本發(fā)明屬于工程建設(shè)中的巖石(體)工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

工程建設(shè)中的巖石(體)變形破壞，特別是巖爆動(dòng)力災(zāi)害，會(huì)直接危及工程的安全建設(shè)，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性影響，因此對(duì)巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)力災(zāi)害進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，是工程安全建設(shè)的重要內(nèi)容之一。目前，聲發(fā)射作為無損監(jiān)測(cè)的一種重要手段，被用于工程建設(shè)中的巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。

在地下工程圍巖開挖建設(shè)過程中，為了對(duì)可能出現(xiàn)的圍巖變形破壞和動(dòng)力災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，聲發(fā)射傳感器需要在工程開挖前預(yù)先呈三維空間分布的形式布置在被監(jiān)測(cè)的圍巖區(qū)域，并且布置的傳感器數(shù)量越多，監(jiān)測(cè)效果相對(duì)越準(zhǔn)確。

在具體實(shí)現(xiàn)方式中，需要在巖石(體)開挖前，利用鉆機(jī)在石(體)中鉆孔，鉆孔深度隨工程埋深、被監(jiān)測(cè)范圍增加而增加；然而鉆孔越深，聲發(fā)射傳感器安裝越困難。目前，聲發(fā)射傳感器安裝方式主要包括以下幾種：

(1)在工程現(xiàn)場(chǎng)，直接將聲發(fā)射探頭放在鉆孔中，依靠鉆孔中殘留的液體介質(zhì)(如水)作為巖體和聲發(fā)射探頭之間信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，聲發(fā)射探頭將接收到的探測(cè)信號(hào)通過線纜傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測(cè)系統(tǒng)；但這種方法存在以下弊端：①這種實(shí)現(xiàn)方式僅適合于方向向下的鉆孔，而對(duì)于完全水平或向上有一定角度的鉆孔，由于難以貯存介質(zhì)而不適用；即使對(duì)于向下的鉆孔，仍需要鉆孔周圍的巖體相對(duì)完整，從而避免傳輸介質(zhì)從鉆孔裂隙流失或滲出，確保聲發(fā)射探頭始終處于傳輸介質(zhì)中，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況卻較難達(dá)到該要求，從而影響監(jiān)測(cè)效果；②雖然巖體與聲發(fā)射探頭之間的液體可以作為信號(hào)傳輸?shù)鸟詈辖橘|(zhì)，但液體的密度一般相對(duì)較低，其信號(hào)傳輸效果不如直接將聲發(fā)射探頭與巖壁有效接觸所接收到的探測(cè)信號(hào)。

(2)為了確保放置在鉆孔中聲發(fā)射探頭與鉆孔壁之間有效耦合，在工程現(xiàn)場(chǎng)還可采用向鉆孔內(nèi)澆注水泥，使聲發(fā)射探頭和巖壁被澆注為一個(gè)整體，這種方法雖然可以解決探測(cè)信號(hào)的有效傳輸問題，但仍存在以下缺陷：①澆注后的聲發(fā)射探頭不可回收，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)成本過高；②若澆注后發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射探頭無信號(hào)或信號(hào)不好，無法進(jìn)行檢查或調(diào)整，只能重新鉆孔和安裝新的聲發(fā)射探頭，不僅導(dǎo)致監(jiān)測(cè)成本過高，而且還導(dǎo)致延長(zhǎng)工程進(jìn)度，甚至延誤工期；③向鉆孔內(nèi)注入水泥漿，因鉆孔較深，一方面聲發(fā)射探頭安裝部位的注漿效果難以保障，可能會(huì)出現(xiàn)聲發(fā)射探頭安裝部位未能有效注漿的情況，從而導(dǎo)致聲發(fā)射探頭未與巖壁有效耦合而無監(jiān)測(cè)信號(hào)；另一方面鉆孔越深，澆注的水泥凝固后的總收縮變形量越大，與水泥粘接在一起的聲發(fā)射探頭的信號(hào)傳輸線纜會(huì)因水泥收縮變形而承受拉力，導(dǎo)致不能有效傳輸信號(hào)；④開挖過程中的炸藥放炮，可能會(huì)使注漿面與巖壁面松弛，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸?shù)挠行越档?；⑤鉆孔內(nèi)通常比較潮濕，澆注后水泥漿凝固需要較長(zhǎng)周期，會(huì)導(dǎo)致施工期限延長(zhǎng)；且安裝過程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，需要一系列專業(yè)注漿設(shè)備和注漿人員，從而進(jìn)一步增加監(jiān)測(cè)成本。

(3)另一種實(shí)現(xiàn)方式是采用簡(jiǎn)易固定安裝裝置，將聲發(fā)射探頭固定在裝置內(nèi)部，然后用剛性的不可活動(dòng)的金屬傳輸桿將固定裝置送至安裝部位后，用壓力將聲發(fā)射探頭頂出后與鉆孔巖壁接觸，實(shí)現(xiàn)固定，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了非注漿澆注情況下聲發(fā)射探頭與巖壁的接觸，但仍存在以下缺點(diǎn)：①這種方式由于固定安裝裝置與鉆孔孔壁之間的距離很近，因此需要固定安裝裝置與鉆孔基本為同心結(jié)構(gòu)，且需要孔壁光滑，但實(shí)際施工中這些要求難以保障；②由于固定安裝裝置尺寸較大，只適用于直徑較大的鉆孔，導(dǎo)致鉆孔成本升高；③整個(gè)傳輸桿和安裝裝置在鉆孔中是通過用力硬性插入到鉆孔中，不僅摩擦力大，容易磨壞線纜或聲發(fā)射探頭，還容易被卡到鉆孔中，無法送至需要安裝的部位；④由于是將固定安裝裝置通過外力，將其硬性插入鉆孔中，因此安裝過程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且工作效率極低；⑤因鉆孔孔壁為圓柱形面，而聲發(fā)射探頭端面為平面，如何確保聲發(fā)射探頭端面有效與鉆孔孔壁耦合，也是實(shí)際應(yīng)用中需解決的難題。

基于上述各種實(shí)現(xiàn)方式中存在的弊端和缺陷，導(dǎo)致聲發(fā)射探測(cè)在巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)的應(yīng)用推廣過程中受到一定限制。

因而，如何便捷、有效地將聲發(fā)射探頭安裝在鉆孔中，并使安裝后的聲發(fā)射探頭有效與孔壁耦合，仍是目前現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和研究的難點(diǎn)，缺乏相關(guān)測(cè)試方法和技術(shù)支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅安裝方便，而且易于使聲發(fā)射探頭與鉆孔孔壁實(shí)現(xiàn)有效耦合，確保聲發(fā)射探頭探測(cè)信號(hào)的有效性。

本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括聲發(fā)射傳感器和地面工作站，所述聲發(fā)射傳感器用于安裝在被監(jiān)測(cè)巖體的鉆孔中，將接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)通過線纜傳輸至地面工作站，地面工作站中的計(jì)算機(jī)對(duì)來自聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理并予以顯示，所述聲發(fā)射傳感器由聲發(fā)射探頭、探頭安裝機(jī)構(gòu)和將安裝有聲發(fā)射探頭的探頭安裝機(jī)構(gòu)傳送至鉆孔內(nèi)設(shè)定位置的傳送機(jī)構(gòu)組成，聲發(fā)射探頭的數(shù)量至少為一個(gè)，探頭安裝機(jī)構(gòu)的數(shù)量與聲發(fā)射探頭的數(shù)量相同，地面工作站還包括液壓泵和油箱；所述探頭安裝機(jī)構(gòu)包括殼體、探頭套筒、端蓋、活塞油缸組件和連接組件；所述殼體為兩端開口的圓筒體，殼體的內(nèi)孔中設(shè)置有用于與探頭套筒組合的導(dǎo)向筒，所述導(dǎo)向筒位于殼體內(nèi)壁的底部且內(nèi)孔為貫穿殼體壁的通孔，其中心線垂直于殼體的中心線；所述探頭套筒為下端封閉、上端開口的筒體，探頭套筒的內(nèi)孔與聲發(fā)射探頭為間隙配合、外形與導(dǎo)向筒的內(nèi)孔為間隙配合，探頭套筒的下端面為與被監(jiān)測(cè)巖體的鉆孔弧度匹配的圓弧面，筒壁上端設(shè)置有供聲發(fā)射探頭的線纜接頭伸出的一個(gè)或兩個(gè)槽口，所述槽口若為兩個(gè)，兩槽口相對(duì)于探頭套筒的中心線呈軸對(duì)稱分布；所述活塞油缸組件包括活塞、活塞桿和設(shè)置在殼體內(nèi)壁頂部的油缸，油缸的中心線與導(dǎo)向筒的中心線在一條直線上；所述連接組件為兩套，分別安裝在殼體的兩端；聲發(fā)射探頭安裝在探頭套筒內(nèi)，其線纜接頭從探頭套筒筒壁設(shè)置的槽口伸出；端蓋覆蓋在探頭套筒上端面并與探頭套筒為可拆卸式連接；安裝有聲發(fā)射探頭的探頭套筒放置在殼體內(nèi)，其下部段插入殼體所設(shè)導(dǎo)向筒且其下端位于殼體之外，探頭套筒的放置方位應(yīng)使聲發(fā)射探頭的線纜接頭朝向殼體的一端；活塞安裝在油缸內(nèi)，活塞桿的一端與活塞固接，另一端與端蓋頂面的中心部位固連，油缸的進(jìn)油口通過輸油管與液壓泵連通，油缸的回油口通過輸油管與油箱連通；傳送機(jī)構(gòu)與安裝在殼體上的連接組件連接。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，連接油缸進(jìn)油口與液壓泵的輸油管上設(shè)置有液壓表，以便于監(jiān)測(cè)油缸中的壓力。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，聲發(fā)射傳感器中的所述油缸頂部可以通過焊接方式或者螺紋連接方式與殼體內(nèi)壁頂部固連，也可以與殼體為一體化結(jié)構(gòu)。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，連接組件由螺母和至少兩副連接支架組成，各連接支架的一端環(huán)繞螺母外壁均勻分布并與螺母外壁鉸連，各連接支架的另一端與殼體固連；這種連接組件可以使安裝機(jī)構(gòu)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)一步保證殼體頂部及探頭套筒底部與鉆孔孔壁有效耦合接觸。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了便于將安裝有聲發(fā)射探頭的安裝機(jī)構(gòu)送入待安裝鉆孔的設(shè)定位置，減少人工操作難度以及傳送過程中因摩擦力過大造成的對(duì)線纜或探頭安裝機(jī)構(gòu)的磨損，所述傳送機(jī)構(gòu)由傳送桿、連接桿和滾輪組件組合而成；所述傳送桿的一端中心部位設(shè)有連接螺孔，另一端中心部位設(shè)有連接孔且連接孔的孔壁上設(shè)置有第一緊固螺釘，所述連接螺孔的內(nèi)螺紋類型和尺寸與所述連接組件中螺母的內(nèi)螺紋類型和尺寸相同；所述連接桿由螺紋段和柱體段組成，用于傳送桿與所述連接組件的連接以及傳送桿之間的連接，所述螺紋段的外螺紋類型和尺寸與傳送桿所設(shè)連接螺孔的內(nèi)螺紋類型和尺寸匹配，所述柱體段的形狀和尺寸與傳送桿所設(shè)連接孔的形狀和尺寸匹配，當(dāng)連接桿的柱體段插入傳送桿的連接孔后通過第一緊固螺釘固定；所述滾輪組件包括滾輪、u型安裝板、輪軸和滾輪套筒，滾輪的數(shù)量為兩個(gè)或三個(gè)，u型安裝板和輪軸的數(shù)量與滾輪的數(shù)量相同，各滾輪分別安裝在相應(yīng)的輪軸上，各輪軸的兩端分別安裝在相應(yīng)的u型安裝板的兩側(cè)板上，使各滾輪分別位于相應(yīng)的u型安裝板的兩側(cè)板之間，滾輪套筒的內(nèi)孔大于傳送桿的外形尺寸且筒壁上設(shè)置有第二緊固螺釘，各u型安裝板分別固連于滾輪套筒的外壁上，當(dāng)u型安裝板為兩個(gè)時(shí)，兩個(gè)u型安裝板中心線之間的夾角為120°～135°，當(dāng)u型安裝板為三個(gè)時(shí)，其中兩個(gè)u型安裝板的中心線在一條直線上，余下一個(gè)u型安裝板的中心線與上述兩個(gè)u型安裝板中心線的夾角均為90°；每根傳送桿配置至少一套滾輪組件，滾輪組件的滾輪套筒套裝在傳送桿上并通過第二緊固螺釘固定。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了將探頭安裝機(jī)構(gòu)送至較深的鉆孔，傳送桿的數(shù)量可以為多根，相鄰兩個(gè)傳送桿通過連接桿連接，傳送桿與連接桿之間是通過第一緊固螺釘進(jìn)行固連；在安裝和拆卸過程中，這種連接方式不需要旋轉(zhuǎn)相鄰兩個(gè)傳送桿，一方面可以避免因傳送桿旋轉(zhuǎn)而使探頭安裝機(jī)構(gòu)與鉆孔之間產(chǎn)生摩擦，另一方面可以避免因傳送桿旋轉(zhuǎn)而使與油缸連接的輸油管因磨損而影響使用，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，為了便于輸油管的傳輸與減少磨損，還可以將輸油管與傳送桿沿軸向固定在一起。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了便于將滾輪組件、傳送桿和連接桿三者固定在一起，第一緊固螺釘與第二緊固螺釘可以為同一緊固螺釘；安裝時(shí)，可以先將傳送桿的緊固螺孔與滾輪套筒上的緊固螺孔對(duì)齊，再利用緊固螺釘穿過兩者的緊固螺孔，并使緊固螺釘頂住連接桿的柱體段，使?jié)L輪組件、傳送桿和連接桿三者固定在一起。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了便于將與聲發(fā)射探頭連接的線纜引出，所述探頭套筒筒壁設(shè)置的供聲發(fā)射探頭線纜接頭伸出的槽口為u型槽口，且u型槽口的寬度略大于聲發(fā)射探頭線纜接頭的直徑。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了進(jìn)一步改善聲發(fā)射探頭信號(hào)傳輸效果，可以在聲發(fā)射探頭與探頭套筒底部接觸的下端面涂覆耦合劑，以使聲發(fā)射探頭下端面與探頭套筒的底部有效接觸；所述耦合劑為黃油、凡士林等。

上述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，探頭安裝機(jī)構(gòu)的數(shù)量與聲發(fā)射探頭數(shù)量相同，可以根據(jù)實(shí)際需要，在同一鉆孔中沿鉆孔軸向布置多個(gè)聲發(fā)射探頭，不同聲發(fā)射探頭的朝向可以根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行設(shè)置；相鄰兩個(gè)聲發(fā)射傳感器通過傳送機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接。

本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理為：初始狀態(tài)，活塞在壓力油的作用下處于上始點(diǎn)位置，此時(shí)聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體整體尺寸小于待安裝鉆孔尺寸，從而使探頭安裝機(jī)構(gòu)能夠在鉆孔內(nèi)自由移動(dòng)；當(dāng)聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體被送到鉆孔的預(yù)定位置后，在液壓泵的作用下，經(jīng)輸油管進(jìn)入油缸的壓力油推動(dòng)活塞向下始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使活塞桿推動(dòng)探頭套筒向著遠(yuǎn)離殼體的方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)殼體頂部和探頭套筒下端面分別與鉆孔內(nèi)壁緊密接觸，使聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)結(jié)束需要回收聲發(fā)射探頭時(shí)，在液壓泵的作用下，經(jīng)輸油管進(jìn)入油缸的壓力油推動(dòng)活塞向上始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在活塞桿帶動(dòng)下，探頭套筒下端面與鉆孔內(nèi)壁分離，聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體逐漸恢復(fù)到初始狀態(tài)，以便于聲發(fā)射探頭的回收。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其聲發(fā)射傳感器中的探頭安裝機(jī)構(gòu)通過活塞油缸組件和液壓泵實(shí)現(xiàn)對(duì)殼體和探頭套筒運(yùn)動(dòng)方向的控制，從而解決了聲發(fā)射探頭有效安裝和耦合的難題；聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體在初始狀態(tài)時(shí)尺寸小于鉆孔尺寸，當(dāng)被送到預(yù)定位置后，在液壓泵的作用下，經(jīng)輸油管進(jìn)入油缸的壓力油推動(dòng)活塞向下始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使活塞桿推動(dòng)探頭套筒向著遠(yuǎn)離殼體的方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)殼體頂部和探頭套筒下端面分別與鉆孔內(nèi)壁緊密接觸，從而保證聲發(fā)射探頭與鉆孔孔壁的有效耦合；聲發(fā)射傳感器將接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸至地面工作站，并通過地面工作站的計(jì)算機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行顯示。

2、本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可通過液壓表監(jiān)測(cè)油缸中的壓力，若發(fā)現(xiàn)巖體變形導(dǎo)致壓力降低，可以利用液壓泵補(bǔ)充壓力，從而使聲發(fā)射探頭與鉆孔孔壁始終處于有效的耦合狀態(tài)。

3、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)束后，在液壓泵的作用下，經(jīng)輸油管進(jìn)入油缸的壓力油推動(dòng)活塞向上始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在活塞桿帶動(dòng)下，探頭套筒下端面與鉆孔內(nèi)壁分離，探頭安裝機(jī)構(gòu)逐漸恢復(fù)到初始狀態(tài)，便于將傳感器從鉆孔中取出，實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射傳感器的回收及重復(fù)使用，節(jié)約監(jiān)測(cè)成本。

4、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，聲發(fā)射傳感器所采用的殼體頂部與探頭套筒下端面為與鉆孔孔壁適配的弧形耦合面，確保聲發(fā)射探頭與鉆孔孔壁的耦合效果，從而增強(qiáng)對(duì)礦山巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)可靠性。

5、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其傳送機(jī)構(gòu)的傳送桿可以由多根連接而成，不僅安裝方便，還不受鉆孔深度及方位的影響，具有廣泛的適用范圍。

6、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，聲發(fā)射傳感器所采用的傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有滾輪組件，可實(shí)現(xiàn)安裝過程中的滾動(dòng)傳送，從而減小安裝傳送過程中鉆孔孔壁的摩擦力影響，確保聲發(fā)射傳感器和傳輸線纜的完整性。

7、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，固連于聲發(fā)射傳感器所述殼體兩端的連接支架與螺母之間是鉸連，因此可使殼體與傳送機(jī)構(gòu)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)一步保證殼體頂部與探頭套筒底部與鉆孔孔壁有效耦合接觸。

8、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，聲發(fā)射傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、拆卸方便的特點(diǎn)，達(dá)到降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，可以節(jié)約大量人力成本。

9、本發(fā)明壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了滿足不同需求，聲發(fā)射傳感器可以通過多個(gè)傳送桿將多個(gè)探頭安裝機(jī)構(gòu)連接起來以實(shí)現(xiàn)在同一鉆孔中布置多個(gè)的聲發(fā)射探頭的目的，使每個(gè)聲發(fā)射探頭端面可根據(jù)監(jiān)測(cè)需要分別確定，從而提高對(duì)礦山巖石(體)穩(wěn)定性及巖爆動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，探頭套筒處于向鉆孔孔壁方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

圖2為圖1中探頭套筒處于向鉆孔孔壁相反方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

圖3為本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中聲發(fā)射探頭和探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合示意圖圖。

圖4為圖3的a-a剖視圖。

圖5為探頭安裝機(jī)構(gòu)中殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖5的b-b剖視圖。

圖7為探頭安裝機(jī)構(gòu)中探頭套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中聲發(fā)射探頭的示意圖。

圖9為圖8的俯視圖。

圖10為探頭安裝機(jī)構(gòu)中連接組件的螺母與連接支架的連接方式示意圖。

圖11為傳送機(jī)構(gòu)中連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為傳送機(jī)構(gòu)中傳送桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為傳送機(jī)構(gòu)中滾輪組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14為聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體處于安裝狀態(tài)時(shí)的示意圖。

圖15為聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)時(shí)的示意圖。

圖16為聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體處于回收狀態(tài)時(shí)的示意圖。

圖中：1、殼體，2、探頭套筒、2-1、筒體，2-2、端蓋，2-3、槽口，3、聲發(fā)射探頭，3-1、線纜接頭4、活塞油缸組件，4-1、油缸，4-2、活塞桿，4-3、活塞，5、導(dǎo)向筒，6、第一輸油管，7、第二輸油管，8、液壓泵，9、油箱，10、連接支架，11、螺母，12、傳送桿，12-1、連接孔，12-2、連接螺孔，12-3、第一緊固螺釘，13、滾輪組件，13-1、滾輪，13-2、u型安裝板，13-3、輪軸，13-4、滾輪套筒，13-5、第二緊固螺釘，14、連接桿，14-1、螺紋段，14-2、柱體段，15、底面工作站，16、計(jì)算機(jī)，17、液壓泵。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。

本實(shí)施例提供的壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖1及圖2所示，包括聲發(fā)射傳感器和地面工作站15，聲發(fā)射傳感器用于安裝在被監(jiān)測(cè)巖體的鉆孔中，將接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)通過線纜傳輸至地面工作站，地面工作站中的計(jì)算機(jī)16對(duì)來自聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理并予以顯示，聲發(fā)射傳感器由聲發(fā)射探頭3、探頭安裝機(jī)構(gòu)和將安裝有聲發(fā)射探頭的探頭安裝機(jī)構(gòu)傳送至鉆孔內(nèi)設(shè)定位置的傳送機(jī)構(gòu)組成，聲發(fā)射探頭3和探頭安裝機(jī)構(gòu)的數(shù)量均為一個(gè)，地面工作站15還包括液壓泵8和油箱9。

如圖8、圖9所示，上述聲發(fā)射探頭3為圓柱形結(jié)構(gòu)，側(cè)面延伸出線纜接頭3-1，聲發(fā)射探頭3一端面涂覆有黃油。

如圖3及圖4所示，上述探頭安裝機(jī)構(gòu)包括殼體1、探頭套筒2、端蓋2-2、活塞油缸組件4和連接組件。

如圖5至圖6所示，上述殼體1為兩端開口的圓筒體，其內(nèi)孔中設(shè)置有用于與探頭套筒2組合的導(dǎo)向筒5，導(dǎo)向筒5位于殼體內(nèi)壁的底部且內(nèi)孔為貫穿殼體壁的通孔，其中心線垂直于殼體的中心線。

如圖7所示，上述探頭套筒2為下端封閉、上端開口的筒體2-1，探頭套筒的內(nèi)孔與聲發(fā)射探頭3為間隙配合、外形與導(dǎo)向筒5的內(nèi)孔為間隙配合，探頭套筒的下端面為與被監(jiān)測(cè)巖體的鉆孔弧度匹配的圓弧面，筒壁上端設(shè)置有供聲發(fā)射探頭的線纜接頭3-1伸出的一個(gè)u型槽口2-3。

如圖3、圖4及圖7所示，上述活塞油缸組件包括活塞4-3、活塞桿4-2和設(shè)置在殼體內(nèi)壁頂部的油缸4-1，油缸4-1的中心線與導(dǎo)向筒5的中心線在一條直線上，活塞4-3位于油缸4-1內(nèi)部，活塞桿4-2的一端與活塞4-3通過螺紋連接，活塞桿4-2的另一端伸出油缸4-1；油缸4-1頂部與殼體1內(nèi)壁頂部通過焊接固連，油缸4-1上部設(shè)計(jì)有與第一輸油管6連接的第一油口，油缸4-1下部設(shè)計(jì)有與第二輸油管7連通的第二油口，當(dāng)?shù)谝挥涂跒檫M(jìn)油口時(shí)，第二油口則為回油口，當(dāng)?shù)诙涂跒檫M(jìn)油口時(shí)，第一油口則為回油口。

如圖4、圖10所示，上述連接組件為兩套，分別安裝在殼體1的兩端；每套連接組件由螺母11和兩副連接支架10組成；連接支架10一端焊接于殼體1的內(nèi)壁，另一端與螺母11外壁鉸連。通過連接組件可以在殼體1兩端分別安裝傳送機(jī)構(gòu)，這樣不僅便于聲發(fā)射傳感器在鉆孔內(nèi)的傳送，還可以通過傳送桿將多個(gè)探頭安裝機(jī)構(gòu)連接起來，以實(shí)現(xiàn)在同一鉆孔中布置多個(gè)的聲發(fā)射探頭的目的。

如圖1、圖2、圖11至圖13所示，上述傳送機(jī)構(gòu)由傳送桿12、連接桿14和滾輪組件13組合而成；傳送桿12的一端中心部位設(shè)有連接螺孔12-2，另一端中心部位設(shè)有連接孔12-1且連接孔的孔壁上設(shè)置有第一緊固螺釘12-3，連接螺孔的內(nèi)螺紋類型和尺寸與連接組件中螺母11的內(nèi)螺紋類型和尺寸相同；連接桿14由螺紋段14-1和柱體段14-2組成，用于傳送桿與所述連接組件的連接以及傳送桿之間的連接，螺紋段14-1的外螺紋類型和尺寸與傳送桿所設(shè)連接螺孔12-2的內(nèi)螺紋類型和尺寸匹配，柱體段14-2的形狀和尺寸與傳送桿所設(shè)連接孔12-1的形狀和尺寸匹配，當(dāng)連接桿的柱體段14-2插入傳送桿的連接孔12-1后通過第一緊固螺釘12-3固定；滾輪組件13包括滾輪13-1、u型安裝板13-2、輪軸13-3和滾輪套筒13-4，滾輪13-1的數(shù)量為三個(gè)，u型安裝板13-2和輪軸13-3的數(shù)量與滾輪的數(shù)量相同，各滾輪13-1分別安裝在相應(yīng)的輪軸上，各輪軸13-3的兩端分別安裝在相應(yīng)的u型安裝板13-2的兩側(cè)板上，使各滾輪分別位于相應(yīng)的u型安裝板的兩側(cè)板之間，滾輪套筒13-4的內(nèi)孔大于傳送桿12的外形尺寸且筒壁上設(shè)置有第二緊固螺釘13-5，各u型安裝板分別固連于滾輪套筒13-4的外壁上，其中兩個(gè)u型安裝板的中心線在一條直線上，余下一個(gè)u型安裝板的中心線與上述兩個(gè)u型安裝板中心線的夾角均為90°；每根傳送桿12配置至少一套滾輪組件13，滾輪組件的滾輪套筒13-4套裝在傳送桿12上并通過第二緊固螺釘13-5固定。

如圖1至圖4所示，本實(shí)施例所述壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組裝方式為：將聲發(fā)射探頭3裝入探頭套筒2內(nèi)，其涂覆有黃油的一端與探頭套筒2底部接觸，其線纜接頭3-1從探頭套筒筒壁設(shè)置的u型槽口2-3伸出；端蓋2-2覆蓋在探頭套筒筒體2-1上端面，并通過緊固螺釘將端蓋2-2與探頭套筒筒體固定；安裝有聲發(fā)射探頭的探頭套筒2放置在殼體1內(nèi)，其下部段插入殼體所設(shè)導(dǎo)向筒5且其下端位于殼體之外，探頭套筒2的放置方位應(yīng)使聲發(fā)射探頭的線纜接頭3-1朝向殼體的一端；活塞4-3安裝在油缸4-1內(nèi)，活塞桿4-2的一端與活塞4-3固接，另一端與端蓋2-2頂面的中心部位固連，油缸的第一油口通過第一輸油管6與液壓泵8或油相9連通，油缸的第二油口通過第二輸油管7與油箱9或液壓泵8連通，液壓泵8通過輸油管與油箱連通，當(dāng)?shù)谝挥涂跒檫M(jìn)油口、第二油口為回油口時(shí)，第一輸油管6的地面管路安裝有液壓表17；之后將連接桿的柱體段14-2插入傳送桿的連接孔12-1并通過第一緊固螺釘12-3固定，將滾輪組件中的滾輪套筒13-4套裝在傳送桿12上并通過第二緊固螺釘13-5固定，再將連接桿的螺紋段14-1與螺母6組合，即實(shí)現(xiàn)探頭安裝機(jī)構(gòu)與傳送機(jī)構(gòu)的連接。

如圖2、圖14所示，壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝操作：通過第一輸油管6將油缸4-1的第一油口與油箱9連通，通過第二輸油管7將油缸4-1的第二油口與液壓泵8連通，開啟液壓泵，活塞4-3在壓力油的作用下運(yùn)動(dòng)至上始點(diǎn)位置，此時(shí)聲發(fā)射探頭3與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體整體尺寸小于鉆孔尺寸，然后將聲發(fā)射探頭3與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體放入鉆孔內(nèi)，并操作與其連接的傳送機(jī)構(gòu)，將聲發(fā)射探頭3與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體送至需要監(jiān)測(cè)的位置，即完成安裝。

如圖1、圖15所示，壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)的操作：通過第一輸油管6將油缸的第一油口與液壓泵8連通，通過第二輸油管7將油缸的第二油口與油箱9連通，開啟液壓泵，活塞4-3在壓力油的作用下從上始點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)至下始點(diǎn)位置，在此過程中，活塞桿4-2帶動(dòng)探頭套筒2向遠(yuǎn)離殼體1方向移動(dòng)，從而使殼體1的頂部和探頭套筒下端面分別與鉆孔孔壁緊密接觸，實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射探頭與鉆孔孔壁的有效耦合；與聲發(fā)射探頭3相連的線纜延伸至地表，并與地面工作站的計(jì)算機(jī)16相連，聲發(fā)射探頭3便可以對(duì)工程建設(shè)中的巖石(體)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信號(hào)通過線纜傳輸至地面工作站的計(jì)算機(jī)16，通過計(jì)算機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理并予以實(shí)時(shí)顯示。通過液壓表17可以檢測(cè)油缸中的壓力變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)巖體變形導(dǎo)致壓力降低后，可以利用液壓泵向油缸內(nèi)補(bǔ)充壓力，從而保證聲發(fā)射傳探頭始終與巖壁處于效的耦狀態(tài)。

如圖2及圖16所示，壓力耦合巖石破裂聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的回收操作：當(dāng)監(jiān)測(cè)過程結(jié)束后，通過第一輸油管6將油缸的第一油口與油箱9連通，通過第二輸油管7將油缸的第二油口與液壓泵8連通，開啟液壓泵，活塞4-3在壓力油的作用下從下始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至上始點(diǎn)位置，在此過程中，活塞桿帶動(dòng)探頭套筒與活塞同向運(yùn)動(dòng)，使探頭套筒下端面與鉆孔內(nèi)壁分離并使聲發(fā)射探頭與探頭安裝機(jī)構(gòu)的組合體整體尺寸恢復(fù)到安裝時(shí)的尺寸，然后操作傳送機(jī)構(gòu)，將聲發(fā)射傳感器從鉆孔中拉出，使得聲發(fā)射探頭及其安裝機(jī)構(gòu)可以被回收再利用。

此外，可以將多個(gè)傳送桿12通過連接桿14依次連接，以達(dá)到鉆孔深度要求，從而不受礦山巖石(體)鉆孔深度及方位的影響，擴(kuò)大其適用范圍。