一种干式围岩松动圈声波测量装置及测量方法

技术领域

本申请涉及围岩松动圈应力测试的领域，尤其是涉及一种干式围岩松动圈声波测量装置及测量方法。

背景技术

围岩松动圈是指地下工程中，围岩因受地质构造、地应力、爆破等因素的影响，在巷道周边产生的松动和破裂范围。这个概念主要应用于隧道工程中，用来描述围岩的稳定性和安全性。通过对围岩松动圈的研究，工程师们可以更好地了解围岩的力学性质和变形行为，从而制定更加合理和有效的维护方案。

围岩松动圈声波测试法是一种利用声波检测围岩松动情况的无损检测方法。该方法通过在围岩中布置换能器，发射一定频率的超声波并接收回波，将回波信号转换成电信号进行分析和处理，以确定围岩的松动情况。而声波测试法主要包括干式测量法和湿式测量法，干式测量主要是指在围岩中布置换能器，发射超声波并接收回波，从而检测围岩的松动情况。但干式围岩松动圈声波测量法无法准确描述围岩的物理性质和结构特征，且操作安装复杂。与传统的与干式围岩松动圈声波测量不同的是，湿式测量是在围岩中注入一定量的水，以改善围岩的声学性质，从而更好地激发和接收超声波信号。但湿式测量法测试时，需要注水设备和水源，以及对围岩的渗透性和吸水性有一定要求，且在注水条件下进行测量可能会对围岩产生一定的压力和变形，因此需要注意测量过程中对围岩的保护。

因此，亟需提供一种新的方案用于实现围岩松动圈的声波测量，以提高对不同围岩环境的适应度，降低操作要求，保证测试精度。

发明内容

为了提高对不同围岩环境的适应度，降低操作要求，保证测试精度，本申请提供一种干式围岩松动圈声波测量装置及测量方法。

本申请第一方面提供的一种干式围岩松动圈声波测量装置，采用如下的技术方案：

一种干式围岩松动圈声波测量装置，包括：

探孔延伸件，用于探入检测孔；

声波探头，固定设置于探孔延伸件；

液囊，固定于探孔延伸件，所述液囊包裹声波探头；

液管，连通于液囊，作业时能够延伸至检测孔外；

作业时，液管对液囊充液，能够使液囊膨胀至抵触检测孔周壁。

通过采用上述技术方案，作业时，将探孔延伸体伸入围岩检测孔内，然后，通过液管对液囊充水或其他液体，即可使液囊膨胀至抵触于检测孔的周壁，然后再通过位于液囊内的声波探头发射声波对围岩松动圈测量即可，采用本申请的方案，声波探头位于液囊内，即，具有采用湿式检测法用水或其他液体填充于检测孔内以改善围岩的声学性质的优势，又能够避免水流渗入围岩内，可操作性较佳，减少对测量结果的影响，保证测试精度。

可选的，所述声波探头设置有多个；

多个所述声波探头的外侧共同包裹有固定于探孔延伸件的液囊。

通过采用上述技术方案，作业时，可以对液囊充液膨胀至抵触于检测孔的孔壁，而位于液囊内的多个声波探头可以对围岩松动圈进行测量。

可选的，所述声波探头设置有多个；

所述声波探头的外侧均包裹有固定于探孔延伸件的液囊。

通过采用上述技术方案，作业时，可以对多个液囊充液膨胀，至抵触于检测孔的孔壁，以同时通过多个声波探头对围岩松动圈进行测量。

可选的，相邻液囊之间固定有连通管。

通过采用上述技术方案，作业时，采用液管向一液囊内充液，通过相邻液囊之间的连通管，能够实现多个液囊的同步充液，从而实现多个液囊的同步膨胀，以使多个液囊均能够抵触于检测孔壁，以便于声波探头的检测。

可选的，所述探孔延伸件固定有图像采集部件和/或视频采集部件和/或三维扫描部件。

通过采用上述技术方案，作业时，随探孔延伸件的伸入，图像采集部件和/或视频采集部件和/或三维扫描部件能够对检测孔内的情况进行采集，以便于明确检测孔内情况。

可选的，还包括：

水压检测部件，设置于探孔延伸件对应液囊的位置。

通过采用上述技术方案，通过设置的水压检测部件，能够将液囊内的水压进行检测，以保证液囊的压力恒定，避免水压过大破坏液囊或岩壁。

可选的，还包括：

数据采集器，通过导线连接于声波探头。

通过采用上述技术方案，采用的数据采集器与声波探头连接，可以用于对声波探头发出的信号以及回收的信号进行收集、处理。

可选的，所述液囊为环形囊；

所述声波探头位于所述液囊的轴线位置处。

通过采用上述技术方案，液囊在进行充液膨胀时，环形的液囊膨胀能够将声波探头推动至液囊的轴线位置处，即检测孔的轴线位置处，以提高声波探头发射及回收声波时测量的准确性。

可选的，还包括：

防护件，设置于探孔延伸件，用于对未充水状态的液囊保护。

通过采用上述技术方案，设置的防护件，在将探孔延伸件伸入探孔内时，能够对未充水状态的液囊保护，减少液囊的磨损，保护液囊。

本申请第二方面提供一种干式围岩松动圈声波测量方法，采用以下方案：

一种干式围岩松动圈声波测量方法，包括以下步骤：

将探孔延伸件周壁的液囊抽空，使液囊处于收缩状态；

将探孔延伸件插入检测孔内；

通过液管对液囊充入水或其他液体，直至液囊的周壁抵触于检测孔的周壁，并通过水压检测部件检测水压情况，保证液囊内水压到达预设水压，停止供水；

开启声波探头，通过声波探头发射并回收声波并传输至数据采集器，通过数据采集器对声波探头检测的声波信号处理，完成围岩松动圈的测量。

通过采用上述技术方案，

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.作业时，将探孔延伸体伸入围岩检测孔内，然后，通过液管对液囊充水或其他液体，即可使液囊膨胀至抵触于检测孔的周壁，然后再通过位于液囊内的声波探头发射声波对围岩松动圈测量即可，采用本申请的方案，声波探头位于液囊内，即，具有采用湿式检测法用水或其他液体填充于检测孔内以改善围岩的声学性质的优势，又能够避免水流渗入围岩内，可操作性较佳，减少对测量结果的影响，保证测试精度；

2.作业时，采用液管向一液囊内充液，通过相邻液囊之间的连通管，能够实现多个液囊的同步充液，从而实现多个液囊的同步膨胀，以使多个液囊均能够抵触于检测孔壁，以便于声波探头的检测；

3.作业时，随探孔延伸件的伸入，图像采集部件和/或视频采集部件和/或三维扫描部件能够对检测孔内的情况进行采集，以便于明确检测孔内情况。

附图说明

图1是本申请实施例的干式围岩松动圈声波测量装置的作业状态示意图；

图2是本申请实施例1的干式围岩松动圈声波测量装置的液囊结构示意图；

图3是本申请实施例2的干式围岩松动圈声波测量装置的液囊结构示意图；

图4是本申请实施例3的干式围岩松动圈声波测量装置的防护件结构示意图；

图5是本申请实施例4的干式围岩松动圈声波测量装置的防护件结构示意图；

图6是图5中的A部放大示意图；

图7是本申请实施例4的干式围岩松动圈声波测量装置的滑套结构示意图。

附图标记说明：1、探孔延伸件；11、滑套；

2、声波探头；

3、数据采集器；

4、液囊；

5、供水装置；

6、监测装置；

7、防护件；71、压板；72、弹力带。

具体实施方式

以下结合附图1—7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种干式围岩松动圈声波测量装置。

参照图1，一种干式围岩松动圈声波测量装置，包括探孔延伸件1，探孔延伸件1用于探进围岩上预先开设的检测孔内。探孔延伸件1采用硬质探测杆，在本申请的其他实施例中，监控延伸件也可以采用具有一定形变能力的可形变杆。

参照图1和图2，探孔延伸件1上固定有声波探头2，声波探头2的数量可以根据测试需求而进行设置，本实施例中声波探头2采用多个为例说明。探孔延伸件1内成型有通道，各声波探头2均电连接有导线，且各导线位于探孔延伸件1的通道内，以延伸至围岩检测孔的外侧，测量装置还包括数据采集器3，数据采集器3用于与延伸出探孔延伸件1的导线电连接。

探孔延伸件1对应各声波探头2的位置处均设置有液囊4，本实施例中液囊4采用橡胶材质制成，但在本申请的其他实施例中也可以采用其他可形变材料。液囊4呈环形，将声波探头2包裹，并密封固定于探孔延伸件1，且声波探头2位于液囊4的轴线位置处。相邻液囊4之间固定有连通管，连通管连通相邻的液囊4，作业时靠近检测孔外侧方向的液囊4还固定有液管，液管连通液囊4，且液管同样位于探孔延伸件1内并能够延伸出检测孔，用于连接供水装置5。

作业时，将探孔延伸体伸入围岩检测孔内，然后，采用供水装置5通过液管对液囊4充水或其他液体，通过相邻液囊4之间的连通管，能够实现多个液囊4的同步充液，从而实现多个液囊4的同步膨胀，即可使各液囊4膨胀至抵触于检测孔的周壁，而液囊4在进行充液膨胀时，环形的液囊4膨胀能够将声波探头2推动至液囊4的轴线位置处，即检测孔的轴线位置处。然后再通过位于液囊4内的声波探头2发射声波，并通过数据采集器3对声波进行采集处理，即可实现围岩松动圈测量，采用本申请的方案，声波探头2位于液囊4内，即，具有采用湿式检测法用水或其他液体填充于检测孔内以改善围岩的声学性质的优势，又能够避免水流渗入围岩内，可操作性较佳，减少对测量结果的影响，保证测试精度。

进一步的，探孔延伸件1对应各液囊4的位置均固定有水压检测部件，如水压压力传感器，探孔延伸件1内还设置有电连接于水压压力传感器与数据采集器3之间的导线，用于实现将水压压力传感器检测到的数据传送给数据采集器3。实现通过设置的水压检测部件，能够将液囊4内的水压进行检测，以保证液囊4的压力恒定，避免水压过大破坏液囊4或岩壁，同时还能够检测液囊4是否破坏。

进一步的，探孔延伸件1用于延伸至探孔内的一端还可以设置监测装置6，如图像采集部件、视频采集部件以及三维扫描部件至少一个，并与数据采集器3通过位于探孔延伸件1的内导线电连接，如此，作业时，随探孔延伸件1的伸入，图像采集部件和/或视频采集部件和/或三维扫描部件能够对检测孔内的情况进行采集，以便于明确检测孔内情况。

本申请实施例一种干式围岩松动圈声波测量装置的实施原理为：作业时，将探孔延伸体伸入围岩检测孔内，然后，采用供水装置5通过液管对液囊4充水或其他液体，通过相邻液囊4之间的连通管，能够实现多个液囊4的同步充液，从而实现多个液囊4的同步膨胀，即可使各液囊4膨胀至抵触于检测孔的周壁，而液囊4在进行充液膨胀时，环形的液囊4膨胀能够将声波探头2推动至液囊4的轴线位置处，即检测孔的轴线位置处。然后再通过位于液囊4内的声波探头2发射声波，并通过数据采集器3对声波进行采集处理，即可实现围岩松动圈测量，采用本申请的方案，声波探头2位于液囊4内，即，具有采用湿式检测法用水或其他液体填充于检测孔内以改善围岩的声学性质的优势，又能够避免水流渗入围岩内，可操作性较佳，减少对测量结果的影响，保证测试精度。

实施例2，一种干式围岩松动圈声波测量装置，与实施例1的差异在于：

参照图3，多个声波探头2的外侧共同套接有一个液囊4。液囊4密封固定于探孔延伸件1，用于将多个声波探头2同时笼罩。

本实施例的实施例原理为：通过对单一液囊4充液膨胀，至抵触于检测孔的孔壁，以同时通过多个声波探头2对围岩松动圈进行测量。

实施例3，一种干式围岩松动圈声波测试装置，与实施例1的差异在于：

参照图4，探孔延伸件1能够延伸至检测孔内的一端固定有防护件7，防护件7可以采用同轴固定于探孔延伸件1的防护罩或采用多根呈中心对称的固定于探孔延伸件1周壁的防护杆，防护罩与防护杆均位于液囊的前侧，且防护罩与防护杆的外缘凸出于未充水状态的液囊4外缘。

液囊4的相对端面还均成型有厚度大于其他部分的环形支撑部。

本实施例的优点在于，作业时，将液囊4内的液体抽走，液囊4将逐渐收缩，至贴合于探孔延伸件1，而由于环形支撑部的设置，能够对液囊4的收缩方向进行限制，通过设置的防护件7，在将探孔延伸件1伸入探孔内时，防护件7能够对未充水状态的液囊4保护，减少液囊4的磨损，保护液囊4。

实施例4，一种干式围岩松动圈声波测试装置，与实施例1的差异在于：

参照图5和图6，探孔延伸件1设置有防护件7，用于对气囊保护，具体的，防护件7包括位于液囊4的两端面的多根压板71，液囊4各端面多个压板71均呈圆周阵列的固定于液囊4，各压板71均铰接于探孔延伸件1，且位于液囊4同一端的多个压杆上固定有弹力带72。常态下，弹力带72的作用，能够保持多个压板71压缩液囊4，保持液囊4的收缩，当液囊4内充入液体后，液囊4能够推动位于其两端的压板71趋向背离方向摆动，从而使液囊4完成膨胀至周壁抵触于检测孔周壁。

参照图7，进一步的，探孔延伸件1上还可以套接滑套11，声波探头2、液囊4以及压板71均设置于滑套11。滑套11能够沿探孔延伸件1滑移，且滑套11上还设置有锁定件，如螺栓，用于锁定滑套11和探孔延伸件1的相对位置，此种设置，即可根据不同测试需求而调节各声波探头2在检测孔内的位置。

本实施例的优点在于：作业时，排除液囊4内的液体，弹力带72拉持压板71，使各压板71压持液囊4，避免在推动探孔延伸件1至检测孔内时磨损气囊。而检测作业时，液囊4内充入液体后，液囊4膨胀可推开各压板71并使其周壁抵触于检测孔周壁，以便于围岩松动圈的检测。

本申请实施例还公开一种干式围岩松动圈声波测量方法。应用上述实施例公开一种干式围岩松动圈声波测量装置，以下具体描述：

一种干式围岩松动圈声波测量方法，包括以下步骤：

S1，开设检测孔，在围岩上开设检测孔；

S2，将探孔延伸件1周壁的液囊4抽空，使液囊4处于收缩状态，

S3，将探孔延伸件1插入检测孔内，

S4，通过液管对液囊4充入水或其他液体，直至液囊4的周壁抵触于检测孔的周壁，并通过水压检测部件检测水压情况，保证液囊4内水压到达预设水压停止供水；

S5，开启声波探头2，通过声波探头2发射并回收声波并传输至数据采集器3，通过数据采集器3对声波探头2检测的声波信号处理，完成围岩松动圈的测量；

S6，完成围岩松动圈的检测后，重新将水囊内水排空，将监控延伸件由检测孔内抽出。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。