[实用新型]压力耦合岩石破裂声学监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于工程建设中的岩石(体)工程安全监测技术领域，涉及一种压力耦合岩石破裂声学监测系统。

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，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。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在针对现有技术中的不足，提供一种压力耦合岩石破裂声学监测系统，不仅安装方便，而且易于使声发射探头与钻孔孔壁实现有效耦合，确保声发射探头探测信号的有效性。