CN103556981A

CN103556981A - 一种钻孔施工自动监测系统

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Publication number: CN103556981A
Application number: CN201310450215.9A
Authority: CN
Inventors: 欧建春; 窦林名; 王桂峰; 马小平
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN103556981B

Abstract

本发明公开了一种钻孔施工自动监测系统，包括钻机底座（10）、进给器（4）、卡盘（3）、夹持器（2）、钻杆（1）、监控微机（20）、信号处理器（8）、倾角传感器（7）、安装在钻机侧面并置于机身尾部的激光传感器（5）、用于控制激光传感器工作的间断电路装置（14）以及安装在钻机机头侧面的移动平台上、并可随钻机机头前后移动的激光反射板（6）；倾角传感器安装在钻杆侧面，并与钻杆平行；夹持器、卡盘、进给器分别通过夹持器液压管路、卡盘液压管路和进给器液压管路与间断电路装置连接，间隔电路装置与激光传感器相连。本发明能够随钻随测，测量精确，实时性好，同时便于管理者即时掌握施工作业进展、指导工作和及时调度。

Description

一种钻孔施工自动监测系统

技术领域

本发明涉及一种监测系统，具体是一种用于监测矿井中钻孔情况的钻孔施工自动监测系统。

背景技术

众所周知，钻孔施工是煤矿井下最基础而频繁的工作，如巷道掘进和瓦斯抽排等都需要先对岩层及煤层进行钻孔操作。在钻孔施工过程中，钻孔孔深和钻孔方位角是非常重要的参数，钻孔能否施工到位，对于消除安全隐患、卸压、抽排瓦斯都具有重大的意义。

目前，钻孔孔深和钻孔方位角的检测主要由钻机操作人员或验收人员通过统计钻杆根数以及利用方位角测量仪测量得出。这种人工检测方式耗时长、检测效率较低、人为误差较大；同时不能实现随钻随测、实时性较差，不便于管理者即时掌握施工作业进展，也不便于指导工作和及时调度。另外，在钻孔施工前需对一定区域的钻孔施工布置制定详细的方案，从理论上达到消除安全隐患、避免出现抽放盲区；但是由于井下条件复杂多变以及现场施工人员实际操作的影响，易出现实际钻孔施工与钻孔施工设计方案不一致的现象，易出现抽放盲区。为了避免出现抽放盲区，需要在施工现场将钻孔的实际参数重新上图，并移动钻机对实际出现的盲区采取及时的补钻措施，不仅耗时耗力，而且钻孔的实际参数重新上图采用人工统计的方式，存在统计效率低下、误差大和实时性差的缺陷。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种钻孔施工自动监测系统，不仅能够随钻随测、测量精确、实时性好，同时便于管理者即时掌握施工作业进展、指导工作和及时调度。

为了实现上述目的，本发明一种钻孔施工自动监测系统，包括钻机底座、进给器、卡盘、夹持器和钻杆，进给器和卡盘固定安装在钻机底座的一端，夹持器固定安装在钻机底座的另一端，钻杆安装在进给器、卡盘和夹持器上；还包括监控微机、信号处理器、倾角传感器、安装在钻机侧面并置于机身尾部的激光传感器、用于控制激光传感器工作的间断电路装置以及安装在钻机机头侧面的移动平台上、并可随钻机机头前后移动的激光反射板；所述倾角传感器安装在钻杆侧面，并与钻杆平行；所述激光传感器和倾角传感器均与信号处理器连接；信号处理器与监控微机连接；所述夹持器、卡盘、进给器分别通过夹持器液压管路、卡盘液压管路和进给器液压管路与间断电路装置连接，间隔电路装置与激光传感器相连。

优选地，所述的间断电路装置由箱体、设置在箱体内四段间隔设置的电源线压力感应管和导电板组成；电源线通过导线与激光传感器连接；相邻电源线的间隙上方均设有一个压力感应管；每个压力感应管的下端均设有一个导电板；导电板的长度大于相邻电源线间的间隙；三个压力感应管的上端分别通过夹持器液压管路、卡盘液压管路、进给器液压管路与夹持器、卡盘、进给器连接；位于夹持器液压管路上压力感应管下方的两段电源线接通。

进一步，还包括设置在倾角传感器外侧的保护壳。

本发明通过利用间断电路装置根据三个管路的液压信号来判断钻机是否正常工作，钻机正常工作时，夹持器液压管路油压下降为零，卡盘液压管路和进给器液压管路中的油压上升，电路接通，间断电路装置控制激光传感器将检测到的位移，即钻孔深度传送给信号处理器，信号处理器处理后再将其发送给监控微机，并通过监控微机显示出来；当钻机非正常钻进（如退钻、换钻杆或者空钻等）时，其中退钻时夹持器液压管路油压下降为零，卡盘液压管路油压上升、进给器液压管路中的油压下降为零，电路断开；换钻杆时夹持器液压管路油压上升，与夹持器相连的压力感应元件膨胀，将电源断开，卡盘液压管路和进给器液压管路中的油压下降为零，电源断开；空钻时夹持器液压管路油压下降为零，卡盘液压管路和进给器液压管路中的油压下降为零，电源断开，三个管路的液压信号不满足间断电路装置控制激光传感器发送信号的要求，此时激光传感器不发送位移信号，直至三个管路的液压信号达到要求时，再控制激光传感器工作；倾角传感器将检测钻孔的方位角信号传送给信号处理器，信号处理器处理后再将其发送给监控微机，也通过监控微机显示出来；最终达到随钻随测的目的，其测量精确，实时性好，同时便于管理者即时掌握施工作业进展、指导工作和及时调度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为间断电路装置的结构示意图。

图中：1、钻杆，2、夹持器，3、卡盘，4、进给器，5、激光传感器，6、激光反射板，7、倾角传感器，8、信号处理器，9、数据传输线，10、，钻机底座，11、夹持器液压管路，12、卡盘液压管路，13、进给器液压管路，14、间断电路装置，16、箱体，17、电源线，18、压力感应管，19、导电板，20、监控微机，21、保护壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本钻孔施工自动监测系统包括钻机底座10、进给器4、卡盘3、夹持器2、钻杆1、监控微机20、信号处理器8、倾角传感器7、安装在钻机侧面并置于机身尾部的激光传感器5、用于控制激光传感器5工作的间断电路装置14以及安装在钻机机头侧面的移动平台上、并可随钻机机头前后移动的激光反射板6；进给器4和卡盘3固定安装在钻机底座10的一端，夹持器2固定安装在钻机底座10的另一端，钻杆1安装在进给器4、卡盘3和夹持器2上；所述倾角传感器7安装在钻杆1侧面，并与钻杆1平行；所述激光传感器5和倾角传感器7均与信号处理器8连接；信号处理器8与监控微机20连接；所述夹持器2、卡盘3、进给器4分别通过夹持器液压管路11、卡盘液压管路12和进给器液压管路13与间断电路装置14连接，间隔电路装置14与激光传感器5相连。

工作过程：间断电路装置14根据夹持器液压管路11、卡盘液压管路12和进给器液压管路13中反馈的液压信号来控制激光传感器5是否发送检测到的位移信号给信号处理器8。当钻机作业时，夹持器液压管路11油压下降为零，卡盘液压管路12和进给器液压管路13中的油压上升，电路接通，间断电路装置14控制激光传感器5可以反馈信号；激光传感器5和倾角传感器7开启，检测钻杆1产生的位移和方位角信号，并将信号实时的传输到信号处理器8，即向信号处理器8传入每组钻孔深度与钻孔方位角。当钻机非正常钻进（如退钻、换钻杆或者空钻等）时，其中退钻时夹持器液压管路11油压下降为零，卡盘液压管路12油压上升、进给器液压管路13中的油压下降为零，电路断开；换钻杆时，夹持器液压管路11油压上升，与夹持器相连的压力感应元件膨胀，将电源断开，卡盘液压管路12和进给器液压管路13中的油压下降为零，电源断开；空钻时夹持器液压管路11油压下降为零，卡盘液压管路12和进给器液压管路13中的油压下降为零，电源断开；间断电路装置14均控制激光传感器5不反馈此时的有效位移数据。由于钻孔施工过程中需要接续多节钻杆，产生多次的位移数据，数据处理器8通过对多次有效位移进行累加，最后计算出来钻孔的总深度，即当钻杆1再次正常钻进时，此时的钻孔方位角不变，间断电路装置14再次控制激光传感器5向信号处理器8传输钻杆1的有效位移数据，数据处理器8自动将数据进行累加，通过对多次有效位移数据进行累加，最后计算出来钻孔的孔深；数据处理器8再将信号传输到监控微机20上，并将钻孔深度和钻孔方位角实时显示，最终实现随钻随测，测量精确，实时性好，同时便于管理者即时掌握施工作业进展、指导工作和及时调度。

如图2所示，优选地，所述间断电路装置14由箱体16、设置在箱体16内四段间隔设置的电源线17、压力感应管18和导电板19组成；电源线17通过导线15与激光传感器5连接；相邻电源线17的间隙上方均设有一个压力感应管18；每个压力感应管18的下端均设有一个导电板19；导电板19的长度大于相邻电源线17间的间隙；三个压力感应管18的上端分别通过夹持器液压管路11、卡盘液压管路12和进给器液压管路13与夹持器2、卡盘3和进给器4连接；位于夹持器液压管路11上压力感应管18下方的两段电源线接通。钻机作业时，夹持器液压管路11油压下降为零，卡盘液压管路12和进给器液压管路13中的油压上升，与其连接的压力感应管18膨胀，使得相应的导电板19与其下方的两段电源线连接，使得电路接通，间断电路装置14控制激光传感器5可以反馈信号；激光传感器5和倾角传感器7开启，检测钻杆1产生的位移和方位角信号，并将信号实时的传输到信号处理器8，即向信号处理器8传入每组钻孔深度与钻孔方位角。钻机退钻时，夹持器液压管路11油压下降为零、卡盘液压管路12油压上升、进给器液压管路13中的油压下降为零，虽然与卡盘液压管路12连接的压力感应管18膨胀，使得位于其下方的两段电源线接通了，但位于进给器液压管路13下方的两段电源线仍旧处于断开状态，整个电路不通；换钻杆时，夹持器液压管路11油压上升，与其相连的压力感应管18膨胀，使其下方原来的两段电源线断开，同时卡盘液压管路12和进给器液压管路13中的油压下降为零，与其连接的压力感应管18保持或恢复到原有状态，位于两者下方的三段电源线仍处于断开状态，整个电路也不通；空钻时，夹持器液压管路11油压下降为零，卡盘液压管路12和进给器液压管路13中的油压下降为零，下方的电源线仍处于断开状态，整个电路不通；故当钻机退钻、换钻杆或空钻时，间断电路装置14均控制激光传感器5不反馈此时的有效位移数据。

作为本发明的一种改进方式，还可包括设置在倾角传感器7外侧的保护壳21，加设该保护壳21后，能够确保倾角传感器7在钻机工作的过程中不受损坏，提高其测量精度，延长其使用寿命。

优选地，数据处理器8通过数据传输线9将信号传输到监控微机20上，相比无线传输方式，采用数据传输线9进行数据的传输，更能确保其精确性和稳定性。

此外，还可在监控微机20内装设有可自动将钻孔参数直接绘制在钻孔施工图上的软件；同时，根据这些参数手动通过输入每组钻孔的影响范围，系统将钻孔的影响范围图直接绘制出来，自动生成钻孔卸压影响效果图，如此，可以直观的显示一定区域内钻孔的卸压区域及盲区，方便管理者及时采取补救措施，同时为效果检验时取样地点的选择提供重要参数。

Claims

1.一种钻孔施工自动监测系统，包括钻机底座（10）、进给器（4）、卡盘（3）、夹持器（2）和钻杆（1），进给器（4）和卡盘（3）固定安装在钻机底座（10）的一端，夹持器（2）固定安装在钻机底座（10）的另一端，钻杆（1）安装在进给器（4）、卡盘（3）和夹持器（2）上；其特征在于，还包括监控微机（20）、信号处理器（8）、倾角传感器（7）、安装在钻机侧面并置于机身尾部的激光传感器（5）、用于控制激光传感器（5）工作的间断电路装置（14）以及安装在钻机机头侧面的移动平台上、并可随钻机机头前后移动的激光反射板（6）；所述倾角传感器（7）安装在钻杆（1）侧面，并与钻杆（1）平行；所述激光传感器（5）和倾角传感器（7）均与信号处理器（8）连接；信号处理器（8）与监控微机（20）连接；所述夹持器（2）、卡盘（3）、进给器（4）分别通过夹持器液压管路（11）、卡盘液压管路（12）和进给器液压管路（13）与间断电路装置（14）连接，间隔电路装置（14）与激光传感器（5）相连。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔施工自动监测系统，其特征在于，所述的间断电路装置（14）由箱体（16）、设置在箱体（16）内四段间隔设置的电源线（17）、压力感应管（18）和导电板（19）组成；电源线（17）通过导线（15）与激光传感器（5）连接；相邻电源线（17）的间隙上方均设有一个压力感应管（18）；每个压力感应管（18）的下端均设有一个导电板（19）；导电板（19）的长度大于相邻电源线（17）间的间隙；三个压力感应管（18）的上端分别通过夹持器液压管路（11）、卡盘液压管路（12）和进给器液压管路（13）与夹持器（2）、卡盘（3）和进给器（4）连接；位于夹持器液压管路（11）上压力感应管（18）下方的两段电源线接通。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻孔施工自动监测系统，其特征在于，还包括设置在倾角传感器（7）外侧的保护壳（21）。