CN113445986B - 一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻。本发明的包括电钻本体，还包括空心钻头，空心钻头的一端与电钻本体连接，电钻本体内设置有用于驱动空心钻头转动的驱动电机M1；电钻本体内还设置有检测电路、报警电路、导气机构和第一控制电路；其中，检测电路，包括气敏器件T，瓦斯气体靠近气敏器件T时，检测电路输出检测信号；报警电路，包括蜂鸣器B，报警电路的信号输入端与检测电路的信号输出端连接，响应于检测信号以启动蜂鸣器B；导气机构，设置在电机本体内并与空心钻头位于电钻本体内的一端连通，用于将瓦斯气体导流到气敏器件T处；第一控制电路，信号输入端与检测电路的信号输出端连接，响应于检测信号以控制驱动电机M1关闭。能取得更好探测效果和安全效果。

Description

一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻

技术领域

本发明涉及一种有害气体探测设备，特别涉及一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻。

背景技术

随着国家经济的迅速发展，我国的隧道建设更是日新月异。公路隧道及铁路隧道等改善了路线技术指标、缩短了路程和行车时间，提高了运营效益。目前，隧道施工受施工条件及环境等因素限制，存在的施工管理复杂、安全隐患多、施工条件恶劣等问题一直是隧道工程建设的重难点。尤其是山区隧道的施工，由于存在瓦斯等可燃气体泄漏的几率，更会对施工人员的人身安全带来威胁。

为了尽可能减少施工中瓦斯等有害气体对施工人员健康及人生安全带来的影响，现有技术在隧道施工中，一般会在施工作业面前先用钻机等进行钻孔，对作业面前方是否存在瓦斯进行探测。目前，一般采用钻机向工作面前方钻孔、然后探测瓦斯的方式，通过钻机钻好一定深度的孔后工作人员再把瓦斯探测设备的探测头放入探测孔内，进而检测瓦斯。

上述方式由于无法在钻孔作业中实时探测瓦斯，因此，不但达不到好的实时探测效果，更为重要的是，如果探测区域的瓦斯流量较大，工作人员没有做好必要的个人安全防护时，有可能钻头取出后迅速造成大量瓦斯气体泄漏，溢出的瓦斯会造成工作人员瓦斯中毒、甚至发生严重的爆炸事故。基于上述，提供一种基于电钻本体，不仅能对探测面进行有效钻孔，还能根据需要随时检测瓦斯、有效防止大量瓦斯泄漏造成人员伤害和爆炸事故的智能探测电钻显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有隧道施工中探测瓦斯的电钻因结构所限，达不到好的实时探测效果，探测区域的瓦斯流量如果较大，钻头取出后溢出的瓦斯会造成工作人员瓦斯中毒、甚至发生严重爆炸事故的弊端，本发明提供了基于电钻本体，电钻本体采用空心钻头，应用中在相关机构及电路共同作用下，不但能对探测面进行有效钻进，且工作人员能根据需要不取出钻头前提下进行瓦斯的探测，提高了探测效率，当探测面有瓦斯存在时，报警器能第一时间提示工作人员并关断电钻本体的电源，防止了取出钻头探测瓦斯而导致的瓦斯大量外泄造成的中毒及爆炸事故，由此能取得更好探测效果和安全效果的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，包括电钻本体，还包括空心钻头，所述空心钻头的一端与电钻本体连接，所述电钻本体内设置有用于驱动空心钻头转动的驱动电机M1；所述电钻本体内还设置有检测电路、报警电路、导气机构和第一控制电路；其中，

所述检测电路，包括气敏器件T，瓦斯气体靠近所述气敏器件T时，所述检测电路输出检测信号；

所述报警电路，包括蜂鸣器B，所述报警电路的信号输入端与检测电路的信号输出端连接，响应于检测信号以启动蜂鸣器B；

所述导气机构，设置在电机本体内并与空心钻头位于电钻本体内的一端连通，用于将瓦斯气体导流到气敏器件T处；

所述第一控制电路的信号输入端与检测电路的信号输出端连接，响应于检测信号以控制驱动电机M1关闭。

在进行瓦斯探测时，空心钻头能够伸入到钻孔中，若是钻孔中存在瓦斯气体，则瓦斯气体就能够进入到空心钻头中，导气机构将瓦斯气体引流到气敏器件后，气敏器件检测到，使得检测电路输出检测信号，报警电路接收到检测信号后，启动蜂鸣器报警，第一控制电路接收到检测信号后，将驱动电机关闭，停止转动。

可选地，所述空心钻头远离电钻本体的一端可拆卸设置有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆包括堵头和电动推杆，所述电动推杆用于驱动堵头，所述电动推杆驱动堵头的外侧壁与空心钻头的内侧壁抵接时，所述空心钻头为封闭状态。

在正常使用钻头钻进时，通过电动推杆控制堵头将空心钻头封堵起来，能够避免钻进中的土石进入到空心钻头中，在需要探测瓦斯时，使用电动推杆能够驱动堵头远离空心钻头，使瓦斯气体能够通过空心钻头流动到气敏器件处。

可选地，所述电钻本体内还设置有第二控制电路，所述第二控制电路用于控制电动推杆M和驱动电机M1的启闭。

可选地，所述检测电路还包括第一电阻器R1、第一滑动变阻器RP和NPN三极管Q2；其中，

所述气敏器件T的第一引脚T1与第一电阻器R1一端连接，所述气敏器件T的第二引脚T2接地，所述气敏器件T的第三引脚T3与第二电源VCC2连接，所述气敏器件T的第四引脚与第一滑动变阻器RP的一端连接；

所述第一电阻器R1的另一端与第二电源VCC2连接，所述第一滑动变阻器RP的另一端与NPN三极管Q2的基级连接，所述NPN三极管Q2的集电极作为检测电路的信号输出端，所述NPN三极管Q2的发射极接地。

可选地，所述第一控制电路包括第二继电器K2，所述第二继电器K2的正极控制电源输入端与第二电源VCC2连接，所述第二继电器K2的负极控制电源输入端与检测电路的信号输出端连接，所述第二继电器K2的两个常闭触点端分别与驱动电机M1的电源输入端和电源输出端连接，所述第二继电器K2的正极电源输入端与第一电源VCC1的正极连接，所述第二继电器K2的负极电源输入端接地。

可选地，所述第二控制电路包括电源开关S、第一时间继电器A、第二时间继电器A2、继电器K、第一继电器K1和PNP三级管Q1；其中，

所述电源开关S的电源输入端S1与第二电源VCC2连接，所述电源开关S的其中一个电源输出端S3与第一时间继电器模块A的正极触发信号输入端A-3脚连接，所述电源开关S的另一个电源输出端S2与第二时间继电器模块A2的正极触发信号输入端A2-3脚连接；

所述继电器K的正极控制电源输入端与第一时间继电器A的电源输出端A-9脚连接，所述继电器K的正极电源输入端与第二电源VCC2连接，所述继电器K的负极电源输入端和负极控制电源输入端接地，所述继电器K的两个常开触点端分别与电动推杆M的电源输入端X2和电源输出端X1连接；

所述第一继电器K1的正极电源输入端与第二时间继电器A2的电源输出端A2-9脚连接，所述第一继电器K1的正极控制电源输入端与第二电源VCC2连接，所述第一继电器K1的负极电源输入端和负极控制电源输入端接地，所述第一继电器K1的两个常开触点端分别与电动推杆M的电源输入端X2和电源输出端X1连接；

所述PNP三级管Q1的基级作为第二控制电路的信号输入端与NPN三极管Q2的集电极连接，所述PNP三级管Q1的集电极与第二电源VCC2连接，所述PNP三级管Q1的发射极与第二时间继电器模块A2的正极信号输入端A2-3脚连接；

所述第一时间继电器模块A的正极电源输入端A-1和所述第二时间继电器模块A2的正极电源输入端A2-1均与第二电源VCC2连接，所述第一时间继电器模块A的负极电源输入端A-2和负极控制电源输入端A-4脚均接地，所述第二时间继电器模块A2的负极电源输入端A2-2和负极控制电源输入端A2-4脚均接地。

可选地，还包括稳压电路，所述稳压电路包括稳压电源A1，所述稳压电源A1的IN+脚与第一电源VCC1的正极电源输出端连接，所述稳压电源A1的IN-脚与第一电源VCC1的负极电源输出端连接，所述稳压电源A1的OUT脚作为电源输出端输出第二电源VCC2，所述稳压电源A1的GND脚接地。

可选地，所述电钻本体内设置有用于给电动推杆供电的两组供电机构，每组所述供电机构均包括内塑料绝缘轴圈、外铜质轴承和固定座，所述固定座的一端与电钻本体连接，所述固定座的另一端与外铜质轴承的外圈连接，所述内塑料绝缘轴圈的外圈紧套在外铜质轴承的内圈内；所述空心钻头和内塑料绝缘轴圈上均开设有两个通孔，用于为电动推杆供电的两条导线从所述通孔处穿过空心钻头和内塑料绝缘轴圈分别与两组供电机构的外铜质轴承的内圈连接，两个所述外铜质轴承的外圈分别与为电动推杆供电的电源的正负极连接。

可选地，所述导气机构包括外筒体、后套管和支撑架，所述支撑架一端与外筒体的侧壁连接，所述支撑架的另一端与电钻本体的内壁连接，所述空心钻头位于电钻本体内的一端与外筒体的一端转动连接且连通，所述后套管的一端与外筒体远离空心钻头的一端连通，所述后套管的另一端封闭设置，所述气敏器件T设置在后套管内。

可选地，所述后套管的侧壁上连通设置有排气管，所述排气管远离后套管的一端设置有气体流量计。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、在空心钻头钻进隧道检测点位中，工作人员可根据需要通过电源开关控制电动推杆的供电，以驱动堵头封堵空心钻头或打开空心钻头；堵头封堵空心钻头时能够防止钻进过程中产生的石屑或泥屑等进入空心钻头内导致后续检测无法进行；打开堵头后，如果探测区域有瓦斯气体，瓦斯气体会经空心钻头内进入导气机构的外筒体内，并进入气体流量计，工作人员可及时通过气体流量计的显示得出检测区域的瓦斯量；同时瓦斯气体能够触发气密器件，使得检测电路输出检测信号，报警电路接收到检测信号后，报警电路中的蜂鸣器会得电发出报警声音提示工作人员注意安全，完成探测的过程；在探测瓦斯时工作人员不需要取出钻头就能够对探测面进行探测，防止了取出钻头探测瓦斯而导致的瓦斯大量外泄造成的中毒及爆炸事故，由此能取得更好探测效果和安全效果；

2、且检测信号能够通过输入到第一控制电路和第二控制电路中，第一控制电路和第二控制电路接收到检测信号后，第一控制电路能够自动关闭电钻本体的电源，以防止瓦斯大量泄露；第二控制电路能够驱动堵头封堵空心钻头，以防止瓦斯大量进入到电钻本体内；在探测瓦斯的过程中，第一控制电路和第二控制电路能够针对是否存在瓦斯自动启闭电钻本体和空心钻头，在工作人员产生疏忽时也能够防止瓦斯的进一步外泄，具有更好的安全性能和实用性能。

附图说明：

图1为本发明电钻本体的结构示意图；

图2为本发明电路的结构示意图。

图中标记：1-电钻本体，101-从动大齿轮，102-电机主动齿轮，103-第一轴承，104-第二轴承，105-轴承座，3-气体流量计，4-电动伸缩杆，41-堵头，M-电动推杆，5-空心钻头，8-供电机构，81-绝缘轴圈，82-外铜质轴承，83-固定座，9-导气机构，91-外筒体，92-第三轴承，93-后套管，94-支撑架，95-排气管；

11-检测电路；12-报警电路；13-第一控制电路；14-第二控制电路；15-稳压电路。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，包括电钻本体1和空心钻头5，空心钻头5转动设置在电钻本体1上。电钻本体1内设置有驱动电机M1、导气机构9、检测电路11和报警电路12。本发明基于电钻本体1，除去电钻上的钻头采用空心钻头5外，其他使用方法及过程与现有电钻完全一致。

其中，驱动电机M1用于驱动空心钻头5转动，检测电路11包括气敏器件T，报警电路12包括蜂鸣器B。工作人员手持电钻本体1在施工作业面前钻孔，在钻进过程中，若是需要检测作业面内是否存在瓦斯气体，则将空心钻头5伸入到作业面内；若存在瓦斯气体，则瓦斯气体就能够通过空心钻头5进入到导气机构9内，导气机构9能够将瓦斯气体导流到气敏器件T处，则此时检测电路11输出检测信号；报警电路12的信号输入端与检测电路11的信号输出端连接，当报警电路12接收到检测信号时，报警电路12启动蜂鸣器B进行报警，从而在钻进中完成探测瓦斯气体的过程。在需要探测瓦斯气体时，工作人员不需要取出钻头就能够对探测面进行探测，防止了取出钻头探测瓦斯而导致的瓦斯大量外泄造成的中毒及爆炸事故，由此能取得更好探测效果和安全效果。

如图1所示，空心钻头5的一端位于电钻本体1内，一端延伸至电钻本体外；电钻本体1的外壳上设置有轴承套，轴承套内套有第一轴承103，电钻本体1内设置有轴承座105，轴承座105的一端固定连接在电钻本体1的外壳上，另一端卡接有第二轴承104，空心钻头5穿过第一轴承103和第二轴承104并与第一轴承103和第二轴承104的内圈过盈配合，第一轴承103和第二轴承104将空心钻头5固定在电钻本体1上的同时使得空心钻头5能够在电钻本体1上自由转动。

参照图1，驱动电机M1的工作电压是交流220V、功率是4.5KW；驱动电机M1的输出轴上焊接有电机主动齿轮102；空心钻头5位于电机本体1内的一端焊接有从动大齿轮101，从动大齿轮101在空心钻头5上位于第一轴承103和第二轴承104之间；且电机主动齿轮102与从动大齿轮101啮合，当驱动电机M1启动后，驱动电机M1的输出轴转动带动着电机主动齿轮102转动，使从动大齿轮101转动，就能够带动着空心钻头5转动，进行钻进工作。

如图1所示，电动伸缩杆4设置在空心钻头5远离电钻本体1的一端，电动伸缩杆4采用型号ANT-35的电动伸缩杆成品，电动伸缩杆4包括堵头41和电动推杆M，堵头41焊接在电动推杆M的活塞杆上，堵头41的前端外形弧面和空心钻头5前端弧面一致并位于空心钻头5端部靠后一定位置，在钻进中堵头41只起到封堵作用，不与钻进面直接接触，堵头41的后端和钻头5的前端位置接触后为封闭式状态结构。

当电动推杆M通电时，电动推杆M的活塞杆伸出能够驱动堵头41，使得堵头41沿空心钻头5的长度方向运动。且堵头41的直径略小于空心钻头5的内径，堵头41位于空心钻头5内，堵头41的外侧壁与空心钻头5的内侧壁抵接时，能够封堵空心钻头5，使得空心钻头5为封闭状态，钻进工作面产生的土石和瓦斯气体均不能通过空心钻头5进入到电钻本体1内；当电动推杆M的活塞杆推动着堵头41远离空心钻头5时，堵头41不能够再封堵空心钻头5，瓦斯气体能够通过空心钻头5进入到电钻本体内，以对工作面内是否存在瓦斯气体进行检测。

参照图1，电动推杆M的圆筒部的外径只有4mm，电动推杆M的圆筒部通过螺杆螺母横向安装在空心钻头5内，且电动推杆M的圆筒部的筒体四周外与空心钻头5之间间隔有2mm的距离，在堵头41被电动推杆M的活塞杆推离空心钻头5后，电动推杆M与空心钻头41之间2mm缝隙能够让瓦斯气体通过，继而将瓦斯气体引入导气机构9中。

参照图1，导气机构9包括外筒体91、两个金属轴承92、后套管93、支撑架94，支撑架94焊接在外筒体91的外壁上，外筒体91的两端各安装有一个轴承套，两只金属轴承92内外圈之间均安装有密封圈，外筒体91内和外界处于封闭状态。两只金属轴承92的外圈分别紧套在两个轴承套内，空心钻头5的位于电钻本体1内一端的端部紧套在外筒体91前端轴承的内圈内，后套管93是一端开放式结构，另一端封闭式结构，后套管93呈开放式结构的一端紧套在外筒体91后端的轴承92内圈内且与外筒体91连通，支撑架94的一端焊接在电钻本体1的外壳内壁上且位于电钻本体1外壳内轴承座105远离从动大齿轮101的一侧。外筒体91被支撑架94固定在电钻本体1内，空心钻头5转动时，空心钻头5位于电钻本体1内的一端在外筒体91内转动，则瓦斯气体能够流入到外筒体91内，空心钻头5的转动不会影响到瓦斯气体的流通。

参照图1，后套管93的下端垂直焊接有与后套管93互通的排气管95，排气管上设置有气体流量计3，气体流量计3采用型号为MF5706-10的气体流量计成品。气体流量计3通过螺栓螺母安装在电钻本体1外壳内后下部，且其显示界面位于电钻本体1外壳后下部前端外，排气管95和气体流量计3的进气管经管道接头连接，气体流量计3的排空管位于电钻本体1的外壳下端外，瓦斯进入到后套管93后，能够通过排气管95进入到气体流量计3中，工作人员在探测瓦斯气体时，能够通过观察显示界面来获取到瓦斯气体的浓度，具有便于获取瓦斯气体浓度的效果。

参照图2，为了给电动推杆M供电，在电钻本体5内还设置有供电机构8，供电机构8具有相同的两套，每套均包括内塑料绝缘轴圈81、外铜质轴承82和固定座83，绝缘轴圈81的外圈紧套在外铜质轴承82的内圈内，固定座83垂直分布下端焊接在外铜质轴承82的外圈上，固定座83的上端横向间隔一定距离经螺杆螺母绝缘垂直安装在电钻本体1的外壳内上端前部且位于从动大齿轮101的后端，在安装时，通过垫在螺杆螺母与外壳之间设置绝缘垫圈实现绝缘。空心钻头5的后端且位于从动大齿轮101后部位置处开设有两个通孔，用于为电动推杆M供电的两根导线经由通孔处绝缘引出，且通孔处使用了密封胶密封，再经由两套供电机构8的绝缘轴圈81上开孔引出，并分别和两套供电机构8的外铜质轴承82内圈内侧焊接在一起，两套供电机构8的绝缘轴圈81前后间隔一定距离分别紧套在空心钻头5的后外端并位于从动大齿轮101的后端。

通过上述设置，在电钻本体1内的驱动电机M1经主动齿轮102和从动大齿轮101带动空心钻头5转动的同时，空心钻头5后端沿两套供电机构8的外铜质轴承82的内圈转动时，两套供电机构8的外铜质轴承82外圈不转动，这样保证了钻头5转动过程中，电源输出的电能能够经外铜质轴承82的外圈、铜滚珠及内圈输入到电动推杆M的电源输入端中，为电动推杆M供电。

且继电器K及第一继电器K1的两个常开触点端和两套供电机构8的外铜质轴承82的外圈X2和X1分别经导线连接，两套供电机构8的外铜质轴承82的内圈和电动推杆M的正负及负正两极电源输入端分别经导线连接；则继电器K为电动推杆M供电时，电动推杆M能够推动堵头41远离空心钻头5，第一继电器K1为电动推杆M供电时，电动推杆M能够驱动堵头41靠近空心钻头5，不同的继电器为电动推杆M供电时，电动推杆M的运动方向相反。

参照图2，本发明中还设置有稳压电路15，稳压电路15包括稳压电源A1，稳压电源A1能够将第一电源VCC1转换为第二电源VCC2，稳压电源A1的IN+脚与第一电源VCC1的正极电源输出端连接，稳压电源A1的IN-脚与第一电源VCC1的负极电源输出端连接，稳压电源A1的OUT脚作为电源输出端输出第二电源VCC2，稳压电源A1的GND脚接地。稳压电源A1采用型号为220V/12V的交流转直流开关电源模块成品，第一电源VCC1为220V的交流电源，第二电源VCC2是电压为12V的直流电源，且通过稳压电源A1转换后的单元具有稳定的电压，不易损坏电路。

参照图2，检测电路11包括气敏器件T、第一电阻器R1、第一滑动变阻器RP和NPN三极管Q2，气敏器件T选用型号QM-N5的成品设备，在后套管93的上端开设有个开孔，气敏器件T用胶绝缘粘接在开孔内，气敏器件T探测面位于后套管93内上端。气敏器件T的第一引脚T1与第一电阻器R1一端连接、第二引脚T2接地、第三引脚T3与第二电源VCC2连接、第四引脚T4与第一滑动变阻器RP的一端连接；第一电阻器R1的另一端与第二电源VCC2连接，第一滑动变阻器RP的另一端与NPN三极管Q2的基级连接；NPN三极管Q2的集电极作为检测电路11的信号输出端用于输出检测信号，NPN三极管Q2的发射极接地。

气敏器件T的第三引脚T3和第四引脚T4分别为第一测量极和第二测量极，当瓦斯气体通过导气机构9进入到后套管93内后，气敏器件T的第一测量极-第三引脚T3与第二测量极-第四引脚T4之间的阻值降低，则气敏器件T输出到第一滑动变阻器RP的电信号发生变化，第一滑动变阻器RP对电信号进行降压限流后，电信号通过第一滑动变阻器RP的另一端输出到NPN三极管Q2的基级。在进行瓦斯气体检测之前，将第一滑动变阻器RP的阻值调整到合适的值，调整第一滑动变阻器RP的降压限流效果，能够让未检测到瓦斯气体之前第一滑动变阻器RP另一端输出到NPN三级管Q2的电压小于0.7V，在本发明中属于低电平的范畴，不能够导通NPN三极管Q2，NPN三极管Q2的集电极不输出检测信号；在检测到瓦斯气体之后第一滑动变阻器RP另一端输出到NPN三级管Q2的电压大于0.7V，在本发明中属于高电平的范畴，导通NPN三极管Q2，NPN三极管Q1的集电极输出检测信号，以完成检测的过程。

参照图2，报警电路12包括蜂鸣器B，蜂鸣器B选用工作电压直流为12V的有源连续声蜂鸣报警器成品，蜂鸣器B的一端与第二电源VCC2连接，另一端与NPN三极管Q2的集电极连接。在工作人员探测瓦斯气体时，空心钻头5中通入瓦斯气体，则NPN三极管Q2就能够导通时，此时检测电路11输出检测信号，报警电路12接收到检测信号，蜂鸣器B通电，发出报警声音，能够提示工作人员探测到瓦斯气体，完成探测瓦斯气体的过程。

参照图2，还设置有第一控制电路13和第二控制电路14，其中，第一控制电路13用于控制驱动电机M1的关闭，第二控制电路14用于控制驱动电机M1和电动推杆M的启闭。

第一控制电路13包括第二继电器K2，第二继电器K2的正极控制电源输入端与第二电源VCC2连接，第二继电器K2的负极控制电源输入端与检测电路11的信号输出端连接，第二继电器K2的常闭触点端和常闭触点端分别与驱动电机M1的电源输入端和电源输出端连接，第二继电器K2的正极电源输入端与第一电源VCC1的正极连接，第二继电器K2的负极电源输入端接地。当检测电路11检测到有瓦斯气体时，NPN三极管Q2的集电极输出的检测信号进入到第二继电器K2的负极控制电源输入端，于是，第二继电器K2得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路。由于第二继电器K2两个常闭触点端和驱动电机M1的电源输入端分别连接，所以，探测点位有瓦斯泄漏时，电钻本体会马上失电不再工作。

参照图2，第二控制电路14包括电源开关S、第一时间继电器A、第二时间继电器A2、继电器K、第一继电器K1和PNP三级管Q1。

电源开关S是具有一个电源输入端S1、两路电源输出端S2和S3的拨动电源开关；电源开关S的电源输入端S1与第二电源VCC2连接，电源开关S的其中一个电源输出端S3与第一时间继电器模块A的正极触发信号输入端A-3脚连接，电源开关S的另一个电源输出端S2与第二时间继电器模块A2的正极触发信号输入端A2-3脚连接。

继电器K的正极控制电源输入端与第一时间继电器A的电源输出端A-9脚连接，继电器K的正极电源输入端与第二电源VCC2连接，继电器K的负极电源输入端和负极控制电源输入端接地，继电器K的两个常开触点端分别与电动推杆M的电源输入端X和电源输出端X1连接。

第一继电器K1的正极电源输入端与第二时间继电器A2的电源输出端A2-9脚连接，第一继电器K1的正极控制电源输入端与第二电源VCC2连接，第一继电器K1的负极电源输入端和负极控制电源输入端接地，第一继电器K1的两个常开触点端分别与电动推杆M的电源输入端X和电源输出端X1连接。

PNP三级管Q1的基级作为第二控制电路14的信号输入端与NPN三极管Q2的集电极连接，集电极与第二电源VCC2连接，发射极与第二时间继电器模块A2的正极信号输入端A2-3脚连接。

在本实施例中，继电器K、第一继电器K1和第二继电器K2的型号相同，具有8个端口，分别为正极电源输入端、负极电源输入端、正极控制电源输入端、负极控制电源输入端、两个常开触点端和两个常闭触点端；因为继电器K、第一继电器K1和第二继电器K2均只用到6个端口，所以在图2中只图示了6个端口。

第一时间继电器模块A的正极电源输入端A-1和第二时间继电器模块A2的正极电源输入端A-1均与第二电源VCC2连接，第一时间继电器模块A的负极电源输入端A-2和负极控制电源输入端A-4脚均接地，第二时间继电器模块A2的负极电源输入端A2-2和负极控制电源输入端A2-4脚均接地。通过上述连接，第二电源VCC2能够为第一时间继电器模块A和第二时间继电器模块A2供电。

参照图1和图2，电源开关S的拨动手柄位于电钻本体1的后端手把的前上部，在钻进中，当工作人员需要探测钻好的孔内是否有瓦斯泄漏时，用手把电源开关S的手柄向上拨动一下再拨回；则第二电源VCC2就会输入到第一时间继电器模块A的正极触发信号输入端A-3引脚，第一时间继电器模块A被输入正极触发信号后在其内部电路作用下其A-9脚会输出3秒钟电源进入继电器K的正极电源输入端，继电器K得电吸合其两个控制电源输入端和两个常开触点端分别闭合。由于，电动推杆M的负正两极电源输入端和继电器K的两个常开触点端分别连接，所以此刻电动推杆M会得电工作其活塞杆推动堵头41朝前运动3秒钟和空心钻头5前端拉开间距，这样钻进探测面有瓦斯泄漏时，瓦斯气体就会马上进入空心钻头5内。

实际情况下，如果空心钻头5钻进的探测点位有瓦斯气体泄漏时，瓦斯气体进入空心钻头5内后，瓦斯会进入外筒体91内，然后再从后套管93进入气体流量计3的进气管内，并从气体流量计3的排空管向外排出，在短时间内并不会造成人员中毒或爆炸，这样，工作人员可及时通过气体流量计3的显示得出检测区域的瓦斯流量。空心钻头5被驱动电机M1带动转动时，空心钻头5后端沿外筒体91前端中部的金属轴承92内圈转动，此时外筒体91不转动，那么后套管93也不会转动，这样保证了钻头5正常被电机带动转动，并保证了进入钻头5内的瓦斯能进入外筒体91内及气体流量计3内。

参照图1和图2，当工作人员电动推杆M带动驱动堵头41朝前运动，在检测区域没有瓦斯气体进入空心钻头5内时，报警电路12的蜂鸣器B没有得电发声。工作人员需要继续控制钻头5钻进时，用手把电源开关S的手柄向下拨动，然后再拨回。于是，第一电源VCC1会输出电源到第二时间继电器模块A2的正极触发信号输入端A2-3脚，第二时间继电器模块A2被输入正极触发信号后在其内部电路作用下其A2-9脚会输出3秒钟的电源进入第一继电器K1的正极电源输入端，第一继电器K1得电吸合其两个控制电源输入端和两个常开触点端分别闭合。

由于电动推杆M的正负两极电源输入端和第一继电器K1的两个常开触点端分别连接，所以此刻电动推杆M会得电工作，其活塞杆推动堵头31朝后运动3秒钟和空心钻头5前端间距靠近，恢复到初始位置处，为下次钻进做好准备，此时堵头41的后端和空心钻头5的前端位置接触部位为封闭式状态，能够防止了正常钻进中各种石屑及泥屑等进入钻头内。

且在工作人员控制电动伸缩杆带动堵头朝前运动、检测区域有瓦斯气体进入钻头5内时，位于后套管93内上端的气敏器件T会探测到瓦斯气体，当没有瓦斯气体泄漏时，气敏器件T的第一测量极T3及第二测量极T4之间的阻值很大，这样气敏器件T的第二测量极T4输出的电源经可调电阻RP降压限流后低于0.7V，进入NPN三极管Q2的基极后，NPN三极管Q2处于截止状态，则此时PNP三级管Q1也处于截止状态，那么时间继电器模块A2不会被输入触发信号，电动伸缩杆M也不会得电工作。

当工作人员控制电动伸缩杆M带动堵头41朝前运动、检测区域有瓦斯气体进入空心钻头5内后，位于后套管内上端的气敏器件T能够探测到，此时气敏器件T的第一测量极T3及第二测量极T4之间的阻值较小，则气敏器件T的第二测量极T4输出的电源经可调电阻RP降压限流后高于0.7V，进入NPN三极管Q2的基极后，NPN三极管Q2导通，NPN三极管Q2的集电极输出低电平进入PNP三级管Q1的基极，并同时进入蜂鸣器B负极电源输入端，此时蜂鸣器B得电发出响亮的提示声音。

且同时PNP三级管Q1导通，PNP三极管Q1的集电极输出高电平进入第二时间继电器模块A2的正极触发信号输入端A2-3脚，第二时间继电器模块A2被输入正极触发信号后在其内部电路作用下其A2-9脚输出3秒钟电源进入第一继电器K1的正极电源输入端；第一继电器K1得电吸合其两个控制电源输入端和两个常开触点端分别闭合，则电动推杆M得电工作其活塞杆推动堵头31朝后运动3秒钟和空心钻头5前端间距靠近恢复到初始位置将空心钻头5前端封堵，防止了在探测到瓦斯气体时，瓦斯气体一直经空心钻头5向外输出。

第一时间继电器A和第二时间继电器A2的信号输出时间均可设置，设备制造人员能够预设为3秒，则第一时间继电器A和第二时间继电器A2接收到触发信号之后，就能够输出3秒的信号。

本发明不但能对探测面进行有效钻进，且工作人员能根据需要不取出钻头前提下进行瓦斯的探测，当探测面有瓦斯存在时，报警器能第一时间提示工作人员并关断电钻本体的总电源，尽可能防止了取出钻头探测瓦斯而导致的瓦斯大量外泄造成的中毒及爆炸事故，由此能取得更好探测效果和安全效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，包括电钻本体(1)，其特征在于，还包括空心钻头(5)，所述空心钻头(5)的一端与电钻本体(1)连接，所述电钻本体(1)内设置有用于驱动空心钻头(5)转动的驱动电机(M1)；所述电钻本体(1)内还设置有检测电路(11)、报警电路(12)、导气机构(9)和第一控制电路(13)；其中，

所述检测电路(11)，包括气敏器件(T)，瓦斯气体靠近所述气敏器件(T)时，所述检测电路(11)输出检测信号；

所述报警电路(12)，包括蜂鸣器(B)，所述报警电路(12)的信号输入端与检测电路(11)的信号输出端连接，响应于检测信号以启动蜂鸣器(B)；

所述导气机构(9)，设置在电机本体内并与空心钻头(5)位于电钻本体(1)内的一端连通，用于将瓦斯气体导流到气敏器件(T)处；

所述第一控制电路(13)的信号输入端与检测电路(11)的信号输出端连接，响应于检测信号以控制驱动电机(M1)关闭。

2.根据权利要求1所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述空心钻头(5)远离电钻本体(1)的一端可拆卸设置有电动伸缩杆(4)，所述电动伸缩杆(4)包括堵头(41)和电动推杆(M)，所述电动推杆(M)用于驱动堵头(41)，所述电动推杆(M)驱动堵头(41)的外侧壁与空心钻头(5)的内侧壁抵接时，所述空心钻头(5)为封闭状态。

3.根据权利要求2所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述电钻本体(1)内还设置有第二控制电路(14)，所述第二控制电路(14)用于控制电动推杆(M)和驱动电机(M1)的启闭。

4.根据权利要求3所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述检测电路(11)还包括第一电阻器(R1)、第一滑动变阻器(RP)和NPN三极管(Q2)；其中，所述气敏器件(T)的第一引脚(T1)与第一电阻器(R1)一端连接，所述气敏器件(T)的第二引脚(T2)接地，所述气敏器件(T)的第三引脚(T3)与第二电源(VCC2)连接，所述气敏器件(T)的第四引脚与第一滑动变阻器(RP)的一端连接；

所述第一电阻器(R1)的另一端与第二电源(VCC2)连接，所述第一滑动变阻器(RP)的另一端与NPN三极管(Q2)的基级连接，所述NPN三极管(Q2)的集电极作为检测电路(11)的信号输出端，所述NPN三极管(Q2)的发射极接地。

5.根据权利要求4所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述第一控制电路(13)包括第二继电器(K2)，所述第二继电器(K2)的正极控制电源输入端与第二电源(VCC2)连接，所述第二继电器(K2)的负极控制电源输入端与检测电路(11)的信号输出端连接，所述第二继电器(K2)的两个常闭触点端分别与驱动电机(M1)的电源输入端和电源输出端连接，所述第二继电器(K2)的正极电源输入端与第一电源(VCC1)的正极连接，所述第二继电器(K2)的负极电源输入端接地。

6.根据权利要求5所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，

所述第二控制电路(14)包括电源开关(S)、第一时间继电器(A)、第二时间继电器(A2)、继电器(K)、第一继电器(K1)和PNP三级管(Q1)；其中，

所述电源开关(S)的电源输入端(S1)与第二电源(VCC2)连接，所述电源开关(S)的其中一个电源输出端(S3)与第一时间继电器模块(A)的正极触发信号输入端(A-3)脚连接，所述电源开关(S)的另一个电源输出端(S2)与第二时间继电器模块(A2)的正极触发信号输入端(A2-3)脚连接；

所述继电器(K)的正极控制电源输入端与第一时间继电器(A)的电源输出端(A-9)脚连接，所述继电器(K)的正极电源输入端与第二电源(VCC2)连接，所述继电器(K)的负极电源输入端和负极控制电源输入端接地，所述继电器(K)的两个常开触点端分别与电动推杆(M)的电源输入端(X2)和电源输出端(X1)连接；

所述第一继电器(K1)的正极电源输入端与第二时间继电器(A2)的电源输出端(A2-9)脚连接，所述第一继电器(K1)的正极控制电源输入端与第二电源(VCC2)连接，所述第一继电器(K1)的负极电源输入端和负极控制电源输入端接地，所述第一继电器(K1)的两个常开触点端分别与电动推杆(M)的电源输入端(X2)和电源输出端(X1)连接；

所述PNP三级管(Q1)的基级作为第二控制电路(14)的信号输入端与NPN三极管(Q2)的集电极连接，所述PNP三级管(Q1)的集电极与第二电源(VCC2)连接，所述PNP三级管(Q1)的发射极与第二时间继电器模块(A2)的正极信号输入端(A2-3)脚连接；

所述第一时间继电器模块(A)的正极电源输入端(A-1)和所述第二时间继电器模块(A2)的正极电源输入端(A2-1)均与第二电源(VCC2)连接，所述第一时间继电器模块(A)的负极电源输入端(A-2)和负极控制电源输入端(A-4)脚均接地，所述第二时间继电器模块(A2)的负极电源输入端(A2-2)和负极控制电源输入端(A2-4)脚均接地。

7.根据权利要求6所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，还包括稳压电路(15)，所述稳压电路(15)包括稳压电源(A1)，所述稳压电源(A1)的IN+脚与第一电源(VCC1)的正极电源输出端连接，所述稳压电源(A1)的IN-脚与第一电源(VCC1)的负极电源输出端连接，所述稳压电源(A1)的OUT脚作为电源输出端输出第二电源(VCC2)，所述稳压电源(A1)的GND脚接地。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述电钻本体(1)内设置有用于给电动推杆供电的两组供电机构(8)，每组所述供电机构(8)均包括内塑料绝缘轴圈(81)、外铜质轴承(82)和固定座(83)，所述固定座(83)的一端与电钻本体(1)连接，所述固定座(83)的另一端与外铜质轴承(82)的外圈连接，所述内塑料绝缘轴圈(81)的外圈紧套在外铜质轴承(82)的内圈内；所述空心钻头(5)和内塑料绝缘轴圈(81)上均开设有两个通孔，用于为电动推杆供电的两条导线从所述通孔处穿过空心钻头(5)和内塑料绝缘轴圈(81)分别与两组供电机构(8)的外铜质轴承(82)的内圈连接，两个所述外铜质轴承(82)的外圈分别为电动推杆的电源输入端(X2)和电源输出端(X1)。

9.根据权利要求8所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述导气机构(9)包括外筒体(91)、后套管(93)和支撑架(94)，所述支撑架(94)一端与外筒体(91)的侧壁连接，所述支撑架(94)的另一端与电钻本体(1)的内壁连接，所述空心钻头(5)位于电钻本体(1)内的一端与外筒体(91)的一端转动连接且连通，所述后套管(93)的一端与外筒体(91)远离空心钻头(5)的一端连通，所述后套管(93)的另一端封闭设置，所述气敏器件T设置在后套管(93)内。

10.根据权利要求9所述的一种隧道施工使用的瓦斯智能探测电钻，其特征在于，所述后套管(93)的侧壁上连通设置有排气管(95)，所述排气管远离后套管(93)的一端设置有气体流量计(3)。

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