CN104088620A - 一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机 - Google Patents

一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机 Download PDF

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本发明公开了一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，包括钻头、钻杆、传动装置、钻杆气动马达、可伸缩气腿；侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通气动阀门的进气管路、安装在操纵臂上的指示灯和控制按钮；围岩松动自动识别系统接收钻速传感器发送的钻头的当前实际钻速；接收位置传感器发送的当前钻杆位置的数据并计算得到当前钻孔深度；根据钻速传感器返回的当前实际钻速来判断钻头当前位置是否进入到稳定地层，并判断当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求；若判断钻速传感器所检测的当前实际钻速大于或等于稳定围岩的钻头标准钻速值，且当前钻孔深度符合锚杆锚固深度要求，则判定当前围岩为稳定围岩。

Description

一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机
技术领域
本发明涉及钻井孔装备领域，尤其涉及一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机。
背景技术
在钻井作业中，锚杆钻机通常用于煤矿巷道围岩的钻孔操作。锚杆钻机既可进行锚杆钻孔工作，还可进行锚杆树脂锚固剂的搅拌工作，同时，也可实现锚杆螺母的安装拧紧、对锚杆施加预紧力工作。大部分锚杆钻机由气腿部件、气动马达、传动装置、操纵臂等组件实现锚杆钻机的支撑、动力源、带动钻杆转动、钻机操控与顶进等核心功能。
常规锚杆钻机只具备转动和进给功能，在实际工程中，就是利用这两种基本功能进行锚杆孔的钻进工作。众所周知，煤矿井下巷道修筑通常采用爆破方式进行掘进开挖，然后采用“三锚”(锚杆、锚网、锚索)支护实现爆破后的松动围岩保持自身稳定。然而，如何有效实施可靠的“三锚”支护是保持围岩稳定的根基。根据锚杆锚固支护理论可知，要实现锚杆的有效锚固，就必须使得锚杆锚固段有效地锚固在稳定岩层里。这也即是说，锚杆钻孔必须穿透过松动围岩，一直钻进至稳定岩层一定深度范围内。
因此，常规锚杆钻机在钻进过程中较难实现对松动围岩范围自动识别，对钻进深度的自动实时准确记录。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，以解决上述问题。本发明基于上述不足，在锚杆钻机上实现上述两种功能的新型智能锚杆钻机。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，所述可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机自左至右依次包括钻头、钻杆、传动装置、钻杆气动马达、可伸缩气腿；所述可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通所述气动阀门的进气管路、以及安装在所述操纵臂上的指示灯和控制按钮；其中：
所述传感器组件敷设在锚杆钻机上，并与围岩松动自动识别系统电连接；所述中央控制器敷设在锚杆钻机上，分别与所述围岩松动自动识别系统、所述气动阀门、所述指示灯和所述控制按钮电连接；
所述传感器组件包括钻速传感器和位置传感器；
所述钻杆的一端与所述钻头固定连接，另一端所述传动装置固定；所述钻杆气动马达用于驱动所述传动装置进而带动与所述传动装置同轴固定连接的所述钻杆和钻头旋转钻孔；
所述钻速传感器，用于监测钻头接触当前围岩地层后的当前实际钻速，并将所述钻头的当前实际钻速发送给所述围岩松动自动识别系统；
所述位置传感器，用于监测钻杆推进距离，进而确定钻杆位置，并将当前钻杆位置发送给所述围岩松动自动识别系统；
所述围岩松动自动识别系统，用于接收所述钻速传感器发送的所述钻头的当前实际钻速；接收所述位置传感器发送的当前钻杆位置的数据并计算得到当前钻孔深度；根据所述钻速传感器返回的当前实际钻速来判断钻头当前位置是否进入到稳定地层，并判断当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求；若判断所述钻速传感器所检测的当前实际钻速大于或等于稳定围岩的钻头标准钻速值，且当前钻孔深度符合锚杆锚固深度要求，则判定当前围岩为稳定围岩，并向所述中央控制器发送判断信号；
所述中央控制器，用于接收判断信号后，控制所述气动马达和所述气动阀门停止钻孔操作；
所述气动阀门，用于接收所述中央控制器发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速。
较佳地，所述气动阀门，还用于接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速。
较佳地，所述围岩松动自动识别系统，还用于在所述围岩松动自动识别系统判定当前围岩为稳定围岩时，将显示信号发送给所述指示灯；
所述指示灯用于控制稳定围岩对应的指示灯闪烁。
较佳地，所述围岩自动识别系统包括本安电源模块，信号处理模块，通信模块，存储模块，光电耦合模块；
所述存储模块，用于将所述围岩松动自动识别系统的监测数据存储起来，便于监测数据的离线分析。
较佳地，所述中央控制器包括本安电源模块，控制器模块，电平转换模块，指示灯接口模块，控制按钮模块。
较佳地，所述中央控制器，还用于在接收到需要停机的信号后，发送停机指令，并控制所述气动阀门关闭，进而切断所述进气管路的进气操作。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明提供的一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，分析上述结构原理可知：围岩松动自动识别系统，用于接收所述钻速传感器发送的所述钻头的当前实际钻速；接收所述位置传感器发送的当前钻杆位置的数据并计算得到当前钻孔深度；根据所述钻速传感器返回的当前实际钻速来判断钻头当前位置是否进入到稳定地层，并判断当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求；若判断所述钻速传感器所检测的当前实际钻速大于或等于稳定围岩的钻头标准钻速值，且当前钻孔深度符合锚杆锚固深度要求，则判定当前围岩为稳定围岩，并向所述中央控制器发送判断信号。
这样一来，围岩松动自动识别系统结合中央控制器以及气动阀门，最终实现控制可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速的目的。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机中的各个组件关系结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机中的围岩松动自动识别系统的结构原理图；
图4是本发明实施例一提供的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机中的中央控制器的结构原理图；
图5是本发明实施例一提供的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机中的围岩松动自动识别系统的处理流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
参见图1，本发明实施例一提供了一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，所述可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机自左至右依次包括钻头1、钻杆2、传动装置3、钻杆气动马达4、可伸缩气腿5；所述可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂6、气动阀门7、连通所述气动阀门7的进气管路8、以及安装在所述操纵臂6上的指示灯9和控制按钮10；其中：
传感器组件敷设在锚杆钻机上，并与围岩松动自动识别系统电连接；中央控制器11敷设在锚杆钻机上，分别与所述围岩松动自动识别系统12、所述气动阀门7、所述指示灯9和所述控制按钮10电连接；
所述传感器组件包括钻速传感器13和位置传感器14；
所述钻杆2的一端与所述钻头1固定连接，所述钻杆2的另一端所述传动装置3固定；所述钻杆气动马达4用于驱动所述传动装置3进而带动与所述传动装置3同轴固定连接的所述钻杆2和钻头1旋转钻孔；
所述钻速传感器13，用于监测钻头接触当前围岩地层后的当前实际钻速，并将所述钻头的当前实际钻速发送给所述围岩松动自动识别系统；
所述位置传感器14，用于监测钻杆推进距离，进而确定钻杆位置，并将当前钻杆位置发送给所述围岩松动自动识别系统12；
所述围岩松动自动识别系统12(具体参见图3)，用于接收所述钻速传感器发送的所述钻头的当前实际钻速；接收所述位置传感器发送的当前钻杆位置的数据并计算得到当前钻孔深度；根据所述钻速传感器返回的当前实际钻速来判断钻头当前位置是否进入到稳定地层，并判断当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求；若判断所述钻速传感器所检测的当前实际钻速大于或等于稳定围岩的钻头标准钻速值，且当前钻孔深度符合锚杆锚固深度要求，则判定当前围岩为稳定围岩，并向所述中央控制器发送判断信号；
所述中央控制器11，用于接收判断信号后，控制所述气动马达和所述气动阀门停止钻孔操作；
所述气动阀门7，用于接收所述中央控制器发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速。
较佳地，所述气动阀门还用于接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速。
较佳地，所述围岩松动自动识别系统还用于在所述围岩松动自动识别系统判定当前围岩为稳定围岩时，将显示信号发送给所述指示灯；
所述指示灯用于控制稳定围岩对应的指示灯闪烁。
需要说明的是，围岩松动自动识别系统在判定当前围岩为稳定围岩或是不稳定围岩，都将通过指示灯进行显示；这样工作人员也可以通过对指示灯的显示，从而了解到当前围岩的质量。
较佳地，所述围岩自动识别系统包括本安电源模块，信号处理模块，通信模块，存储模块，光电耦合模块；
所述存储模块，用于将所述围岩松动自动识别系统的监测数据存储起来，便于监测数据的离线分析。
参见图4，所述中央控制器包括本安电源模块，控制器模块，电平转换模块，指示灯接口模块，控制按钮模块。
较佳地，所述中央控制器，还用于在接收到需要停机的信号后，发送停机指令，并控制所述气动阀门关闭，进而切断所述进气管路的进气操作。
下面对本发明实施例提供的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机结构做进一步详细说明：
在钻机工作过程中，传感器组件将监测参量传入围岩松动自动识别系统，围岩松动自动识别系统对监测量进行数据处理后得到锚杆钻机的岩层性质状态以及钻进深度，并将判断结果传入中央控制器。位置传感器通过检测钻杆位置，进而确定钻杆推进距离；钻速传感器用于检测钻杆钻速。锚杆钻机的钻杆钻速受围岩地质条件影响，围岩越坚硬，钻杆钻速越小；反之，围岩越松动，钻杆钻速越大。
传感器组件安置于在贴近钻杆的保护壳上。钻杆向前钻动过程中，位置传感器和钻速传感器实时监测钻杆的位置和钻速，并将监测数据传输至围岩松动自动识别系统。围岩松动自动识别系统对监测数据进行分析，当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求且钻速传感器所检测的钻速显示当前围岩为稳定围岩时，围岩松动自动识别系统将判断结果传输给钻机控制器。
中央控制器接收到围岩松动自动识别系统发送过来的判断信号后，钻机中央控制器给出钻孔工作停止指示信号，操作人员根据钻孔停止指示信号决定是否停止钻孔。停止钻孔时，中央控制器控制气动阀门停止进气。
围岩松动自动识别系统接收到位置传感器和钻速传感器返回的数据后，对数据进行分析，首先根据位置传感器传回的钻杆位置数据计算出当前钻孔深度，当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求时，根据钻速传感器返回的钻杆钻速来判断钻头当前位置是否进入到稳定地层。围岩松动自动识别系统同时将监测数据存入存储单元，便于监测数据的离线分析(上述关于围岩松动自动识别系统的处理流程可参见图5)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，其特征在于，所述可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机自左至右依次包括钻头、钻杆、传动装置、钻杆气动马达、可伸缩气腿；所述可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通所述气动阀门的进气管路、以及安装在所述操纵臂上的指示灯和控制按钮；其中：
传感器组件敷设在锚杆钻机上，并与围岩松动自动识别系统电连接；中央控制器敷设在锚杆钻机上，分别与所述围岩松动自动识别系统、所述气动阀门、所述指示灯和所述控制按钮电连接；
所述传感器组件包括钻速传感器和位置传感器；
所述钻杆的一端与所述钻头固定连接，另一端所述传动装置固定；所述钻杆气动马达用于驱动所述传动装置进而带动与所述传动装置同轴固定连接的所述钻杆和钻头旋转钻孔；
所述钻速传感器，用于监测钻头接触当前围岩地层后的当前实际钻速，并将所述钻头的当前实际钻速发送给所述围岩松动自动识别系统；
所述位置传感器，用于监测钻杆推进距离，进而确定钻杆位置，并将当前钻杆位置发送给所述围岩松动自动识别系统；
所述围岩松动自动识别系统，用于接收所述钻速传感器发送的所述钻头的当前实际钻速；接收所述位置传感器发送的当前钻杆位置的数据并计算得到当前钻孔深度；根据所述钻速传感器返回的当前实际钻速来判断钻头当前位置是否进入到稳定地层，并判断当钻孔深度符合锚杆锚固深度要求；若判断所述钻速传感器所检测的当前实际钻速大于或等于稳定围岩的钻头标准钻速值，且当前钻孔深度符合锚杆锚固深度要求，则判定当前围岩为稳定围岩，并向所述中央控制器发送判断信号；
所述中央控制器，用于接收判断信号后，控制所述钻杆气动马达和所述气动阀门停止钻孔操作；
所述气动阀门，用于接收所述中央控制器发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速。
2.如权利要求1所述的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，其特征在于，
所述气动阀门，还用于接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿的启停或调节所述可伸缩气腿的伸缩速率以及控制所述气动马达的启停或调节所述气动马达驱动钻头的钻速。
3.如权利要求1所述的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，其特征在于，
所述围岩松动自动识别系统，还用于在所述围岩松动自动识别系统判定当前围岩为稳定围岩时，将显示信号发送给所述指示灯；
所述指示灯用于控制稳定围岩对应的指示灯闪烁。
4.如权利要求1所述的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，其特征在于，
所述围岩松动自动识别系统包括本安电源模块，信号处理模块，通信模块，存储模块，光电耦合模块；
所述存储模块，用于将所述围岩松动自动识别系统的监测数据存储起来，便于监测数据的离线分析。
5.如权利要求1所述的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，其特征在于，
所述中央控制器包括本安电源模块，控制器模块，电平转换模块，指示灯接口模块，控制按钮模块。
6.如权利要求1所述的可识别围岩松动范围的智能气动支腿型振动锚杆钻机，其特征在于，
所述中央控制器，还用于在接收到需要停机的信号后，发送停机指令，并控制所述气动阀门关闭，进而切断所述进气管路的进气操作。
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