槽10，偏置槽斜向上方外侧延伸以使传动齿轮一端滚动至偏置槽后抬起并与从动齿轮脱离啮合，从动轴远离主动轴一端设有外径可调的开槽机构，支架设有转轴11，转轴转动设有锁止板12，锁止板设有触发杆13以在传动齿轮与从动齿轮脱离啮合后传动齿轮一端推动触发杆以使锁止板转动并卡入从动齿轮相邻啮合齿之间。

一种地下工程施工安全性的监测系统实施例4，如图1-4所示，与实施例1-3不同的是，开槽机构包括至少两个周向均布于从动轴远离主动轴一端的止转导向轴14，止转导向轴滑动设有扇形切割片15，扇形切割片设有与止转导向轴截面形状配合的导向孔16，扇形切割片与从动轴之间设有复位弹性件17以使扇形切割片静止时靠近从动轴。

一种地下工程施工安全性的监测系统实施例5，如图1-4所示，与实施例1-4不同的是，锁止板与转轴之间设有在传动齿轮远离偏置槽时使触发杆复位的扭簧18。

一种地下工程施工安全性的监测系统实施例6，如图1-4所示，与实施例1-5不同的是，卡紧装置包括可相对滑动设于探头端部的第一电磁滑块19、第二电磁滑块20，通过第一电磁滑块、第二电磁滑块之间斥力使两者相对远离并向外滑动以卡紧于开槽顶推装置所开设孔内环槽的槽壁上。

在其它实施例中，止转导向轴横截面为矩形，导向孔为与止转导向轴配合的矩形孔，导向孔设有滑槽21，止转导向轴设有与滑槽配合的限位凸起22以防止扇形切割片脱出，止转导向轴定位套筒设有吸灰管23，吸灰管一端靠近扇形切割片、另一端与吸尘器进气口连接，复位弹性件为拉簧，定位套筒100设有用于避让第一电磁滑块19、第二电磁滑块20伸出的避让孔24。

一种地下工程施工安全性的监测方法实施例，包括上述实施例中任意一项所述的地下工程施工安全性的监测系统，包括以下步骤：

(1)选取声波接收传感器的预安放位置，然后根据该位置进行预打孔。

(2)将声波接收传感器探入预打孔的孔底，然后将声波接收传感器整体拔出一定深度，该拔出深度大于第一电磁滑块到扇形切割片的最小距离且小于第一电磁滑块到扇形切割片的最大距离。

(3)启动电机顺时针转动，电机输出轴依次带动主动轴、从动轴转动，此时与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮沿第一弧形导槽、第二弧形导槽逆时针向最左侧滚动(滑动摩擦力大于滚动摩擦力)并最终停留于最左端，而在从动轴转动时开槽机构的扇形切割片均向外侧滑动以切割孔壁并最终在孔壁切割出孔内环槽。

(4)关闭电机，待扇形切割片收回输出轴周侧后，推动声波接收传感器向前深入，当第一电磁滑块、第二电磁滑块位于孔内环槽内侧时，启动第一电磁滑块、第二电磁滑块使两者相斥，以使第一电磁滑块、第二电磁滑块卡紧于孔内环槽内，此时扇形切割片靠近于预打孔的孔底。

(5)启动电机逆时针转动，传动齿轮沿第一弧形导槽、第二弧形导槽顺时针向最右侧滚动并且传动齿轮位于第二弧形导槽一端最终进入偏置槽以与从动齿轮脱离啮合，然后推动触发杆13以使锁止板转动并卡入从动齿轮相邻啮合齿之间，完成从动轴的周向锁止。

(6)电机继续逆时针转动，因为主动轴与从动轴螺纹配合，所以主动轴推动从动轴轴向运动，即主动轴顶推从动轴抵压预打孔的孔底，使声波接收传感器与预打孔的孔壁结合更加紧密，提高声波的侦测精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下工程施工安全性的监测系统，包括声波接收传感器，其特征在于，所述声波接收传感器包括定位套筒，所述定位套筒固定设有探头，所述探头前端设有用于开设孔内环槽的开槽顶推装置，所述探头后端设有卡紧装置。

2.根据权利要求1所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述开槽顶推装置包括与探头固定连接的动力源，所述动力源固定设有支架，所述支架转动设有与动力源输出轴固定连接的主动轴、与主动轴位于同轴线的从动轴，所述主动轴同轴设有主动齿轮，所述从动轴同轴设有从动齿轮，所述支架设有相对应的第一弧形导槽、第二弧形导槽，所述第一弧形导槽、第二弧形导槽之间设有与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮，所述主动轴靠近从动轴一端设有顶推外螺纹、从动轴靠近主动轴一端设有与顶推外螺纹螺纹配合的顶推内螺纹，所述从动轴可在支架上沿其轴线滑动，所述第二弧形导槽设有偏置槽，所述偏置槽斜向上方外侧延伸以使传动齿轮一端滚动至偏置槽后抬起并与从动齿轮脱离啮合，所述从动轴远离主动轴一端设有外径可调的开槽机构。

3.根据权利要求2所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述支架设有转轴，所述转轴转动设有锁止板，所述锁止板设有触发杆以在传动齿轮与从动齿轮脱离啮合后传动齿轮一端推动触发杆以使锁止板转动并卡入从动齿轮相邻啮合齿之间。

4.根据权利要求3所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述开槽机构包括至少两个周向均布于从动轴远离主动轴一端的止转导向轴，所述止转导向轴滑动设有扇形切割片，所述扇形切割片设有与止转导向轴截面形状配合的导向孔，所述扇形切割片与从动轴之间设有复位弹性件以使扇形切割片静止时靠近从动轴。

5.根据权利要求4所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述锁止板与转轴之间设有在传动齿轮远离偏置槽时使触发杆复位的扭簧。

6.根据权利要求5所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述卡紧装置包括可相对滑动设于探头端部的第一电磁滑块、第二电磁滑块，通过第一电磁滑块、第二电磁滑块之间斥力使两者相对向外滑动以卡紧于开槽顶推装置所开设孔内环槽的槽壁上。

7.根据权利要求6所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述止转导向轴横截面为矩形，所述导向孔为与止转导向轴配合的矩形孔，所述导向孔设有滑槽，所述止转导向轴设有与滑槽配合的限位凸起以防止扇形切割片脱出止转导向轴。

8.根据权利要求7所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述定位套筒设有吸灰管，所述吸灰管一端靠近扇形切割片、另一端与吸尘器进气口连接。

9.根据权利要求8所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，所述复位弹性件为拉簧，所述动力源为电机。

10.一种地下工程施工安全性的监测方法，包括如权利要求1-9任意一项所述的地下工程施工安全性的监测系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选取声波接收传感器的预安放位置，然后根据该位置进行预打孔。

(2)将声波接收传感器探入预打孔的孔底，然后将声波接收传感器整体拔出一定深度，该拔出深度大于第一电磁滑块到扇形切割片的最小距离且小于第一电磁滑块到扇形切割片的最大距离。

(3)启动电机顺时针转动，电机输出轴依次带动主动轴、从动轴转动，此时与主动齿轮、从动齿轮啮合的传动齿轮沿第一弧形导槽、第二弧形导槽逆时针向最左侧滚动并最终停留于最左端，而在从动轴转动时开槽机构的扇形切割片均向外侧滑动以切割孔壁并最终在孔壁切割出孔内环槽。

(4)关闭电机，待扇形切割片收回输出轴周侧后，推动声波接收传感器向前深入，当第一电磁滑块、第二电磁滑块位于孔内环槽内侧时，启动第一电磁滑块、第二电磁滑块使两者相斥，以使第一电磁滑块、第二电磁滑块卡紧于孔内环槽内，此时扇形切割片靠近于预打孔的孔底。

(5)启动电机逆时针转动，传动齿轮沿第一弧形导槽、第二弧形导槽顺时针向最右侧滚动并且传动齿轮位于第二弧形导槽一端最终进入偏置槽以与从动齿轮脱离啮合，然后推动触发杆13以使锁止板转动并卡入从动齿轮相邻啮合齿之间，完成从动轴的周向锁止。

(6)电机继续逆时针转动，因为主动轴与从动轴螺纹配合，所以主动轴推动从动轴轴向运动，即主动轴顶推从动轴抵压预打孔的孔底，使声波接收传感器与预打孔的孔壁结合更加紧密，提高声波的侦测精度。

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