一种深地岩体工程结构损害精细监测装置及方法

本发明涉及地层探测技术领域，尤其涉及一种深地岩体工程结构损害精细监测装置及方法。

背景技术：

工程施工过程中会对复杂地质病害环境区进行地质灾害超前预报预警，传统的探测方法是在地表通过探地雷达进行探测，而探地雷达所发射的电磁波在岩层内传播,由于岩层的强烈吸收作用,其衰减较大，因而探测距离较小，无法实现深孔的地质病害探查，无法全方位的判断该区域的地质病害程度，甚至可能忽略安全隐患。随着地质病害探测超前探测需求越来越高，传统的探测方式已经不能满足。

因此，有必要研究一种深地岩体工程结构损害精细探测方法及装置来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种深地岩体工程结构损害精细监测装置及方法，结构精巧、探测连续、操作便捷，能够实现深孔区域范围内的地质病害探测，扩大地质病害探测范围，提高工程的稳定性。

一方面，本发明提供一种深地岩体工程结构损害精细探测装置，其特征在于，所述装置包括：

孔下探测体，用于深入地下孔对孔内情况进行数据采集，并上传采集数据；

信号传输线，其一端与孔下探测体连接，一方面对孔下探测体进行吊挂，另一方面用于采集数据的传输；

孔口滑轮结构，设于孔口处，通过信号传输线对孔下探测体的正常位移起到支撑作用，并采集孔下探测体的下落数据；

线盘结构，与信号传输线的另一端连接，用于控制信号传输线的释放长度并将孔下探测体的采集数据上传至上位设备。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，孔下探测体包括探测壳体、广角镜头和镜头探照灯；所述广角镜头和所述镜头探照灯设于所述探测壳体的底端，且由透明壳包裹；所述广角镜头与所述信号传输线连接；

所述广角镜头和所述镜头探照灯均与电源单元连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述镜头探照灯数量为若干，且围设在所述广角镜头的周围。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电源单元为设置在所述探测壳体内部的蓄电池或者设置在地上的电源供能设备。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述探测壳体的侧壁设有高频电磁波束发射器，所述高频电磁波束发射器用于向孔壁发射高频电磁波束；

所述装置还设有电磁波接收器，用于接收电磁波，并将接收的电磁波数据上传给线盘结构或上位设备。该上位设备可以是云端控制平台，也可以是其他能够用于分析处理的智能设备。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述孔口滑轮结构包括滑轮、位移传感器和滑轮固定架；

所述滑轮通过轮轴固定在所述滑轮固定架上；所述信号传输线与所述滑轮接触连接；所述轮轴处设有所述位移传感器，所述位移传感器用于采集所述信号传输线随所述滑轮的位移数据。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述线盘结构包括盘轴、固定支架和数据单元；所述盘轴可转动的固定在所述固定支架上，所述信号传输线绕设在所述盘轴上且与所述数据单元电连接；

所述盘轴由电机控制实现转动。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述线盘结构还包括蓄电池，所述蓄电池与所述数据单元连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数据单元与上位设备通信连接，接收所述上位设备的命令并将采集数据上传至所述上位设备。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数据单元包括数据存储模块和云端传输装置，所述数据存储模块用于存储采集的数据，所述云端传输装置用于将采集的数据上传至云端存储平台。

另一方面，本发明提供一种深地岩体工程结构损害精细探测方法，其特征在于，所述方法通过如上任一所述的装置实现；所述方法的步骤包括：

s1、垂直钻取探测孔；

s2、组装孔口滑轮结构和线盘结构；

s3、线盘结构释放信号传输线使孔下探测体下降至探测孔内的待探测位置，同时采集孔下探测体的下落数据；

s4、孔下数据采集，并实时上传数据到线盘结构；

s5、线盘结构上传数据到上位设备进行分析和处理。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)结构精巧，探测连续，操作便捷，实现了深孔区域范围内的地质病害探测，扩大了地质病害探测范围，提高了工程的稳定性；

2)能实现钻孔深部精细化探测；将孔内精细化探测与地质雷达探测进行耦合，实现深部岩体内部区域化探查，弥补了深部区域探查的技术不足，减少了地面开挖消耗，设备安装便捷，实现了实时连续记录，释放了人工劳动，节省了人工成本，提高现场的工作效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的深地岩体工程结构损害精细探测装置的整体结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的深地岩体工程结构损害精细探测装置的正视结构平面示意图；

图3是本发明一个实施例提供的钻孔探测单元内视结构平面示意图；

图4是本发明一个实施例提供的钻孔探测单元俯视结构平面示意图；

图5是本发明一个实施例提供的线盘结构正视结构平面示意图；

图6是本发明一个实施例提供的孔口滑轮结构正视结构平面示意图。

其中，图中：

1、广角镜头；2、镜头探照灯；3、探头蓄电池；4、透明壳；5、高频电磁波束发射器；6、信号传输线；7、孔口滑轮结构；7-1、位移传感器；7-2、滑轮固定三脚架；7-3、滑轮；8、线盘结构；8-1、数据存储模块；8-2、云端传输装置；8-3、蓄电池；9、探测壳体。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

针对现有技术的不足，本发明将深孔形貌精细化探测与高频电磁波束探测相结合，实现以孔为圆心的区域性微损地质病害探测，实现了深孔横向区域范围内的地质病害探测，为工程的安全高效生产提供了区域性微损地质病害探测的工具和手段。

一种深地岩体工程结构损害精细探测装置，如图1和图2所示，包括广角镜头1、镜头探照灯2、探头蓄电池3、透明壳4、高频电磁波束发射器5、信号传输线6、孔口滑轮结构7以及线盘结构8。

如图3、图4所示，广角镜头1，通过金属外壳与镜头探照灯2和透明壳4组装形成装置前部的孔内精细化形貌探测单元，实现探测装置在钻孔内部的实景图像采集。

高频电磁波束发射器5设置于孔下探测体中部，与探测装置底端的广角镜头1、镜头探照灯2、透明壳4以及设置于孔下探测体内部的探头蓄电池3共同组成孔下探测体。

如图1和图6所示，孔口滑轮结构7包含滑轮7-3、位移传感器7-1和滑轮固定三脚架7-2，滑轮7-3和位移传感器7-1通过滑轮固定三脚架7-2固定在孔口，位移传感器7-1通过信号传输线6的向下延伸来带动滑轮7-3转动，位移传感器7-1通过滑轮转动记录位移数据。位移传感器7-1通过信号输出路径与上位设备通信连接，将记录的位移数据传输给上位设备。滑轮7-3的中间设有轮轴，两者固定连接，轮轴随着滑轮7-3的转动而转动。位移传感器7-1与轮轴装配组合，由滑轮7-3的转动通过位移传感器7-1实现对探测深度的反应。

如图5所示，线盘结构8包含盘轴、固定支架、数据存储模块8-1、云端传输装置8-2和蓄电池8-3。数据存储模块8-1、云端传输装置8-2和蓄电池8-3均设置在固定支架上，一般由统一的或各自的壳体包裹固定，以起到保护作用。盘轴设置在固定支架的顶端，且可转动。信号传输线6的一端与数据存储模块8-1连接，另一端先绕设在盘轴上，再与孔下探测体连接，线盘结构通过匀速转动盘轴对孔下探测仪进行释放，最大探测深度在75m，能够实现深部岩体损伤探测(盘轴的转动可以通过电机控制，电机的转轴与线盘结构的盘轴固连，电机与电机控制单元连接，由电机控制单元控制电机的启停；电机控制单元可以设置在线盘结构8上，作为线盘结构的一部分，也可以设置在云端控制平台，通过通信将控制信号传输给云端传输装置8-2，云端传输装置8-2将控制信号输送给电机进行控制)。蓄电池8-3分别与数据存储模块8-1、云端传输装置8-2连接，为数据存储模块8-1、云端传输装置8-2提供电能。云端传输装置8-2与云端设备通信连接，通信方式不限定。数据存储模块8-1在接收到信号传输线6上传过来的数据后，进行存储并传输给云端传输装置8-2上传至云端数据平台，实现远程多终端用户访问。位移传感器7-1上传数据的上位设备可以是线盘结构8，通过云端传输装置8-2上传至云端数据平台。

如图2、3、4所示，探测壳体9、广角镜头1、镜头探照灯2、探头蓄电池3、透明壳4与高频电磁波束发射器5集成组合成为本装置的探测单元。探头蓄电池3设置在探测壳体9的内部，广角镜头1设置在探测壳体9的下端部并由透明壳4包覆。镜头探照灯2为若干个，围设在广角镜头1的周围，为广角镜头1的图像采集提供光照。广角镜头1和镜头探照灯2均与探头蓄电池3供电连接。广角镜头1还与信号传输线6连接，由信号传输线6将其采集的图像数据传输至地面设备。高频电磁波束发射器5围设在探测壳体9的外围，用于向四周发射高频电磁波束，高频电磁波束(速度一般在33-212m/μs)穿透地下介质引起反射，经过反射传播后由电磁波接收器接收后分析，进而得到岩体内部的损伤破坏情况。高频电磁波束发射器5与探头蓄电池3连接，由蓄电池为其提供电能。透明壳4为钢化玻璃材质。本探测单元(即孔下探测体)可实现深孔孔内形貌精细化探测以及通过高频电磁波束发射器5向孔壁发射特定宽谱脉冲波，岩层对电磁波进行吸收和反射，通过接收反射电磁波束并分析，可实现孔周区域范围内的深层地质病害无损探查。电磁波接收器可以设置在高频电磁波束发射器5处，也可根据具体情况设置在其他位置，优选的电磁波接收器和电磁波发射器集成为一个部件，该集成技术已被广泛应用在雷达等各种场景中，这里不做赘述。电磁波接收器设置在高频电磁波束发射器5处时或集成在一起时，电磁波接收器通过信号传输线6与地上设备连接，将接收数据(一般为接收到的波形)上传；电磁波接收器设置在其他地方时，通过其他通信路径与地上设备或云端控制平台通信连接。

深地岩体工程结构损害精细探测方法，步骤包括：

a.在工程地质病害探测区域内，垂直钻取深度为40-60m的深部探测孔；

b.线盘结构8通过信号传输线6经孔口滑轮结构7与本装置探测单元相连接，通过蓄电池进行供能，滑轮7-3通过滑轮固定三脚架7-2固定于探测孔口，同时，使位移传感器7-1校准归零，探测装置连接成整体形式；

c.将调控好的整体探测装置从孔口开始逐渐向下进行探测，系统经远程或云端操控，探测装置开始工作；

d.探测单元采集数据经信号传输线6传输至线盘结构8在数据存储模块8-1中存储后经云端传输装置8-2上传至云端服务器，实现多终端用户同时访问进行数据处理工作。

以上对本申请实施例所提供的一种深地岩体工程结构损害精细监测装置及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。