[實用新型]回收式現場聲發射傳感器

有效

• 申請號: 201720740964.9
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN207232091U
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 曾寅;劉建鋒;鄧朝福;吳池;向高
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/22
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司51202
• 代理人: 黃幼陵

技術領域

本實用新型屬于工程建設中的巖石(體)工程安全監測技術領域，涉及一種回收式現場聲發射傳感器。

背景技術

工程建設中的巖石(體)變形破壞，特別是巖爆動力災害，會直接危及工程的安全建設，甚至會造成災難性影響，因此對巖石(體)穩定性及巖爆動力災害進行有效監測和預報，是工程安全建設的重要內容之一。目前，聲發射作為無損監測的一種重要手段，被用于工程建設中的巖石(體)穩定性及巖爆動力災害的監測與預報。

在地下工程圍巖開挖建設過程中，為了對可能出現的圍巖變形破壞和動力災害進行準確預測，聲發射傳感器需要在工程開挖前預先呈三維空間分布的形式布置在被監測的圍巖區域，并且布置的傳感器數量越多，監測效果相對越準確。

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

(1)在工程現場，直接將聲發射探頭放在鉆孔中，依靠鉆孔中殘留的液體介質(如水)作為巖體和聲發射探頭之間信號傳輸的介質，聲發射探頭將接收到的探測信號通過線纜傳輸到地面監測系統；但這種方法存在以下弊端：①這種實現方式僅適合于方向向下的鉆孔，而對于完全水平或向上有一定角度的鉆孔，由于難以貯存介質而不適用；即使對于向下的鉆孔，仍需要鉆孔周圍的巖體相對完整，從而避免傳輸介質從鉆孔裂隙流失或滲出，確保聲發射探頭始終處于傳輸介質中，但是現場實際情況卻較難達到該要求，從而影響監測效果；②雖然巖體與聲發射探頭之間的液體可以作為信號傳輸的耦合介質，但液體的密度一般相對較低，其信號傳輸效果不如直接將聲發射探頭與巖壁有效接觸所接收到的探測信號。

(2)為了確保放置在鉆孔中聲發射探頭與鉆孔壁之間有效耦合，在工程現場還可采用向鉆孔內澆注水泥，使聲發射探頭和巖壁被澆注為一個整體，這種方法雖然可以解決探測信號的有效傳輸問題，但仍存在以下缺陷：①澆注后的聲發射探頭不可回收，導致監測成本過高；②若澆注后發現聲發射探頭無信號或信號不好，無法進行檢查或調整，只能重新鉆孔和安裝新的聲發射探頭，不僅導致監測成本過高，而且還導致延長工程進度，甚至延誤工期；③向鉆孔內注入水泥漿，因鉆孔較深，一方面聲發射探頭安裝部位的注漿效果難以保障，可能會出現聲發射探頭安裝部位未能有效注漿的情況，從而導致聲發射探頭未與巖壁有效耦合而無監測信號；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射探頭的信號傳輸線纜會因水泥收縮變形而承受拉力，導致不能有效傳輸信號；④開挖過程中的炸藥放炮，可能會使注漿面與巖壁面松弛，導致監測信號傳輸的有效性降低；⑤鉆孔內通常比較潮濕，澆注后水泥漿凝固需要較長周期，會導致施工期限延長；且安裝過程費時、費力，需要一系列專業注漿設備和注漿人員，從而進一步增加監測成本。

(3)另一種實現方式是采用簡易固定安裝裝置，將聲發射探頭固定在裝置內部，然后用剛性的不可活動的金屬傳輸桿將固定裝置送至安裝部位后，用壓力將聲發射探頭頂出后與鉆孔巖壁接觸，實現固定，其優點是實現了非注漿澆注情況下聲發射探頭與巖壁的接觸，但仍存在以下缺點：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構，且需要孔壁光滑，但實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，導致鉆孔成本升高；③整個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時費力，而且工作效率極低；⑤因鉆孔孔壁為圓柱形面，而聲發射探頭端面為平面，如何確保聲發射探頭端面有效與鉆孔孔壁耦合，也是實際應用中需解決的難題。

基于上述各種實現方式中存在的弊端和缺陷，導致聲發射探測在巖石(體)穩定性及巖爆動力災害監測的應用推廣過程中受到一定限制。

因而，如何便捷、有效地將聲發射探頭安裝在鉆孔中，并使安裝后的聲發射探頭有效與孔壁耦合，仍是目前現場監測和研究的難點，缺乏相關測試方法和技術支撐。

實用新型內容

本實用新型的目的旨在針對現有技術中的不足，提供一種回收式現場聲發射傳感器，以便使聲發射傳感器安裝方便，實現聲發射探頭與鉆孔孔壁有效耦合，確保聲發射探頭探測信號的有效性并便于回收。