CN105178941B - 钻孔方位角、倾角测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔方位角、倾角测定装置及测定方法，包括多节圆杆，多节圆杆上固定有倾角测量装置、方位角测量装置和导向环组，所述倾角测量装置可绕圆杆360度旋转；所述方位角测量装置可绕与圆杆的固定处360度旋转；所述导向环组中心点连线与多节圆杆中心轴线重合，导向环组完成测定装置在被测钻孔内的定位。本发明利用导向环组使多节圆杆中心轴线和钻孔的中心轴线重合，再利用方位角测量装置和倾角测量装置测量多节圆杆的方位角和倾角，测得的角度即为钻孔的方位角、倾角的度数，本发明结构简单，单人可操作、可快速准确地测量钻孔的方位角、倾角。

Description

钻孔方位角、倾角测定装置及测定方法

技术领域

本发明属于隧道、矿山的地下工程各类钻孔测量领域，具体涉及一种钻孔方位角、倾角测定装置及测定方法。

背景技术

我国目前隧道、地铁、水电站、矿山等地下工程建设事业蓬勃发展，在地下工程施工中往往会遇到异常的不良地质环境而发生突水突泥、围岩变形甚至垮塌等重大地质灾害。对地质灾害的治理都离不开钻孔，因此钻孔施工质量是否合格直接关系到工程的成败。钻孔方位角、倾角参数的准确性尤为重要，因此钻孔开孔后需及时对钻孔的方位角、倾角进行测量，出现较大误差时，采取措施进行补救。

目前，现场一般采用吊线，使用坡度规、经纬仪等仪器对钻孔方位角、倾角进行测量，这几种测量方式均存在较大误差，在重大工程中，难以完成对钻孔角度的准确测量。比如在打钻完成后的钻孔孔径较大时，使用坡度规无法精准测量，而且两次使用坡度规基准点位置容易出现变化，造成测量数据误差大，而且操作中至少需要两人完成。因此使用一种单人可操作、可快速准确地测量钻孔的方位角、倾角的测量仪器是很必要的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种应用于钻孔方位角、倾角测定装置及测定方法，该测定装置单人可操作，可快速准确地测量钻孔的方位角、倾角。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种钻孔方位角、倾角测定装置，包括多节圆杆，多节圆杆上固定有倾角测量装置、方位角测量装置和导向环组，所述倾角测量装置可绕圆杆360度旋转；所述方位角测量装置可绕与圆杆的固定处360度旋转；所述导向环组中心点连线与多节圆杆中心轴线重合，导向环组完成测定装置在被测钻孔内的定位。

所述多节圆杆包括依次连接的圆杆I、圆杆II、圆杆III、圆杆IV和锥形帽，所述圆杆III和圆杆IV的左端设有卡槽。锥形帽与圆杆IV固定，防止泥沙进入圆杆IV。

所述倾角测量装置包括刻度盘I，所述刻度盘I通过固定限位装置轴向固定在圆杆I上；所述刻度盘I的直线边平行于多节圆杆的中心轴线；所述刻度盘I的圆心位置通过细绳悬挂重锤，所述刻度盘I圆弧边中点位置为零度，顺时针方向刻度为正，逆时针方向刻度为负，且测量角度均为90度。

所述固定限位装置包括与刻度盘I直线边固定的旋转套管，所述旋转套管套于圆杆I上；所述旋转套管的侧面设有阻挡套管，所述阻挡套管固定于圆杆I上。刻度盘I通过旋转套筒套于圆杆I上，实现绕圆杆I360度旋转；旋转套筒的侧面通过固定于圆杆I上的阻挡套筒来实现将刻度盘I在圆杆I上轴向位置的固定。

所述方位角测量装置包括刻度盘II，所述刻度盘II固定于圆杆II上；所述刻度盘II直线边上固定有条形气泡水平仪；所述刻度盘II圆弧边中点位置为零度，顺、逆时针方向刻度均为为正，且测量角度均为90度；所述圆杆II中心轴线上设有凹槽指针，所述凹槽指针指向刻度盘II圆心。

进一步的，所述刻度盘II直线边的两端与找平杆固定。当被测钻孔周围岩壁不平整时，则在方位角测量装置上安装找平杆，调整刻度盘II靠近岩面并使找平杆平行于施工中线。

所述导向环组包括导向环I和导向环II，所述导向环I固定于圆杆III的卡槽处，所述导向环II固定于圆杆IV的卡槽处。

所述导向环I为圆环状结构，圆环状结构的内环和外环之间沿圆周均匀固定多个固定杆，圆环状结构的内环内侧设有多个卡扣，卡扣与相应的圆杆III的卡槽连接。所述导向环II为圆环状结构，圆环状结构的内环和外环之间沿圆周均匀固定多个固定杆，圆环状结构的内环内侧设有多个卡扣，卡扣与相应的圆杆IV的卡槽连接。

一种钻孔方位角、倾角测定装置的测定方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据被测钻孔孔径选择相匹配的导向环组，不同孔径的钻孔对应不同直径的导向环组，导向环组直径比钻孔孔径小；

步骤(2)：将多节圆杆、倾角测量装置、方位角测量装置和导向环组组装起来形成方位角、倾角测定装置；

步骤(3)：进行方位角测量时，调整刻度盘II使条形气泡水平仪水平，确保方位角测量装置刻度盘II的直线边在岩壁与水平面交线上，凹槽指针所对应刻度盘II的度数，即为钻孔方位角的相对偏角；

步骤(4)：进行倾角测量时，调整旋转套管使重锤自然垂下，并使连接重锤的线自然贴近刻度盘I端面，重锤所对应刻度盘I的度数，即为钻孔的倾角。

所述步骤(3)中，当被测钻孔周围岩壁不平整时，则在方位角测量装置上安装找平杆，调整刻度盘II靠近岩面并使找平杆平行于施工中线；当被测钻孔周围岩壁平整时，则不需在方位角测量装置上安装找平杆，直接调整刻度盘II紧贴岩面并平行于施工中线。

所述步骤(3)中，当被测钻孔开孔位置较高，需要测量人员仰视测量时，则调整刻度盘II盘面朝下，再继续步骤(3)的过程进行测量。

本发明的有益效果为：

(1)本发明设计使用导向环组，较好实现了测量装置在被测钻孔内的定位，保证了多节圆杆与钻孔中心轴线的重合，使用多节圆杆轴线代替钻孔轴线，使测量变得更简单、更准确；

(2)本发明设计使用条形气泡水平仪和找平杆较好解决了方位角测量仪刻度盘的直线边难以放置在岩壁与水平面交线上的问题；

(3)本发明设计使用旋转套管较好解决了倾角测量仪的刻度盘端面难以垂直于水平面的问题；

(4)本发明设计在同一个多节圆杆上使用方位角测量装置和倾角测量装置，较好的解决了两次测量基准点变化误差大的难题，还实现了单人可操作的设想，方便快速的测量钻孔方位角和倾角；

(5)本发明设计使用可拆装的多节圆杆时测量仪器成为可分解装置，便于携带和维护；

(6)本发明设计倾角测量装置的刻度盘I以圆弧边中点位置为零度，顺时针方向刻度为正，逆时针方向刻度为负，可以直接读取钻孔的倾角；

(7)本发明设计方位角测量装置的刻度盘II以圆弧边中点位置为零度，顺、逆时针方向刻度为正，无论刻度盘II朝上或着朝下均可快速得出钻孔方位角。

附图说明

图1为本发明应用于钻孔方位角、倾角测定装置的结构示意图；

图2为导向环组的结构示意图；

图中，1.圆杆I，2.圆杆II，3.圆杆III，4.圆杆IV，5.锥形帽，6.固定销轴I，7.固定销轴II，8.阻挡套管I，9.阻挡套管II，10.刻度盘I，11.旋转套管，12.重锤，13.凹槽指针，14.固定销轴III，15.刻度盘II，16.条形气泡水平仪，17.固定螺丝，18.找平杆I，19.找平杆II，20.导向环I，21.导向环II，22.固定杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，钻孔方位角、倾角测定装置，包括多节圆杆、倾角测量装置、方位角测量装置和导向环组。

钻孔方位角、倾角测定装置中的多节圆杆，包括圆杆I1、圆杆II2、圆杆III3、圆杆IV4和锥形帽5，前述各部件之间通过螺纹连接以便拆装，圆杆III3和圆杆IV4左端部分设有卡槽；

钻孔方位角、倾角测定装置中的倾角测量装置，包括刻度盘I10、旋转套管11和重锤12，将旋转套管11利用螺丝固定在刻度盘I10直线边上，在刻度盘I10圆心位置用细绳悬挂重锤12，以刻度盘I10圆弧边中点位置为零度，顺时针方向刻度为正，逆时针方向刻度为负，且测量角度均为90度；

钻孔方位角、倾角测定装置中的方位角测量装置，包括刻度盘II15、条形气泡水平仪16、固定螺丝17、找平杆I18和找平杆II19，在刻度盘II15直线边上利用固定螺丝17将条形气泡水平仪16固定，另外利用卡扣连接方式将找平杆I18和找平杆II19固定，以刻度盘II15圆弧边中点位置为零度，顺、逆时针方向刻度均为正，且测量角度均为90度；

钻孔方位角、倾角测定装置中的导向环组包括导向环I20和导向环II21，导向环组直径比钻孔孔径小5mm，导向环按不同直径大小制作多组，测量不同大小钻孔更换相对应的导向环。导向环组包括内环和外环，内环由固定杆22固定在外环上，固定杆沿外环的圆周方向均匀布设3个，内环内侧设置卡扣，与圆杆III3或圆杆IV4的卡槽相配合连接。导向环组可以用具有相同功能的其他导向装置比如套管等代替。

钻孔方位角、倾角测定装置组装步骤如下：

(1)首先将导向环I20、导向环II21分别安插到圆杆III3、圆杆IV4左端部分的卡槽上；

(2)然后将圆杆I1、圆杆II2、圆杆III3、圆杆IV4和锥形帽5利用螺纹连接方式组装成多节圆杆；

(3)然后在刻度盘II15直线边上利用固定螺丝17将条形气泡水平仪16固定，利用卡扣连接方式将找平杆I18和找平杆II19固定，组成方位角测量装置后，再利用固定销轴III14将方位角测量装置固定在圆杆II2上；

(4)将旋转套管11利用螺丝固定在刻度盘I10直线边上，在刻度盘I10圆心位置用细绳悬挂重锤12，组成方位角测量装置后，再利用由固定销轴I6、固定销轴II9、阻挡套管I7和阻挡套管II8组成的固定限位装置将方位角测量装置轴向固定在圆杆I1上。

钻孔方位角、倾角测定装置组装后技术要求如下：

(1)将倾角测量装置利用由固定销轴I6、固定销轴II9、阻挡套管I7和阻挡套管II8组成的固定限位装置轴向固定在圆杆I1上，前述的刻度盘I10直线边平行于多节圆杆的中心轴线，前述倾角测量装置可以绕圆杆I1作360度旋转；

(2)将方位角测量装置利用固定销轴III14固定在圆杆II2中线上，前述方位角测量装置可以绕固定销轴III14作360度旋转，在圆杆II2中轴线上设置凹槽指针13，凹槽指针13指向刻度盘II15圆心；

(3)将导向环I20和导向环II21均利用卡槽连接方式分别固定在圆杆III3和圆杆IV4上，卡槽与卡扣尺寸等同，使导向环组牢固在多节圆杆上，导向环组圆心点连线与多节圆杆中心轴线重合，导向环组各环面与多节圆杆轴线垂直。

(4)刻度盘I10与旋转套管11的连接方式、刻度盘II15与条形气泡水平仪16的连接方式、刻度盘II15与找平杆I18和找平杆II19的连接方式、多节圆杆与导向环组的连接方式，在不改变各连接件结构性的情况下，上述连接方式上述连接方均可更换为其他连接方式。

钻孔方位角、倾角测定实施：

(1)根据钻孔孔径选择相匹配的导向环组，不同孔径的钻孔对应不同直径的导向环组，导向环组直径比钻孔孔径小5mm；进行测定时，将测定装置的锥形帽端放入钻孔内，刻度盘II紧贴岩面为钻孔边界处，刻度盘II前端的导向环I、导向环II和锥形帽均在钻孔内，钻孔很深，本发明相对应测定装置的圆杆III和圆杆IV长度很短；

(2)当被测钻孔周围岩壁不平整时，则在方位角测量装置上安装找平杆I18和找平杆II19，调整刻度盘II15靠近岩面并使找平杆平行于施工中线；当被测钻孔周围岩壁平整时，则不需在方位角测量装置上安装找平杆I18和找平杆II19，调整刻度盘II15紧贴岩面并平行于施工中线；

(3)在使用方位角测量装置时，调整刻度盘II15使条形气泡水平仪16水平，确保方位角测量装置刻度盘II15的直线边在岩壁与水平面交线上，读取凹槽指针13所对应刻度盘II15的度数；

(4)当被测钻孔开孔位置较高，需要测量人员仰视测量时，则调整刻度盘II15盘面朝下，再按照上文(2)、(3)条操作；

(5)在使用倾角测量装置时，调整旋转套管11使重锤12自然垂下，并使连接重锤12的线自然贴近刻度盘I10端面，读取重锤12所对应刻度盘I10的度数，即为钻孔的倾角。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种钻孔方位角、倾角的测定方法，其特征是，利用了钻孔方位角倾角测定装置，所述钻孔方位角倾角测定装置包括多节圆杆，多节圆杆上固定有倾角测量装置、方位角测量装置和导向环组，所述倾角测量装置可绕圆杆360度旋转；所述方位角测量装置可绕与圆杆的固定处360度旋转；所述导向环组中心点连线与多节圆杆中心轴线重合，导向环组完成测定装置在被测钻孔内的定位，所述多节圆杆包括依次连接的圆杆I、圆杆II、圆杆III、圆杆IV和锥形帽，所述圆杆III和圆杆IV的左端设有卡槽，所述方位角测量装置包括刻度盘II，所述刻度盘II固定于圆杆II上；所述刻度盘II直线边上固定有条形气泡水平仪；所述刻度盘II圆弧边中点位置为零度，顺、逆时针方向刻度均为正，且测量角度均为90度；所述圆杆II中心轴线上设有凹槽指针，所述凹槽指针指向刻度盘II圆心，所述刻度盘II直线边的两端与找平杆固定；所述倾角测量装置包括刻度盘I，所述刻度盘I通过固定限位装置轴向固定在圆杆I上；所述刻度盘I的直线边平行于多节圆杆的中心轴线；所述刻度盘I的圆心位置通过细绳悬挂重锤，所述刻度盘I圆弧边中点位置为零度，顺时针方向刻度为正，逆时针方向刻度为负，且测量角度均为90度；所述固定限位装置包括与刻度盘I直线边固定的旋转套管，所述旋转套管套于圆杆I上；所述旋转套管的侧面设有阻挡套管，所述阻挡套管固定于圆杆I上；

包括以下步骤：

步骤(1)：根据被测钻孔孔径选择相匹配的导向环组，不同孔径的钻孔对应不同直径的导向环组，导向环组直径比钻孔孔径小；

步骤(2)：将多节圆杆、倾角测量装置、方位角测量装置和导向环组组装起来形成方位角、倾角测定装置；

步骤(3)：进行方位角测量时，调整刻度盘II使条形气泡水平仪水平，确保方位角测量装置刻度盘II的直线边在岩壁与水平面交线上，凹槽指针所对应刻度盘II的度数，即为钻孔方位角的相对偏角；

步骤(4)：进行倾角测量时，调整旋转套管使重锤自然垂下，并使连接重锤的线自然贴近刻度盘I端面，重锤所对应刻度盘I的度数，即为钻孔的倾角。

2.如权利要求1所述的钻孔方位角、倾角的测定方法，其特征是，所述导向环组包括导向环I和导向环II，所述导向环I固定于圆杆III的卡槽处，所述导向环II固定于圆杆IV的卡槽处。

3.如权利要求2所述的钻孔方位角、倾角的测定方法，其特征是，所述导向环I为圆环状结构，圆环状结构的内环和外环之间沿圆周均匀固定多个固定杆，圆环状结构的内环内侧设有多个卡扣，卡扣与相应的圆杆III的卡槽连接；所述导向环II为圆环状结构，圆环状结构的内环和外环之间沿圆周均匀固定多个固定杆，圆环状结构的内环内侧设有多个卡扣，卡扣与相应的圆杆IV的卡槽连接。

4.如权利要求1所述的钻孔方位角、倾角的测定方法，其特征是，所述步骤(3)中，当被测钻孔周围岩壁不平整时，则在方位角测量装置上安装找平杆，调整刻度盘II靠近岩面并使找平杆平行于施工中线；当被测钻孔周围岩壁平整时，则不需在方位角测量装置上安装找平杆，直接调整刻度盘II紧贴岩面并平行于施工中线；所述步骤(3)中，当被测钻孔开孔位置较高，需要测量人员仰视测量时，则调整刻度盘II盘面朝下，再继续步骤(3)的过程进行测量。