CN106368634A - 一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩体力学工程设备技术领域，公开了一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，包括：充气式气囊、拉力传感器、拉杆、充放气管路、气泵以及控制器；所述充气式气囊通过所述充放气管路与所述气泵相连；所述充气式气囊通过所述拉力传感器与所述拉杆相连；所述拉力传感器与所述控制器相连，获取拉杆施加在所述充气式气囊的拉力；所述充放气管路与所述控制器相连，控制充放气过程。本发明提供了一种简便高效的清孔装置。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学工程设备技术领域，特别涉及一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置。
背景技术
钻孔是当今岩石力学研究不可或缺的手段。例如，为了弄清这些岩体结构和岩体质量评估，常采用钻孔取芯的方法对岩芯进行分析和实验；还有，广泛应用的岩体安全监测，也是通过在钻孔并在孔内设置多点位移计、锚杆应力计、声发射传感器等，实时获取岩体变形、应力、微破裂等特性。
常见的钻孔方法有机械风钻法和地质钻法。风钻法是利用压缩空气使活塞作往复运动，冲击钎子磨凿岩石，这种方法无法保留岩芯。地质钻法是用钢环切割套取岩芯，岩芯可以完整保留。但是这两种方法都会使钻孔孔壁粘有大量的岩石粉末。这种岩石粉末会覆盖岩体内部微小的裂隙、节理，对钻孔摄像等测试方法造成巨大困扰。在岩体安全监测方面，孔内布置完多点位移计、锚杆应力计等测试仪器后要进行注浆操作以便使传感器紧密锚固住孔壁岩体。而孔壁粉末很容易使注浆体与岩体分离，造成监测失败，仪器报废。另外，在一些深部岩体中，地应力常常处于一个较高的状态，因测试需要而长时间裸露的钻孔孔壁不可避免发生高应力岩块片帮和剥落现象，造成孔内遗落有许多细小的碎石。这些碎石对于进入孔内探测的探头具有严重的危害。特别是在钻孔摄像的测试中，若探头玻璃罩与碎石发生摩擦，玻璃罩可能会留下明显的刮痕，给后期的图像分析带来一定的麻烦。因此，测试前将孔壁的岩石粉末和孔内的碎石清理干净具有重要意义。
为有效清除钻孔内的粉尘和碎石，现有方法主要有三种：一是通过清水洗孔，该方法对于倾斜向下的钻孔常导致孔底段积水，并使得大量粉尘和碎石的淤积，无法有效清孔；另一种方法是直接用钩子在孔内向孔外方向推送，将孔内碎石推出孔外，该方法在超过20m的深孔中，操作者在孔外无法准确操控钩子且视线也受到限制；此外，现场还经常采取的另一种方法是用简易的装置将碎石一并推入孔底，但是这种方法的弊端在于接近孔底的一定长度的钻孔无法得到利用。更为关键的是，采用固定横截面大小的装置常常会在断层、裂隙发育处被卡住，严重时甚至将清孔的装置卡于孔内，给测试带来更严重的困难。
发明内容
本发明提供一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，解决现有技术中工程钻孔内岩石碎屑，粉尘等无法高效，便捷清除的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于，包括：充气式气囊、拉力传感器、拉杆、充放气管路、气泵以及控制器；
所述充气式气囊通过所述充放气管路与所述气泵相连；
所述充气式气囊通过所述拉力传感器与所述拉杆相连；
所述拉力传感器与所述控制器相连，获取拉杆施加在所述充气式气囊的拉力；
所述充放气管路与所述控制器相连，控制充放气过程；
其中，在清孔过程中，充气式气囊置于工程钻孔内，在所述控制器的控制下，所述气泵通过所述充放气管路充气，直至所述充气式气囊膨胀抵靠所述工程钻孔的孔壁；而后，操作所述拉杆向孔外拉膨胀状态的所述充气式气囊，向孔外推动孔内的碎石屑粉尘；
所述拉力传感器实时监测拉杆的施力并回传给所述控制器，当监测值大于第一预设值时，所述控制器控制所述充放气管路泄放所述充气式气囊内的气体，直至所述监测值降到第一预设值以下；当所述监测值小于第二预设值时，所述控制器控制所述充放气管路向所述充气式气囊充气，直至所述拉力到第二预设值以上。
进一步地，所述拉杆上开设线槽，所述充放气管路的近充气式气囊部分嵌于所述线槽内。
进一步地，所述拉力传感器采用通信线缆与所述控制器相连，所述通信线缆的近所述拉力传感器部嵌于所述线槽内。
进一步地，所述气泵为恒压气泵；
当所述监测值为0时，所述控制器控制所述充放气管路保持所述恒压气泵与所述充气式气囊连通状态；
其中，所述恒压气囊的输出压小于所述第一预设值并且大于所述第二预设值。
进一步地，所述充放气管路包括：气管以及三向电磁阀门；
所述气管连接在所述充气式气囊与所述气泵之间；
所述三向电磁阀门设置在所述气管上，与所述控制器相连，控制所述气管的启闭。
进一步地，所述充气式气囊上设置一橡胶螺母；
所述橡胶螺母与所述拉力传感器相连。
进一步地，拉力传感器为S型拉力传感器。
进一步地，所述充气式气囊上设置一充气接口，并与所述气管通过螺纹连接。
进一步地，所述充气接口与所述气管通过气动快速接头相连。
进一步地，膨胀状态的所述充气式气囊，在所述工程钻孔轴向上设置有轴向延展部，突出于所述充气式气囊本体。
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用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，通过将压缩态的气囊伸到所述工程钻孔的孔底部，而后向气囊内充气，使其充分膨胀，径向侧壁充分抵靠在孔壁上并保有一定的压力；再通过拉杆向孔外拉动膨胀的气囊，行进路程中，膨胀的气囊将沿途的碎石屑和粉尘推出孔外，操作结构简单，便捷；同时也不会对孔本身产生额外的损伤或者副产物。
进一步地，通过拉力传感器、控制器以及充放气管路建立充放气反馈控制结构；即通过拉力传感器实时监测施加的拉力，通常情况下，孔内细小的碎石粉尘并不会产生大幅阻力；但是在钻孔过程中，某一段钻孔的孔径可能会存在微小变化，这些变化或大或小；经常导致清孔效果不理想或者气囊难以通过；鉴于此，通过实时监测的拉力与事先设定的上限第一预设值和下限第二预设值，判断气囊与孔壁之间实时接触状态，从而反映孔径的状态，从而由控制器控制充放气管路，使得充气式气囊与孔壁保持稳定的抵靠压力，保证清除效果的稳定；同时也能适应孔径的变化，保证清孔操作的连贯性。
附图说明
图1为本发明提供的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置结构示意图；
图2为本发明提供的充气式气囊与充放气管路以及拉力传感器的连接结构示意图；
图3为本发明提供的S型拉力传感器结构示意图；
图4为本发明提供的充气接口结构示意图；
图5为本发明提供的气动快速接头结构示意图；
图6为本发明提供的拉杆结构示意图；
图7为本发明提供的三向电磁阀门结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，解决现有技术中工程钻孔内岩石碎屑，粉尘等无法高效，便捷清除的技术问题；达到了提升清除效果和操作可靠性的技术效果。
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，应当理解本发明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1，一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，包括：充气式气囊1、拉力传感器3、拉杆2、充放气管路5、气泵8以及控制器6。
具体来讲，所述充气式气囊1通过所述充放气管路5与所述气泵8相连；即，建立充气式气囊1的充放气操作结构，以具体执行充气式气囊1的膨胀状态调整，用于应对清孔过程中孔径的变化。
所述充气式气囊1通过所述拉力传感器3与所述拉杆2相连；实时测量拉杆2的施力，反馈给控制器6，用来反映气囊在孔中的所处状态。并以此作为一个控制指标，反馈控制气囊的充放气，使其能够与孔壁保持稳定的压力，从而保证清除效果和清除操作的可靠性。
具体来说，所述拉力传感器3与所述控制6相连，获取拉杆2施加在所述充气式气囊1的拉力；所述充放气管路与所述控制器相连，控制充放气过程。
其中，在清孔过程中，充气式气囊1置于工程钻孔18内，在所述控制器6的控制下，所述气泵8通过所述充放气管路5充气，直至所述充气式气囊1膨胀抵靠所述工程钻孔18的孔壁；而后，操作所述拉杆2向孔外拉膨胀状态的所述充气式气囊1，向孔外推动孔内的碎石屑粉尘。
有必要说明的是，所述拉力传感器3实时监测拉杆2的施力并回传给所述控制器6，在清孔过程中，当拉杆2受外力突然停顿，拉杆2受力陡然上升，拉力监测值大于第一预设值时，所述控制器6控制所述充放气管路5泄放所述充气式气囊1内的气体，直至所述拉力降到第一预设值以下，在这个过程中，操作者仍对拉杆2施加一定拉力，直至充气式气囊1通过困难区域；即在保持清除效果的情况下，保证清孔过程顺利完成。
通常针对的是打钻误差造成的孔径缩小的情况，或是深部工程在高应力条件下钻孔局部出现的饼化、凹凸不平等情况。。
当监测值小于第二预设值时，所述控制器6控制所述充放气管路5向所述充气式气囊1充气，直至所述拉力到第二预设值以上。实现充气式气囊1与孔壁的接触压力的稳定，从而增加摩擦力，在保证清孔过程顺利完成的前提下，保证清除效果。
通常针对的是孔径变大的情况，具体还可以是存在局部凹陷，或者通过所述孔径缩小的局部区域之后，需要恢复气囊膨胀压力的情况。
所述气泵为恒压气泵；
当所述监测值为0时，所述控制器控制所述充放气管路保持所述恒压气泵与所述充气式气囊连通状态；
其中，所述恒压气囊的输出压小于所述第一预设值并且大于所述第二预设值。
即，在清空过程中如果暂停时，拉力传感器实质上是检测不到压力，即监测值为0，此时通过保持充气管路的畅通，能够维持气囊的气压，不至于泄掉或者气压过大，保持较好的清孔状态，这是基于气压共享的自然气态变化，高效且迅速。
将其输出压控制在第一预设值和第二预设值之间，能够保持较好的膨胀状态，有助于维持清孔的效率。
参见图6，所述拉杆2上开设线槽10，所述充放气管路5孔内部分嵌于所述线槽10内。即通过线槽10约束深入到孔内的充放气管路5。避免管线混乱，或者摩擦损伤。
所述拉力传感器3采用通信线缆4与所述控制器6相连，所述通信线缆4的孔内部分嵌于所述线槽10内。即通过线槽10约束深入到孔内的通信线缆4。避免管线混乱，或者摩擦损伤。
参见图7，所述充放气管路5包括：气管以及三向电磁阀门7；所述气管连接在所述充气式气囊1与所述气泵8之间；所述三向电磁阀门7设置在所述气管上，与所述控制器6相连，控制所述气管的启闭。
具体来讲，所述三向电磁阀门7作为充放气管路5启闭控制元件，直接执行充放气操作。所述三向电磁阀门7的第一接口71和第二接口72串联在所述气管上，所述第三接口空出作为放气口。
当充气时，第三接口73关闭，所述第一接口71和所述第二接口72开启，所述气泵8持续充气。
当放气时，所述第一接口71和第三接口73开启，所述第二接口72关闭。
参见图2、图3、图4和图5，所述充气式气囊1上设置一橡胶螺母17；所述橡胶螺母17与所述拉力传感器3相连；避免尖锐损伤。
具体来讲，拉力传感器3为S型拉力传感器。
所述充气式气囊1上设置一充气接口15，并与所述气管通过螺纹16连接。
进一步地，所述充气接口15与所述气管通过气动快速接头9相连。便于拆接操作。
进一步地，膨胀状态的所述充气式气囊1，在所述工程钻孔轴向上设置有轴向延展部，突出于所述充气式气囊1本体。从而能够聚拢碎屑。
所述气泵为恒压气泵。
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用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，通过将压缩态的气囊伸到所述工程钻孔的孔底部，而后向气囊内充气，使其充分膨胀，径向侧壁充分抵靠在孔壁上并保有一定的压力；再通过拉杆向孔外拉动膨胀的气囊，行进路程中，膨胀的气囊将沿途的碎石屑和粉尘推出孔外，操作结构简单，便捷；同时也不会对孔本身产生额外的损伤或者副产物。
进一步地，通过拉力传感器、控制器以及充放气管路建立充放气反馈控制结构；即通过拉力传感器实时监测施加的拉力，通常情况下，孔内细小的碎石粉尘并不会产生大幅阻力；但是在钻孔过程中，某一段钻孔的孔径可能会存在微小变化，这些变化或大或小；经常导致清孔效果不理想或者气囊难以通过；鉴于此，通过实时监测的拉力与事先设定的上限第一预设值和下限第二预设值，判断气囊与孔壁之间实时接触状态，从而反映孔径的状态，从而由控制器控制充放气管路，使得充气式气囊与孔壁保持稳定的抵靠压力，保证清除效果的稳定；同时也能适应孔径的变化，保证清孔操作的连贯性。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于，包括：充气式气囊、拉力传感器、拉杆、充放气管路、气泵以及控制器；
所述充气式气囊通过所述充放气管路与所述气泵相连；
所述充气式气囊通过所述拉力传感器与所述拉杆相连；
所述拉力传感器与所述控制器相连，获取拉杆施加在所述充气式气囊的拉力；
所述充放气管路与所述控制器相连，控制充放气过程；
其中，在清孔过程中，充气式气囊置于工程钻孔内，在所述控制器的控制下，所述气泵通过所述充放气管路充气，直至所述充气式气囊膨胀抵靠所述工程钻孔的孔壁；而后，操作所述拉杆向孔外拉膨胀状态的所述充气式气囊，向孔外推动孔内的碎石屑粉尘；
所述拉力传感器实时监测拉杆的施力并回传给所述控制器，当监测值大于第一预设值时，所述控制器控制所述充放气管路泄放所述充气式气囊内的气体，直至所述监测值降到第一预设值以下；当所述监测值小于第二预设值时，所述控制器控制所述充放气管路向所述充气式气囊充气，直至所述拉力到第二预设值以上。
2.如权利要求1所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：
所述拉杆上开设线槽，所述充放气管路的近充气式气囊部分嵌于所述线槽内。
3.如权利要求2所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：所述拉力传感器采用通信线缆与所述控制器相连，所述通信线缆的近所述拉力传感器部嵌于所述线槽内。
4.如权利要求1所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：所述气泵为恒压气泵；
当所述监测值为0时，所述控制器控制所述充放气管路保持所述恒压气泵与所述充气式气囊连通状态；
其中，所述恒压气囊的输出压小于所述第一预设值并且大于所述第二预设值。
5.如权利要求1～4任一项所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于，所述充放气管路包括：气管以及三向电磁阀门；
所述气管连接在所述充气式气囊与所述气泵之间；
所述三向电磁阀门设置在所述气管上，与所述控制器相连，控制所述气管的启闭。
6.如权利要求5所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：所述充气式气囊上设置一橡胶螺母；
所述橡胶螺母与所述拉力传感器相连。
7.如权利要求6所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：拉力传感器为S型拉力传感器。
8.如权利要求5所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：所述充气式气囊上设置一充气接口，并与所述气管通过螺纹连接。
9.如权利要求8所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：所述充气接口与所述气管通过气动快速接头相连。
10.如权利要求5所述的用于深部岩体工程钻孔的全自动气压清孔装置，其特征在于：膨胀状态的所述充气式气囊，在所述工程钻孔轴向上设置有轴向延展部，突出于所述充气式气囊本体。
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