CN109469473A - 钻进深度监测装置及气动凿岩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钻进深度监测装置及气动凿岩机，涉及岩土钻进领域。钻进深度监测装置包括角度测量模块、位移测量模块和数据处理模块，角度测量模块和位移测量模块均与数据处理模块电连接，角度测量模块分别设置于凿岩机机身和凿岩机气腿上，位移测量模块和数据处理模块均设置于凿岩机气腿上。角度测量模块用于测量凿岩机机身和凿岩机气腿的倾角值并将倾角值传输至数据处理模块。位移测量模块用于测量凿岩机气腿的伸长量并将伸长量传输至数据处理模块。数据处理模块用于根据倾角值和伸长量得到钻进深度。本发明提供的钻进深度监测装置及气动凿岩机能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

Description

钻进深度监测装置及气动凿岩机

技术领域

本发明涉及岩土钻进领域，具体而言，涉及钻进深度监测装置及气动凿岩机。

背景技术

在岩土工程中广泛使用气动凿岩机进行开挖爆破孔的成孔工作，孔径一般在30-50毫米之间，目前气动凿岩机成孔后一般手工测量钻进深度，具体是采用钢卷尺伸入钻孔中直接测量，或者在孔中放入细杆，测量细杆长度。手工测量的效率地下、精度不高、由于气动凿岩机作业者水平良莠不齐，实际工程中，钻进成孔的深度通常都由作业者根据自身经验目测钻杆长度得到。由于人工测量，不易监管，目前实际工程钻孔深度达不到设计要求的现象普遍存在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻进深度监测装置，其能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

本发明提供一种关于钻进深度监测装置的技术方案：

一种钻进深度监测装置，用于气动凿岩机，所述气动凿岩机包括凿岩机机身、凿岩机气腿和凿岩机钻杆，所述凿岩机机身与所述凿岩机气腿转动连接，所述凿岩机钻杆设置于所述凿岩机机身。所述钻进深度监测装置包括角度测量模块、位移测量模块和数据处理模块，所述角度测量模块和所述位移测量模块均与所述数据处理模块电连接，所述角度测量模块分别设置于所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿上，所述位移测量模块和所述数据处理模块均设置于所述凿岩机气腿上。所述角度测量模块用于测量所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿的倾角值并将所述倾角值传输至所述数据处理模块。所述位移测量模块用于测量所述凿岩机气腿的伸长量并将所述伸长量传输至所述数据处理模块。所述数据处理模块用于根据所述倾角值和所述伸长量得到钻进深度。

可选地，所述角度测量模块包括第一倾角传感器和第二倾角传感器，所述第一倾角传感器设置于所述凿岩机机身上并与所述数据处理模块电连接，所述第二倾角传感器设置于所述凿岩机气腿上并与所述数据处理模块电连接。所述第一倾角传感器用于测量所述凿岩机机身的第一倾角值，所述第二倾角传感器用于测量所述凿岩机气腿的第二倾角值，所述数据处理模块用于根据所述第一倾角值、所述第二倾角值和所述伸长量得到所述钻进深度。

可选地，所述第一倾角传感器与所述凿岩机机身之间的连接方式为卡接或者螺钉连接。

可选地，所述第一倾角传感器的壳体上凸设有连接部，所述连接部上设置有连接通孔。

可选地，所述角度测量模块还包括连接导线，所述第一倾角传感器通过连接导线与所述数据处理模块电连接。

可选地，所述连接导线的设置有连接端子，所述第一倾角传感器设置有插拔端口，所述连接端子可插拔地与所述插拔端口连接。

可选地，所述第二倾角传感器与所述凿岩机气腿之间的连接方式为卡接或者螺钉连接。

可选地，所述位移测量模块为拉线式位移传感器，所述拉线式位移传感器设置于所述凿岩机气腿上并用于测量所述凿岩机气腿的所述伸长量。

可选地，所述数据处理模块为数据采集器，所述数据采集器设置于所述凿岩机气腿上并与所述角度测量模块和所述位移测量模块电连接，所述数据采集器还用于处理所述倾角值和所述伸长量并得到所述钻进深度。

可选地，所述钻进深度监测装置还包括定位模块和无线通信模块，所述无线通信模块与所述定位模块电连接，所述定位模块用于获取所述钻进深度监测装置的位置信息，所述无线通信模块用于与服务器通信连接并用于将所述位置信息和所述钻进深度的信息发送至所述服务器。

可选地，所述钻进深度监测装置还包括微型发电机，所述微型发电机设置于所述气动凿岩机的气管上，所述微型发电机用于通过所述气动凿岩机的气管内的空气发电；所述微型发电机与所述角度测量模块、所述位移测量模块和所述数据处理模块电连接并用于对所述角度测量模块、所述位移测量模块和所述数据处理模块供电。

本发明的另一目的在于提供一种气动凿岩机，其能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

本发明提供一种关于气动凿岩机的技术方案：

一种气动凿岩机，包括凿岩机机身、凿岩机气腿、凿岩机钻杆和钻进深度监测装置，所述凿岩机机身与所述凿岩机气腿转动连接，所述凿岩机钻杆设置于所述凿岩机机身，所述钻进深度监测装置包括角度测量模块、位移测量模块和数据处理模块，所述角度测量模块和所述位移测量模块均与所述数据处理模块电连接，所述角度测量模块分别设置于所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿上，所述位移测量模块和所述数据处理模块均设置于所述凿岩机气腿上。所述角度测量模块用于测量所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿的倾角值并将所述倾角值传输至所述数据处理模块。所述位移测量模块用于测量所述凿岩机气腿的伸长量并将所述伸长量传输至所述数据处理模块。所述数据处理模块用于根据所述倾角值和所述伸长量得到钻进深度。

相比现有技术，本发明提供的钻进深度监测装置及气动凿岩机的有益效果是：

角度测量模块用于测量凿岩机机身和凿岩机气腿的倾角值，位移测量模块用于测量凿岩机气腿的伸长量，数据处理模块用于根据倾角值和伸长量得到钻进深度。也就是说，钻进深度监测装置能够通过凿岩机机身和凿岩机气腿在钻进过程中的倾角值，以及凿岩机气腿的伸长量得到每次测量时的钻进深度。在某些实现方式中，可以通过多次测量得到钻进的总深度(每次测量的钻进深度之和)。此外，主要监测元件设置于凿岩机气腿上，由于凿岩机气腿具有良好的减震效果，因此极大地减小了气动凿岩机的运行过程对采集数据的影响。钻进深度监测装置及气动凿岩机能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的钻进深度监测装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的钻进深度监测装置在测量钻进深度时的几何形态示意图；

图3为本发明的实施例提供的钻进深度监测装置的连接框图；

图4为本发明的实施例提供的连接部和连接通孔的截面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的气管和微型发电机的结构示意图。

图标：10-气动凿岩机；100-钻进深度监测装置；110-角度测量模块；112-第一倾角传感器；1121-连接部；1122-连接通孔；114-第二倾角传感器；120-位移测量模块；130-数据处理模块；200-凿岩机机身；300-凿岩机气腿；400-凿岩机钻杆；500-气管；600-微型发电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种钻进深度监测装置100，其能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

在现有相关的技术中，气动凿岩机10的深度监测面临以下难度：首先，气动凿岩机10工作时机身振动极大，振动加速度达到200-1000G，监测装置重量控制、抗振等面临极大挑战。其次，气动凿岩机10工作环境恶劣，水汽和岩粉弥漫，对防水、防尘要求高。气动凿岩机10尺寸较小，可加装监测装置的位置有限。气动凿岩机10的钻进深度监测装置100实施时，不能干扰凿岩机操作者的正常操作，且确保能在凿岩机正常遭遇岩石碰撞时不被损坏。本申请的发明人针对上述现有技术中的问题提出了本申请的技术方案。

需要说明的是，本实施例提供的钻进深度监测装置100可以用于气动凿岩机10。在将本实施例提供的钻进深度监测装置100应用于气动凿岩机10时，钻进深度监测装置100能够对气动凿岩机10的钻进深度进行测量，以便工作人员准确、稳定、可靠地测量钻进深度。同时也便于监管。

同时，也需要说明的是，在将本实施例提供的钻进深度监测装置100应用于气动凿岩机10时，气动凿岩机10可以包括凿岩机机身200、凿岩机气腿300和凿岩机钻杆400，凿岩机机身200与凿岩机气腿300转动连接，凿岩机钻杆400设置于凿岩机机身200。

本实施例提供的钻进深度监测装置100包括角度测量模块110、位移测量模块120和数据处理模块130，角度测量模块110和位移测量模块120均与数据处理模块130电连接，角度测量模块110分别设置于凿岩机机身200和凿岩机气腿300上，位移测量模块120和数据处理模块130均设置于凿岩机气腿300上。角度测量模块110用于测量凿岩机机身200和凿岩机气腿300的倾角值并将倾角值传输至数据处理模块130。位移测量模块120用于测量凿岩机气腿300的伸长量并将伸长量传输至数据处理模块130。数据处理模块130用于根据倾角值和伸长量得到钻进深度。

可以理解的是，角度测量模块110用于测量凿岩机机身200和凿岩机气腿300的倾角值，位移测量模块120用于测量凿岩机气腿300的伸长量，数据处理模块130用于根据倾角值和伸长量得到钻进深度。也就是说，本实施例提供的钻进深度监测装置100能够通过凿岩机机身200和凿岩机气腿300在钻进过程中的倾角值，以及凿岩机气腿300的伸长量得到每次测量时的钻进深度。在某些实现方式中，可以通过多次测量得到钻进的总深度(每次测量的钻进深度之和)。此外，主要监测元件设置于凿岩机气腿300上，由于凿岩机气腿300具有良好的减震效果，因此极大地减小了气动凿岩机10的运行过程对采集数据的影响。本实施例提供的钻进深度监测装置100能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

请结合参阅图1和图2，本实施例提供的钻进监测装置在使用时：

在t₀时刻通过位移测量模块120记录凿岩机气腿300伸长量L₀，通过角度测量模块110记录凿岩机气腿300的倾角α₀和凿岩机机身200倾角β₀；

在t₁时刻通过位移测量模块120记录凿岩机气腿300伸长量L₁，通过角度测量模块110记录凿岩机气腿300的倾角α₁和凿岩机机身200的倾角β₁；

可选地，位移测量模块120距离机身的距离为L(也可以理解为凿岩机气腿300的初始长度为L)，即在t₀时刻，整个凿岩机气腿300的长度为L₀₀＝L+L₀；在t₁时刻，整个气腿的长度为L₁₁＝L+L₁

单次钻进过程中凿岩机气腿300的根部位置不变，通过记录以上参数可以计算得到，钻杆钻进的深度Z₁

在图2中，三角形ABC代表t₀和t₁时刻钻进的几何形态，其中BC为t₀时刻整个凿岩机气腿300的长度；AC为t₁时刻整个凿岩机气腿300的长度；AB为钻杆钻进的深度Z₁，∠ACB为β₀-β₁。

根据余弦定理得：

AB＝[AC²+BC²-2*AC*BC*cos(β₀-β₁)]^1/2

即：

Z₁＝[L₁₁ ²+L₀₀ ²-2*L₁₁*L₀₀*COS(β₀-β₁)]^1/2

钻杆的水平钻进深度Z_h1为：

Z_h1＝Z₁*COS(α₀-α₁)

将多次测量的钻进深度求和即为总钻进深度

总钻进深度Z＝∑Z_i

总水平钻进深度Z_H＝∑Z_hi

其中i为1,2,3，…等正整数。

请参阅图3，可选地，角度测量模块110包括第一倾角传感器112和第二倾角传感器114，第一倾角传感器112设置于凿岩机机身200上并与数据处理模块130电连接，第二倾角传感器114设置于凿岩机气腿300上并与数据处理模块130电连接。第一倾角传感器112用于测量凿岩机机身200的第一倾角值，第二倾角传感器114用于测量凿岩机气腿300的第二倾角值，数据处理模块130用于根据第一倾角值、第二倾角值和伸长量得到钻进深度。

可选地，上述第一倾角传感器112和第二倾角传感器114均可以采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)传感器，以进一步地减小传感器的重量和体积，提高抗震性能和环境耐受性。

可选地，第一倾角传感器112与凿岩机机身200之间的连接方式为卡接或者螺钉连接。

请参阅图4，可选地，第一倾角传感器112的壳体上凸设有连接部1121，连接部1121上设置有连接通孔1122。

可选地，角度测量模块110还包括连接导线，第一倾角传感器112通过连接导线与数据处理模块130电连接。

可选地，连接导线的设置有连接端子，第一倾角传感器112设置有插拔端口，连接端子可插拔地与插拔端口连接。

可选地，第二倾角传感器114与凿岩机气腿300之间的连接方式为卡接或者螺钉连接。

需要说明的是，第二倾角传感器114的设置可以参照第一倾角传感器112进行设置。

可选地，位移测量模块120为拉线式位移传感器，拉线式位移传感器设置于凿岩机气腿300上并用于测量凿岩机气腿300的伸长量。

可选地，数据处理模块130为数据采集器，数据采集器设置于凿岩机气腿300上并与角度测量模块110和位移测量模块120电连接，数据采集器还用于处理倾角值和伸长量并得到钻进深度。

可选地，钻进深度监测装置100还可以包括定位模块和无线通信模块，无线通信模块与定位模块电连接，定位模块用于获取钻进深度监测装置100的位置信息，无线通信模块用于与服务器通信连接并用于将位置信息和钻进深度的信息发送至服务器。

可选地，无线通信模块可以为天线模组，定位模块获得的位置信息可以包括经纬度坐标、钻进深度监测装置100的编号等。服务器可以为云端服务器等。

请参阅图5，可选地，钻进深度监测装置100还包括微型发电机600，微型发电机600可以设置于气动凿岩机10的气管500上，微型发电机600能够通过气管500内流动的气体发电。微型发电机600与角度测量模块110、位移测量模块120和数据处理模块130电连接并用于对角度测量模块110、位移测量模块120和数据处理模块130供电。

上述微型发电机600可以为水力发电机，通过微型发电机600能够对钻进深度监测装置100供电，使钻进深度监测装置100拥有更持久的续航能力，进而保证钻进深度监测装置100的正常工作。

此外，还需要说明的是，在气动凿岩机10上还可以设置蓄电模块，比如蓄电池等，通过蓄电模块将微型发电机600产生的电能进行存储。

第二实施例

请结合参阅图1至图5，本实施例提供了一种气动凿岩机10，其能够简单、准确、实时、稳定地测量钻进深度。

本实施例提供的气动凿岩机10包括凿岩机机身200、凿岩机气腿300、凿岩机钻杆400和第一实施例提供的钻进深度监测装置100，凿岩机机身200与凿岩机气腿300转动连接，凿岩机钻杆400设置于凿岩机机身200，钻进深度监测装置100包括角度测量模块110、位移测量模块120和数据处理模块130，角度测量模块110和位移测量模块120均与数据处理模块130电连接，角度测量模块110分别设置于凿岩机机身200和凿岩机气腿300上，位移测量模块120和数据处理模块130均设置于凿岩机气腿300上。角度测量模块110用于测量凿岩机机身200和凿岩机气腿300的倾角值并将倾角值传输至数据处理模块130。位移测量模块120用于测量凿岩机气腿300的伸长量并将伸长量传输至数据处理模块130。数据处理模块130用于根据倾角值和伸长量得到钻进深度。

需要说明的是，本实施例提供的气动凿岩机10由于具有第一实施例提供的钻进深度监测装置100，因此至少应具有与钻进深度监测装置100相同或相似的有益效果。

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 (10)

1.一种钻进深度监测装置，用于气动凿岩机，所述气动凿岩机包括凿岩机机身、凿岩机气腿和凿岩机钻杆，所述凿岩机机身与所述凿岩机气腿转动连接，所述凿岩机钻杆设置于所述凿岩机机身，其特征在于，所述钻进深度监测装置包括角度测量模块、位移测量模块和数据处理模块，所述角度测量模块和所述位移测量模块均与所述数据处理模块电连接，所述角度测量模块分别设置于所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿上，所述位移测量模块和所述数据处理模块均设置于所述凿岩机气腿上；

所述角度测量模块用于测量所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿的倾角值并将所述倾角值传输至所述数据处理模块；

所述位移测量模块用于测量所述凿岩机气腿的伸长量并将所述伸长量传输至所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于根据所述倾角值和所述伸长量得到钻进深度。

2.根据权利要求1所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述角度测量模块包括第一倾角传感器和第二倾角传感器，所述第一倾角传感器设置于所述凿岩机机身上并与所述数据处理模块电连接，所述第二倾角传感器设置于所述凿岩机气腿上并与所述数据处理模块电连接；

所述第一倾角传感器用于测量所述凿岩机机身的第一倾角值，所述第二倾角传感器用于测量所述凿岩机气腿的第二倾角值，所述数据处理模块用于根据所述第一倾角值、所述第二倾角值和所述伸长量得到所述钻进深度。

3.根据权利要求2所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述第一倾角传感器与所述凿岩机机身之间的连接方式为卡接或者螺钉连接。

4.根据权利要求3所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述第一倾角传感器的壳体上凸设有连接部，所述连接部上设置有连接通孔。

5.根据权利要求2所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述角度测量模块还包括连接导线，所述第一倾角传感器通过连接导线与所述数据处理模块电连接。

6.根据权利要求5所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述连接导线的设置有连接端子，所述第一倾角传感器设置有插拔端口，所述连接端子可插拔地与所述插拔端口连接。

7.根据权利要求2所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述第二倾角传感器与所述凿岩机气腿之间的连接方式为卡接或者螺钉连接。

8.根据权利要求1所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述钻进深度监测装置还包括定位模块和无线通信模块，所述无线通信模块与所述定位模块电连接，所述定位模块用于获取所述钻进深度监测装置的位置信息，所述无线通信模块用于与服务器通信连接并用于将所述位置信息和所述钻进深度的信息发送至所述服务器。

9.根据权利要求1所述的钻进深度监测装置，其特征在于，所述钻进深度监测装置还包括微型发电机，所述微型发电机设置于所述气动凿岩机的气管上，所述微型发电机用于通过所述气动凿岩机的气管内的空气发电；所述微型发电机与所述角度测量模块、所述位移测量模块和所述数据处理模块电连接并用于对所述角度测量模块、所述位移测量模块和所述数据处理模块供电。

10.一种气动凿岩机，其特征在于，包括凿岩机机身、凿岩机气腿、凿岩机钻杆和如权利要求1-9中任意一项所述的钻进深度监测装置，所述凿岩机机身与所述凿岩机气腿转动连接，所述凿岩机钻杆设置于所述凿岩机机身，所述角度测量模块分别设置于所述凿岩机机身和所述凿岩机气腿上，所述位移测量模块设置于所述凿岩机气腿上。