CN111561261A - 一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置及方法，属于隧道围岩突水探测技术领域，该探测装置包括固定机构、钻孔机构与探测组件，所述电机固定安装于所述固定板，所述钻杆转动安装于所述固定板，所述电机与所述钻杆的顶部键连接，所述分析设备固定安装于所述固定板，所述探测件安装于所述钻杆内部，所述分析设备通过连接导线与所述第一连接件信号连接，所述探测件与所述第二连接件也通过所述连接导线信号连接，所述第一连接件的一端固定安装有伸缩件，所述第一连接件固定安装于所述伸缩件的伸缩杆，所述第二连接件固定安装于所述钻杆顶部，该装置的适用性较高，提升对隧道围岩突水的精准探测。

Description

一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置及方法
技术领域
本发明涉及隧道围岩突水探测技术领域，具体而言，涉及一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置及方法。
背景技术
突水是指大量地下水突然集中涌入井巷(隧道)形成动态承压水的现象，在隧道的掘进过程中当隧道穿过溶洞发育、管道动水、裂隙动水的地段(尤其是遇到地下暗河系统)、厚层含水砂砾石层或与地表水连通的较大断裂破碎带等所发生的突然大量涌水现象。在隧道的掘进过程中与挖掘以后，都需要对隧道围岩含水量(特别是动态承压水) 进行探测，对岩溶动态水的地质模式和突水机理进行分析，进而对突水进行提前预防。现有的隧道围岩探测装置碰到地质较硬的区域(在软弱破碎地质)，不便深入围岩，对隧道围岩的探测深度较小，无法实现三维方向探测；受到软硬不均岩层，破碎程度不一的影响，导致对隧道围岩的突水探测结果精度较低。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置及方法，旨在改善现有的隧道围岩探测装置不便深入围岩，对隧道围岩的探测深度较小，无法实现三维方向探测，由于软硬不均岩层，破碎程度不一，导致对隧道围岩的突水探测结果精度较低的问题。
本发明是这样实现的：
一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，包括固定机构、钻孔机构与探测组件。
所述固定机构包括固定板与把手，所述把手在所述固定板上对称设置有两个。
所述钻孔机构包括电机与钻杆，所述电机固定安装于所述固定板，所述钻杆转动安装于所述固定板，所述电机与所述钻杆的顶部键连接。
所述探测组件包括分析设备、探测件、第一连接件、第二连接件与连接导线，所述分析设备固定安装于所述固定板，所述探测件安装于所述钻杆内部，所述分析设备通过连接导线与所述第一连接件信号连接，所述探测件与所述第二连接件也通过所述连接导线信号连接，所述第一连接件的一端固定安装有伸缩件，所述第一连接件固定安装于所述伸缩件的伸缩杆，所述第二连接件固定安装于所述钻杆顶部。
在本发明的一种实施例中，所述钻杆包括杆体与钻头，所述杆体内部为中空设置，所述探测件固定安装于所述杆体底部的侧壁。
在本发明的一种实施例中，所述固定板开设有安装孔，所述安装孔的上下两侧均固定安装有轴承，所述钻杆的顶部通过两个所述轴承转动安装于所述安装孔内。
在本发明的一种实施例中，所述第二连接件设置为圆环形，所述第二连接件固定套接于所述钻杆，所述第二连接件内部设置有连接耳，所述钻杆顶部开设有通孔，所述连接耳贯穿于所述通孔，所述连接耳通过连接导线与所述探测件信号连接。
在本发明的一种实施例中，所述固定板内部开设有安装室，所述伸缩件固定安装于所述安装室，所述安装室与所述安装孔连通设置。
在本发明的一种实施例中，所述伸缩件的伸缩杆与所述第一连接件之间设置有绝缘垫，所述绝缘垫被构造成用于对所述伸缩件与所述第一连接件进行电性隔绝。
在本发明的一种实施例中，所述第一连接件设置为弧形，所述第一连接件与所述第二连接件间隙配合。
在本发明的一种实施例中，两个所述把手均固定安装有开关，两个所述开关被构造成分别用于所述电机与伸缩件的启闭。
在本发明的一种实施例中，所述钻杆的上端内壁与外壁均涂有一层绝缘层。
本发明实施例另提供一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置的使用方法，其利用上述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置进行，包括以下步骤：
步骤S1：将所述钻杆对准目标位置，打开所述电机带动所述钻杆进行钻孔；
步骤S2：打开所述伸缩件的所述开关，使得伸所述缩件通电，所述伸缩件的伸缩杆推动所述第一连接件与所述第二连接件连接，使得所述探测件通电，对探测区X、Y、Z三维方向进行探测；
步骤S3：所述探测件将探测到的数据输送到所述分析设备进行分析，并得出结果。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，使用时，通过电机带动钻杆转动，使得钻杆上的探测件可以深入一些地质较硬的区域，探测件在隧道围岩上深入的深度较大，通过伸缩件对探测件与分析设备进行连接，使得探测件探测到的数据传输到分析设备内进行分析处理，该装置可以穿过一些地质较硬的区域，适用性较高，并且探测件的在隧道围岩上可深入一定的深度，增加装置的探测深度与范围，进而增加装置的对隧道围岩的探测精度，提升对隧道围岩突水的精准探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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是本发明实施方式提供的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置的正视结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的固定机构的正视结构示意图；
图3为本发明实施方式提供的钻杆的内部结构示意图；
图4为本发明实施方式提供的钻杆的俯视结构示意图；
图5为图1中A位置的放大图；
图6为图3中B位置的放大图；
图7为本发明实施方式提供的探测组件的结构示意图；
图8为本发明实施方式提供的伸缩件的俯视结构示意图；
图9为本发明实施方式提供的探测件的数据传输流程图。
图中：100-固定机构；110-固定板；111-安装室；112-安装孔； 120-把手；200-钻孔机构；210-电机；220-钻杆；221-杆体；222-钻头； 223-方形孔；224-缓冲垫；225-轴承；300-探测组件；310-分析设备； 320-探测件；330-第一连接件；331-伸缩件；340-第二连接件；350- 连接导线；360-开关。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。基于本发明中的实施方式，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方式，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“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，包括固定机构100、钻孔机构200与探测组件300。
请参阅图2，固定机构100包括固定板110与把手120，把手120 在固定板110上对称设置有两个，把手120的设置，方便操作人员对装置进行拿取操作。
请参阅图3和图4，钻孔机构200包括电机210与钻杆220，电机210固定安装于固定板110，钻杆220转动安装于固定板110，电机210与钻杆220的顶部键连接，钻杆220的顶部开设有方形孔223，电机210的输出轴与方形孔223间隙配合，通过电机210带动钻杆 220转动钻孔，方形孔223内壁设置有缓冲垫224，缓冲垫224用于对电机210的输出轴与方形孔223的传动进行缓冲，降低电机210 的输出轴与方形孔223之间传动时产生的变形。
请参阅图5，在一些具体的实施方案中，固定板110开设有安装孔112，安装孔112的上下两侧均固定安装有轴承225，钻杆220的顶部通过两个轴承225转动安装于安装孔112内。
请参阅图6和图7，探测组件300包括分析设备310、探测件320、第一连接件330、第二连接件340与连接导线350，分析设备310固定安装于固定板110，探测件320为找水仪的感应器，用于对隧道围岩内的水进行感应，钻杆220包括杆体221与钻头222，杆体221内部为中空设置，探测件320固定插接于杆体221底部的侧壁，分析设备310通过连接导线350与第一连接件330信号连接，探测件320 与第二连接件340也通过连接导线350信号连接，第一连接件330 的一端固定安装有伸缩件331，伸缩件331为电动推杆，固定板110 内部开设有安装室111，伸缩件331固定安装于安装室111，安装室 111与安装孔112连通设置，第一连接件330固定安装于伸缩件331 的伸缩杆，第二连接件340固定安装于钻杆220顶部。
在一些具体的实施方案中，钻杆220的上端内壁与外壁均涂有一层绝缘层，使得钻杆220与电机210之间不导电，防止电机210断路。
在一些具体的实施方案中，第二连接件340设置为圆环形，第二连接件340固定套接于钻杆220，第二连接件340内部设置有连接耳，钻杆220顶部开设有通孔，连接耳贯穿于通孔，连接耳通过连接导线350与探测件320信号连接。
在一些具体的实施方案中，伸缩件331的伸缩杆与第一连接件 330之间设置有绝缘垫，绝缘垫被构造成用于对伸缩件331与第一连接件330进行电性隔绝。
请参阅图8，在一些具体的实施方案中，第一连接件330设置为弧形，第一连接件330与第二连接件340间隙配合，提升第一连接件 330与第二连接件340之间的导电性。
在一些具体的实施方案中，两个把手120均固定安装有开关360，两个开关360被构造成分别用于电机210与伸缩件331的启闭，开关 360设置在把手120上，方便对电机210与伸缩件331进行启闭操作。
本发明另提供一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置的使用方法，其利用上述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置进行，包括以下步骤：
步骤S1：将钻杆220对准目标位置，打开电机210的开关360，使得电机210带动钻杆220进行钻孔，将探测件320深入隧道围岩；
步骤S2：打开伸缩件331的开关360，使得伸缩件331通电，伸缩件331的伸缩杆推动第一连接件330与第二连接件340连接，使得探测件320通电，进行探测；
步骤S3：探测件320将探测到的数据输送到分析设备310进行分析，并得出结果，需要说明的是，分析设备310包括找水仪以及计算机，请参阅图9，探测件320探测到的数据经放大电路进行放大，然后经A/D转换器进行转后传递到计算机进行分析。
工作原理：使用时，通过电机210带动钻杆220转动，使得钻杆 220上的探测件320可以深入一些地质较硬的区域，探测件320在隧道围岩上深入的深度较大，通过开关360控制电机210的工作，进而完成钻孔动作，通过伸缩件331对探测件与分析设备310进行连接，使得探测件320探测到的数据传输到分析设备310内进行分析处理，得出对隧道围岩的探测结果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，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)

1.一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，包括
固定机构(100)，所述固定机构(100)包括固定板(110)与把手(120)，所述把手(120)在所述固定板(110)上对称设置有两个；
钻孔机构(200)，所述钻孔机构(200)包括电机(210)与钻杆(220)，所述电机(210)固定安装于所述固定板(110)，所述钻杆(220)转动安装于所述固定板(110)，所述电机(210)与所述钻杆(220)的顶部键连接；
探测组件(300)，所述探测组件(300)包括分析设备(310)、探测件(320)、第一连接件(330)、第二连接件(340)与连接导线(350)，所述分析设备(310)固定安装于所述固定板(110)，所述探测件(320)安装于所述钻杆(220)内部，所述分析设备(310)通过连接导线(350)与所述第一连接件(330)信号连接，所述探测件(320)与所述第二连接件(340)也通过所述连接导线(350)信号连接，所述第一连接件(330)的一端固定安装有伸缩件(331)，所述第一连接件(330)固定安装于所述伸缩件(331)的伸缩杆，所述第二连接件(340)固定安装于所述钻杆(220)顶部。
2.根据权利要求1所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述钻杆(220)包括杆体(221)与钻头(222)，所述杆体(221)内部为中空设置，所述探测件(320)固定安装于所述杆体(221)底部的侧壁。
3.根据权利要求1所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述固定板(110)开设有安装孔(112)，所述安装孔(112)的上下两侧均固定安装有轴承(225)，所述钻杆(220)的顶部通过两个所述轴承(225)转动安装于所述安装孔(112)内。
4.根据权利要求1所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述第二连接件(340)设置为圆环形，所述第二连接件(340)固定套接于所述钻杆(220)，所述第二连接件(340)内部设置有连接耳，所述钻杆(220)顶部开设有通孔，所述连接耳贯穿于所述通孔，所述连接耳通过连接导线(350)与所述探测件(320)信号连接。
5.根据权利要求3所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述固定板(110)内部开设有安装室(111)，所述伸缩件(331)固定安装于所述安装室(111)，所述安装室(111)与所述安装孔(112)连通设置。
6.根据权利要求1所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述伸缩件(331)的伸缩杆与所述第一连接件(330)之间设置有绝缘垫，所述绝缘垫被构造成用于对所述伸缩件(331)与所述第一连接件(330)进行电性隔绝。
7.根据权利要求1所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述第一连接件(330)设置为弧形，所述第一连接件(330)与所述第二连接件(340)间隙配合。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，两个所述把手(120)均固定安装有开关(360)，两个所述开关(360)被构造成分别用于所述电机(210)与伸缩件(331)的启闭。
9.根据权利要求8所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置，其特征在于，所述钻杆(220)的上端内壁与外壁均涂有一层绝缘层。
10.一种动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置的使用方法，其利用权利要求8-9任意一项所述的动水软弱破碎围岩隧道三维探测装置进行，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将所述钻杆(220)对准目标位置，打开所述电机(210)带动所述钻杆(220)进行钻孔；
步骤S2：打开所述伸缩件(331)的所述开关(360)，使得伸所述缩件(331)通电，所述伸缩件(331)的伸缩杆推动所述第一连接件(330)与所述第二连接件(340)连接，使得所述探测件(320)通电，对测试区X、Y、Z三维区域进行探测；
步骤S3：所述探测件(320)将探测到的数据输送到所述分析设备(310)进行分析，并得出结果。
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