一种适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置的制作方法

本实用新型涉及岩石工程无损检测技术领域，特别涉及一种适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置及声波测试装置。

背景技术：

随着我国大规模基础设施建设和深部资源能源开采的日益推进，出现了一系列的地下岩石工程，如交通隧道、水电地下厂房、油漆储存库、矿山巷道等。为了保证开挖过程中的稳定性，需要对围岩进行合适的支护，因此可靠获取这些工程开挖过程中的岩体力学响应是实施围岩支护，保证工程安全进行的重要环节。松动圈支护理论是目前广泛采用的岩体支护理论，它是根据围岩碎裂带的深度设计锚杆长度等支护参数，其核心工作是确定岩体在开挖爆破及内部应力释放的过程中可能造成的损伤深度，主流方法是进行岩体声波测试。声波测试是通过激发弹性波在岩体介质中传播，而声波传播速度取决于岩体完整性程度，完整岩体的波速一般较高，而在应力下降，裂隙扩展的松动区域内波速相对下降，因而在完整围岩段和松弛损伤段之间会出现明显的波速变化，据此分析弹性波的波速，波幅，频谱等参数来研究岩体的物理力学性质及其构造特征。

声波测试早期主要应用于矿山竖井，要求测孔内装满水即可，然而这种测试方法应用于非垂直测孔(尤其是水平孔和上倾孔)时，必须保证发射器和接收器同时与孔壁耦合良好，现场环境的限制或者测试条件的变化，使得该方法的应用推广具有局限性。一方面，垂直测孔容易装满水，即使是在孔壁裂隙极其发育段，只要保证以一定的压力持续不间断的供水，也能将测试孔内的水位维持在一定的深度。但是对于上倾孔，即使采用封堵的方式也很 难保证孔内始终充满水，对于大角度的上倾孔，尤其是上倾90°的测试孔，封堵洞口保水的方法基本难以实现；另一方面，声波测试设备的环形发射器和接收器可以在垂直孔内360°全方位进行探测。将声波测试设备置于非垂直孔时，设备由于重力作用不可避免地要与测孔壁接触，这就导致声波测试实质上只测了设备与孔壁接触断面上的波速。如果发射器或者接收器所在位置的接触面没有充满耦合用水，测试工作就无法进行。再者，即使非垂直孔内充满水，由于波在固体中传播速度要比在液体中快，仍然只能测设备与孔壁接触断面上的波速，而无法获得孔内其他方位的测试结果。另外在岩石裂隙发育或者高应力区，钻孔极有可能在测试过程中发生缩孔甚至是塌孔，这会导致声波测试设备卡在孔内无法取出，甚至不得不放弃该测试孔。

为了解决上述耦合问题，一系列利用气囊辅助的声波测试设备出现了。有的是利用气囊对局部孔段进行封堵，有的是将探测器的整体或者局部包裹在气囊中，然后气囊中充水来营造水耦合条件。这些方法的缺陷在于：一方面，由于声波发射换能器、接收换能器与孔壁没有直接通过水耦合，皮囊的波速对真实岩体波速会产生干扰，能量传递损失，测试结果受到一定程度的影响；另一方面，岩体质量较差或者钻孔内部有碎石时，皮囊外壁与岩壁之间还存在间隙，波在空气中传播距离短，速度衰减快，在没有耦合剂的情况下可能会测不出波速。再者，利用这些方法对皮囊材料的选择很重要，皮囊太软太薄，容易被测试孔内的硬物扎破或者在移动测点位置时磨破，皮囊太硬太厚，充气压力不易控制，压力过小接触不到岩壁，压力过大会对岩壁形成挤压，甚至影响岩壁的受力情况。而且，气囊的使用还需要考虑与现有声波探测设备的配套问题，气囊所发挥的保水保压功效决定了它与声波测试设备之间的连接必须是纹丝合缝的，采用气囊的方法还不得不重新采购成套的设备，故在已有声波测试探头的情况下，气囊的经济实用性并不突出。

技术实现要素：

本实用新型提供一种适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置及声波测试装置，解决现有技术中岩体深孔声波测试耦合环境差的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置，包括：

探头支座，用于固定声波测试探头；

输送管路，所述输送管路固定在所述探头支座上部，用于向固定在所述探头支座内的声波测试探头与孔壁接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述输送管路包括：

第一喷口以及与之喷射方向相反的第二喷口；

第三喷口，所述第三喷口设置在所述第一喷口与所述第二喷口之间，喷射方向朝向所述第一喷口与所述第二喷口之间的区域；

耦合介质总管，分别与所述第一喷口、所述第二喷口以及所述第三喷口连通，用于输送耦合介质。

进一步地，所述第一喷口包括：对称设置的第一左翼喷口以及第一右翼喷口；

所述第二喷口包括：对称设置的第二左翼喷口以及第二右翼喷口；

所述第三喷口包括：对称设置的第三左翼喷口以及第三右翼喷口；

其中，在执行声波测试操作时，所述第一左翼喷口以及所述第一右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；

所述第二左翼喷口以及所述第二右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；

所述第三左翼喷口以及所述第三右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述探头支座包括：半圆形槽板；

所述半圆形槽板的两侧顶端对称设置左上侧翼、右上侧翼、左下侧翼 以及右下侧翼；

所述第一左翼喷口设置在所述左上侧翼上，朝向所述左下侧翼；所述第一右翼喷口设置在所述右上侧翼上，朝向所述右下侧翼；

所述第二左翼喷口设置在所述左下侧翼上，朝向所述左上侧翼；所述第二右翼喷口设置在所述右下侧翼上，朝向所述右上侧翼；

所述第三左翼喷口设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述左上侧翼和左下侧翼；所述第三右翼喷口设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述右上侧翼和右下侧翼之间。

进一步地，所述左上侧翼、所述右上侧翼、所述左下侧翼以及所述右下侧翼为弧形延伸结构；

其中，在执行声波测试操作时，所述左上侧翼、所述右上侧翼、所述左下侧翼以及所述右下侧翼将所述声波探头压紧在所述半圆形槽板内。

进一步地，所述半圆形槽板上设置耦合介质输入接口，与所述耦合介质总管相连。

进一步地，所述耦合介质总管包括：

输入总管，与所述耦合介质输入接口连通；

第一输入支管，与所述输入总管连通，并与所述第一左翼喷口、所述第二左翼喷口以及所述第三左翼喷口连通；

第二输入支管，与所述输入总管连通，并与所述第一右翼喷口、所述第二右翼喷口以及所述第三右翼喷口连通。

进一步地，所述半圆形槽板内，所述第一喷口和第二喷口之间的区域设置环形凹槽，用于避免半圆形槽板与声波测试探头上的换能器接触。

进一步地，所述输送装置还包括：升降支架；所述升降支架固定在所述探头支架底部。

一种适用于多种钻孔角度的声波测试装置，包括：声波测试探头以及所述适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置，通过耦合介质输送结构来承载固定声波测试探头，并在其与孔壁接触的局部区域输送稳定的耦合介质，从而建立可靠的测量耦合环境，提升声波测量的可靠性；更重要的是，其针对上倾孔这类特殊的钻孔结构，通常耦合介质并不能稳定驻留在接触区域，或者通过气囊结构其本身也影响声波测量，从而严重影响测量的可靠性；本申请的耦合介质输送结构仅仅需要保持接触区域的耦合环境，保证了测量需要的同时，其本身的建立过程也简便高效。

进一步地，通过设置第一左翼喷口、第一右翼喷口、第二左翼喷口、第二右翼喷口、第三左翼喷口以及第三右翼喷口形成围绕接触区域的六点耦合介质输送点，实现全覆盖设计，保证建立可靠的耦合环境。

进一步地，通过半圆形槽板以及侧翼结构能够实现耦合介质的输入，实现辅助结构的简化；同时，能够稳定的固定声波测试探头；也能够起到良好的保护作用；包住了探头的大部分裸露面，当发生塌孔或者缩孔时，释放侧管与底杆对护筒的压力，拉动传输线即可将测试探头取出孔外，在一定程度上保护了测试探头，大大降低了碎岩块对探头的损伤，同时也降低了因为卡孔而无法取出测试探头的风险。

附图说明

图1为本实用新型提供的适用于多种钻孔角度的声波测试装置结构示意图；

图2为本实用新型提供的适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置结构示意图；

图3为本实用新型提供的适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质 输送装置俯视图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置及声波测试装置，解决现有技术中岩体深孔声波测试耦合环境差的技术问题；达到了提升耦合环境质量的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1～图3，一种适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置，包括：

探头支座2，用于固定声波测试探头1；

输送管路，所述输送管路固定在所述探头支座2上部，用于向固定在所述探头支座2内的声波测试探头1与孔壁接触区域输送耦合介质。

具体说来，通过探头支座2固定声波测试探头1，所述输送管路向声波探头1与孔壁的接触区域输送耦合介质，即形成局部耦合环境，保证了声波测量操作。

进一步地，所述输送管路包括：

第一喷口(301、302)以及与之喷射方向相反的第二喷口(501、502)；

第三喷口(401、402)，所述第三喷口(401、402)设置在所述第一喷口与所述第二喷口之间，喷射方向朝向所述第一喷口与所述第二喷口之间的区域；

耦合介质总管，分别与所述第一喷口、所述第二喷口以及所述第三喷口连通，用于输送耦合介质。

具体来说，通过三个方向输送耦合介质，在保证耦合环境的建立。

所述第一喷口包括：对称设置的第一左翼喷口301以及第一右翼喷口302；

所述第二喷口包括：对称设置的第二左翼喷口501以及第二右翼喷口502；

所述第三喷口包括：对称设置的第三左翼喷口401以及第三右翼喷口402；

其中，在执行声波测试操作时，所述第一左翼喷口301以及所述第一右翼喷口302向所述声波测试探头1与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；

所述第二左翼喷口501以及所述第二右翼喷口502向所述声波测试探头1与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；

所述第三左翼喷口401以及所述第三右翼喷口402向所述声波测试探头1与所述孔壁的接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述探头支座2包括：半圆形槽板；

所述半圆形槽板的两侧顶端对称设置左上侧翼102、右上侧翼104、左下侧翼101以及右下侧翼103；

所述第一左翼喷口301设置在所述左上侧翼102上，朝向所述左下侧翼101；所述第一右翼喷口302设置在所述右上侧翼104上，朝向所述右下侧翼103；

所述第二左翼喷口501设置在所述左下侧翼101上，朝向所述左上侧翼102；所述第二右翼喷口502设置在所述右下侧翼103上，朝向所述右上侧翼104；

所述第三左翼喷口401设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述左上侧翼102和左下侧翼101之间；所述第三右翼喷口402设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述右上侧翼104和右下侧翼103之间。

进一步地，所述左上侧翼102、所述右上侧翼104、所述左下侧翼101 以及所述右下侧翼103为弧形延伸结构；

其中，在执行声波测试操作时，所述左上侧翼102、所述右上侧翼104、所述左下侧翼101以及所述右下侧翼103将所述声波探头1压紧在所述半圆形槽板内。

进一步地，所述半圆形槽板上设置耦合介质输入接口9，与所述耦合介质总管相连。

进一步地，所述耦合介质总管包括：

输入总管6，与所述耦合介质输入接口9连通；

第一输入支管701，与所述输入总管6连通，并与所述第一左翼喷口301、所述第二左翼喷口501以及所述第三左翼喷口401连通；

第二输入支管702，与所述输入总管6连通，并与所述第一右翼喷口302、所述第二右翼喷口502以及所述第三右翼喷口402连通。

进一步地，所述半圆形槽板内，所述第一喷口和第二喷口之间的区域设置环形凹槽8，用于避免半圆形槽板与声波测试探头上的换能器接触。

进一步地，所述输送管路为三组，分别对应所述声波测试探头上的三个换能器。

所述输送装置还包括：升降支架；所述升降支架固定在所述探头支架底部。

一种适用于多种钻孔角度的声波测试装置，包括：声波测试探头以及所述的声波测试用耦合介质输送装置。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的适用于多种钻孔角度的声波测试用耦合介质输送装置，通过耦合介质输送结构来承载固定声波测试探头，并在其与孔壁接触的局部区域输送稳定的耦合介质，从而建立可靠的测量耦合环境，提升声波测量的可靠性；更重要的是，其针对上倾孔这类特殊的钻孔结构， 通常耦合介质并不能稳定驻留在接触区域，或者通过气囊结构其本身也影响声波测量，从而严重影响测量的可靠性；本申请的耦合介质输送结构仅仅需要保持接触区域的耦合环境，保证了测量需要的同时，其本身的建立过程也简便高效。

进一步地，通过设置第一左翼喷口、第一右翼喷口、第二左翼喷口、第二右翼喷口、第三左翼喷口以及第三右翼喷口形成围绕接触区域的六点耦合介质输送点，实现全覆盖设计，保证建立可靠的耦合环境。

进一步地，通过半圆形槽板以及侧翼结构能够实现耦合介质的输入，实现辅助结构的简化；同时，能够稳定的固定声波测试探头；也能够起到良好的保护作用；包住了探头的大部分裸露面，当发生塌孔或者缩孔时，释放侧管与底杆对护筒的压力，拉动传输线即可将测试探头取出孔外，在一定程度上保护了测试探头，大大降低了碎岩块对探头的损伤，同时也降低了因为卡孔而无法取出测试探头的风险。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。