CN114893139A - 适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，涉及矿产开采技术领域。该装置包括遥控视频监测动力机构、弹簧导轮机构、钻孔成像仪护套、动力机构信号及探头信号传输线和总控单元。本发明的装置可以使钻孔成像仪适用多种矿山常用钻孔孔径，适用水平钻孔、竖直钻孔、俯倾钻孔、仰角钻孔等全方位多角度钻孔，确保探头居中，无需仅依靠重力或支撑杆作为放置探头的动力，且保证探头推进及布置过程的速度可控，可以实时传输回探头前方光线照射或红外线照射的视频信息以方便判断探头前进位置。
Description
技术领域
本发明涉及矿产开采技术领域，尤其涉及一种适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置。
背景技术
人类社会的高速发展大大消耗地表的矿产资源，目前已经面临地表易采矿产资源消耗殆尽的局面，矿产资源转入深部开采已经成为人类获取矿产资源的重要手段。而深部矿产开采面临更多的挑战，更为复杂且不易探测的地质条件为高效安全开采矿产资源带来巨大挑战。而矿山围岩中的节理裂隙则是造成深部地质条件复杂化的重要因素之一。节理裂隙是由于地质构造作用或者人类工程扰动造成了岩石内部的不联系面，是地下工程灾害的一个重要诱因。在高地应力、高渗透压或者一定程度的外部工程扰动条件下，巷道或者采空区的顶板失稳、边帮片落以及岩爆灾害往往都离不开节理裂隙的作用。此外节理裂隙的存在也常常为矿井突水、瓦斯突出等灾害的发生提供了通道。因此，探明岩石中的节理裂隙构造对于地下矿产资源的开采具有重要意义。
钻孔成像仪是一种探测矿山围岩中节理裂隙构造的有效仪器。其工作原理是采用钻孔探头对已经钻孔的矿山围岩进行内孔探测摄像，并根据探测图像进行节理裂隙的反演重构。该仪器不仅能够直观地检测围岩中的节理裂隙，更能够为后续分析矿山围岩稳定性提供重要依据。因此，合理、高效、安全地利用钻孔成像仪进行矿山围岩内部节理裂隙的探测十分重要。
钻孔成像仪的主要使用过程为：首先对矿山围岩重点观测区域进行钻孔，选取观测点，将与探头连接的数据线绕设在绕线盘上，使用探杆直接将探头送入钻孔底部或手摇绕线盘带动数据线和探头移动。
在使用过程中，上拉或下放探头由于钻孔直径不完全一致会导致探头的晃动，不能使探头完全放置于空内中央。同时，由于该使用方法仅适用于竖直向下的钻孔，或钻孔完全沿直线方向前进的情况，因而，在面临非严格沿直线进行的钻孔或并非竖直向下可利用重力下放探头的情况，目前并没有高效可靠的解决办法。
在已经公开的中国专利CN 213297938 U“一种矿用钻孔成像仪的探头置中滑轮装置”中公开了一种矿用钻孔成像仪的探头置中滑轮装置，如图1所示，包括滑轮结构、能够套在探头外部的套管及两个能够顶紧探头的锁紧结构；两个锁紧结构左右对称设置在套管上，滑轮结构设置在套管外壁上；锁紧结构包括至少两个顶紧螺栓，至少两个顶紧螺栓均与套管螺纹连接，每一顶紧螺栓的轴心线均与套管轴心线垂直。该实用新型所述的一种矿用钻孔成像仪的探头置中滑轮装置，解决了由于矿用钻孔成像仪的探头使用时不能够居中，进而导致摄像头成像效果较差的技术问题，并且解决了探头的镜头沾满岩屑或水，会导致观察无法继续的技术问题。该专利虽然详细的设计了使钻孔成像仪的探头居中运行的方法，但并没有考虑到使用过程中出现非严格沿直线进行的钻孔或并非竖直向下可利用重力下放探头的情况。
在已经公开的中国专利CN 214247307 U“一种矿用钻孔成像观测防护结构”中公开了一种矿用钻孔成像观测防护结构，如图2所示，包括钻孔成像仪的探头，还包括限位组件、收纳盒、安装板、防护组件和推送组件，所述收纳盒安装于安装板的顶部，限位组件安装于收纳盒的顶部且限位组件与收纳盒相连通，探头安装于安装板的底部，防护组件安装于探头的侧壁上，推送组件位于限位组件的上方，推送组件的底端贯穿收纳盒和安装板与探头固定连接。该实用新型的优点在于：对矿体上钻好孔的孔洞进行成像时，将固定板放置于地面上调整好位置，转动旋钮使螺杆与推送杆分离，移动推送杆带动探头向下移动至钻孔内，使滚轮和限位套与孔壁贴合，保证钻孔成像仪的探头在钻孔内保持居中状态，得到高清晰度和高质量的成像。该专利虽然详细设计了使用钻孔成像仪的探头在并不一定使竖直向下钻孔的情况下使用推动探杆的方法，但是该方法并没有实现推动过程可视化可控放置探头的目的。
在已经公开的中国专利CN 205714166 U“一种钻孔成像仪探头居中装置”中公开了一种钻孔成像仪探头居中装置，如图3所示，包括防碰板，防碰板采用弹性塑胶材料，安装在探头本体中上部，其结构相对探头本体轴线成中性对称，其边缘一周设置有环形的星形状部。本实用新型通过居中安装在探头本体上的防碰板，实现了探头在孔内对称居中，图形采集效果更好，防止探头触碰孔壁造成探头损坏，大大提高探头的使用寿命，星形状部的结构能够大大减小防碰板的下落阻力，下落更快，提高检测效率，弹性塑胶材料具有弹性，能够避免触碰损坏防碰板，也能够让过大的石头置于防碰板时，自动掉落，提高设备安全性，有效解决现有技术中存在的图像采集效果差和易损坏设备的问题，该实用新型还具有结构简单、成本低、装卸使用方便快捷的特点。该专利虽然详细设计了一种钻孔成像仪探头居中装置，但是同样没有考虑到使用过程中出现非严格沿直线进行的钻孔或并非竖直向下可利用重力下放探头的情况，而且放置探头的过程也并不是可视化的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，具备适用多种矿山常用钻孔孔径的优点，同时适用水平钻孔、竖直钻孔、俯倾钻孔、仰角钻孔等全方位多角度钻孔，并且实现无需仅依靠重力或支撑杆作为放置探头的动力，且保证探头推进及布置过程的速度可控，同时可以实时传输回探头前方视频信息以方便判断探头前进位置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，包括遥控视频监测动力机构(2)、弹簧导轮机构(3)、钻孔成像仪护套(4)、动力机构信号及探头信号传输线(5)和总控单元(6)；
遥控视频监测动力机构(2)为钻孔成像仪在全方位多角度钻孔情况下运行提供前行的动力；遥控视频监测动力机构(2)探测钻孔成像仪在前行过程中前方的视频图像，并根据是否需要光源提供灯光照明及红外线照明；遥控视频监测动力机构(2)为部分不平整的钻孔提供微转向动力。
遥控视频监测动力机构(2)包括前方照明灯(7)、摄像头(8)、承托板(9)、步进电机(10)、硬质胶轮(11)、电机驱动单元(12)、控制总成(13)和牵引及信号传输线(14)；主体设计在承托板(9)上，承托板(9)用于固定遥控视频监测动力机构(2)中的其他各个部件；四个第一硬质胶轮(11)两两对称安装于承托板(9)的两侧面上，用于实现遥控视频监测动力机构(2)的运动；四个步进电机(10)安装在承托板(9)的下端面，且分别安装在四个第一硬质胶轮(11)的内旁侧，为第一硬质胶轮(11)提供动力；承托板(9)上端面上依次搭载前方照明灯(7)、摄像头(8)、电机驱动单元(12)和控制总成(13)；控制总成(13)后方链接视频及信号传输线(14)，并使用轻质钢链与后方钻孔成像仪前方连接；四个第一硬质胶轮(11)分别与四个步进电机(10)连接，用于动力驱动，通过两侧第一硬质胶轮转速差及旋转方向来实现前进方向的微调；步进电机(10)与电机驱动单元(12)连接，电机驱动单元(12)提供电机的电力来源的控制，并预留转速、转向的控制接口与后方控制总成(13)连接；前方照明灯(7)上布置一个可视光源以及一个红外线发射器，同控制总成(13)连接；摄像头(8)直接与控制总成(13)连接；
每四个弹簧导轮机构(3)为一组，钻孔成像仪护套(4)外侧的两端部各设有一组，且两组对称；每组的四个弹簧导轮机构(3)圆周对称焊接于钻孔成像仪护套(4)的外表面上，使钻孔成像仪处于钻孔居中位置；
弹簧导轮机构(3)包括气压弹杆(15)、导轮座(16)、第二硬质胶轮(17)、胶轮轴(18)和胶轮轴承(19)；气压弹杆(15)一端与钻孔成像仪护套(4)焊接，另一端与导轮座(16)焊接；导轮座(16)下方预留空位安装胶轮轴承(19)；第二硬质胶轮(17)通过胶轮轴(18)固定于胶轮轴承(19)中；
钻孔成像仪护套(4)紧固在钻孔成像仪外面，使钻孔成像仪不至于因前方遥控视频监测动力机构(2)动力过大、重力作用、突发情况时发生滑落；
钻孔成像仪护套(4)为直径大于钻孔成像仪直径5mm的筒状硬质可焊接材料构成，钻孔成像仪放入后使用厚度2.5mm的橡胶圈或皮带作为增加摩擦力紧固材料固定其中；
动力机构信号及探头信号传输线(5)连接钻孔成像仪、遥控视频监测动力机构(2)与总控单元(6)，为遥控视频监测动力机构(2)、钻孔成像仪提供电源，为遥控视频监测动力机构(2)、钻孔成像仪提供输入控制信号及传输输出反馈信号，传输遥控视频监测动力机构(2)、钻孔成像仪的视频信号。
总控单元(6)提供遥控视频监测动力机构(2)可视化展示及控制界面，提供钻孔成像仪的控制及数据存储硬件，提供钻孔成像仪正常运行所需要的其他硬件设备。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其中的遥控视频监测动力机构可以定速定向控制或拖拽后方钻孔成像仪放置速度，可以微调前进方向，并且在总控单元为操作者提供可视化控制界面，还可以实时传输回钻孔前方视频信息，并提供可以在总控单元可视化控制开关的光线光源及红外线照射装置；弹簧导轮机构可以确保钻孔成像仪探头大致位于钻孔中央，使钻孔成像仪前进中经受的因孔壁凹凸不平导致的颠簸基本被过滤；钻孔成像仪护套可以固定钻孔成像仪，防止钻孔成像仪滑落；动力机构信号及探头信号传输线可以实时传回前方遥控视频监测动力机构的视频信号、传输控制前方遥控视频监测动力机构的控制信号、为遥控视频监测动力机构提供电源、为钻孔成像仪提供电源并传输探测信号；总控单元可以控制遥控视频监测动力机构前行速度、可以显示遥控视频监测动力机构传输回来的前方视频信号、可以储存钻孔摄像头探测的全部数据。本发明的装置可以使钻孔成像仪适用多种矿山常用钻孔孔径，适用水平钻孔、竖直钻孔、俯倾钻孔、仰角钻孔等全方位多角度钻孔，确保探头居中，无需仅依靠重力或支撑杆作为放置探头的动力，且保证探头推进及布置过程的速度可控，可以实时传输回探头前方光线照射或红外线照射的视频信息以方便判断探头前进位置。
附图说明
图1为一种矿用钻孔成像仪的探头置中滑轮装置的结构示意图；
图2为一种矿用钻孔成像观测防护结构的结构示意图；
图3为一种钻孔成像仪探头居中装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置的结构示意图；
图5为图4中的钻孔成像仪护套部分的右视图的放大图；
图6为本发明实施例提供的遥控视频监测动力机构的主视图；
图7为本发明实施例提供的遥控视频监测动力机构的仰视图；
图8为本发明实施例提供的遥控视频监测动力机构实现的控制功能界面图；
图9为本发明实施例提供的弹簧导轮机构的主视图；
图10为本发明实施例提供的弹簧导轮机构的左视图。
图中：1、钻孔；2、遥控视频监测动力机构；3、弹簧导轮机构；4、钻孔成像仪护套；5、动力机构信号及探头信号传输线；6、总控单元；7、前方照明灯；8、摄像头；9、承托板；10、步进电机；11、第一硬质胶轮；12、电机驱动单元；13、控制总成；14、牵引及信号传输线；15、气压弹杆；16、导轮座；17、第二硬质胶轮；18、胶轮轴；19、胶轮轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图4和图5所示，本实施例提供的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，包括遥控视频监测动力机构2、弹簧导轮机构3、钻孔成像仪护套4、动力机构信号及探头信号传输线5和总控单元6。
遥控视频监测动力机构2为钻孔成像仪在全方位多角度钻孔情况下运行提供前行的动力；遥控视频监测动力机构2探测钻孔成像仪在前行过程中前方的视频图像，并根据是否需要光源提供灯光照明及红外线照明；遥控视频监测动力机构2为部分不平整的钻孔提供微转向动力。
遥控视频监测动力机构2包括前方照明灯7、摄像头8、承托板9、步进电机10、第一硬质胶轮11、电机驱动单元12、控制总成13和牵引及信号传输线14，如图6所示。主体设计在承托板9上，承托板9用于固定遥控视频监测动力机构2中的其他各个部件。四个第一硬质胶轮11两两对称安装于承托板9的两侧面上，用于实现遥控视频监测动力机构2的运动；四个步进电机10安装在承托板9的下端面，且分别安装在四个第一硬质胶轮11的内旁侧，如图7所示。承托板9上端面上依次搭载前方照明灯7、摄像头8、电机驱动单元12和控制总成13。控制总成13后方链接视频及信号传输线14，并使用轻质钢链与后方钻孔成像仪前方连接。四个第一硬质胶轮11分别与四个步进电机10连接，用于动力驱动，通过两侧第一硬质胶轮转速差及旋转方向来实现前进方向的微调。步进电机10与电机驱动单元12连接，电机驱动单元12提供电机的电力来源的控制，并预留转速、转向的控制接口与后方控制总成13连接。前方照明灯7上布置一个可视光源以及一个红外线发射器，同控制总成13连接。摄像头8直接与控制总成13连接。
遥控视频监测动力机构2实现的控制功能界面见图8。控制功能界面右侧部分实现对前方视频状态的展示，可以展示探照灯或红外探照灯照射的前方状态；界面左侧为控制拖拽部分界面，包括前进按钮负责控制拖拽机构前行、缓停按钮负责控制拖拽机构停止行进、后退按钮负责控制拖拽机构向后方行进、左微调和右微调按钮负责在拖拽机构遇到钻孔发生弯折时对拖拽机构行进方向调整；界面下方为功能控制区，速度锁定可以锁定拖拽机构的前行速度，保持匀速行进、加速及减速按钮负责控制拖拽装置行进过程的加速及减速、探照灯及红外探照按钮负责实现拖拽机构前方可视光源与不可见光源的开关。
每四个弹簧导轮机构3为一组，钻孔成像仪护套4外侧的两端部各设有一组，且两组对称；每组的四个弹簧导轮机构3圆周对称焊接于钻孔成像仪护套4的外表面上，使钻孔成像仪处于钻孔居中位置。同时由于对称分布本机构中的气压弹杆受力相同，在孔径发生变化时依旧可以保证探头居中；由于气压弹杆的可伸缩性，使钻孔成像仪可以适用于更多孔径。
弹簧导轮机构3包括气压弹杆15、导轮座16、第二硬质胶轮17、胶轮轴18和胶轮轴承19；气压弹杆15一端与钻孔成像仪护套4焊接，另一端与导轮座16焊接；导轮座16下方预留空位安装胶轮轴承19；第二硬质胶轮17通过胶轮轴18固定于胶轮轴承19中。具体布置及设计如图9和图10所示。共有8个弹簧导轮机构3分为两组焊接于钻孔成像仪护套4上，具体焊接位置如图4中的位置所示。
钻孔成像仪护套4紧固在钻孔成像仪外面，使钻孔成像仪不至于因前方遥控视频监测动力机构2动力过大、重力作用、突发情况时发生滑落。
钻孔成像仪护套4为直径大于钻孔成像仪直径5mm的筒状硬质可焊接材料构成，钻孔成像仪放入后使用厚度2.5mm的橡胶圈或皮带作为增加摩擦力紧固材料固定其中。
动力机构信号及探头信号传输线5连接钻孔成像仪、遥控视频监测动力机构2与总控单元6，为遥控视频监测动力机构2、钻孔成像仪提供电源，为遥控视频监测动力机构2、钻孔成像仪提供输入控制信号及传输输出反馈信号，传输遥控视频监测动力机构2、钻孔成像仪的视频信号。
总控单元6提供遥控视频监测动力机构2可视化展示及控制界面，提供钻孔成像仪的控制及数据存储硬件，提供钻孔成像仪正常运行所需要的其他硬件设备。
本实施例提供的装置中，遥控视频监测动力机构2可以定速定向控制或拖拽后方钻孔成像仪放置速度，可以微调后方拖拽的钻孔成像仪的前进方向，还可以提供钻孔成像仪前方照射的光源及红外线装置。可视化界面实现钻孔成像仪前进方向的速度增减、控制定速前进和后退、方向控制、前方灯源的开关控制、前方红外线装置的开关。弹簧导轮机构3作为钻孔成像仪使用中确保居中放置的装置。总控单元6可以控制遥控视频监测动力机构2前行速度、可以显示遥控视频监测动力机构2传输回来的前方视频信号、可以储存钻孔摄像头探测的全部数据。
本实施例提供的装置可以使钻孔成像仪适用多种矿山常用钻孔孔径，适用水平钻孔、竖直钻孔、俯倾钻孔、仰角钻孔等全方位多角度钻孔，确保探头居中，无需仅依靠重力或支撑杆作为放置探头的动力，且保证探头推进及布置过程的速度可控，可以实时传输回探头前方光线照射或红外线照射的视频信息以方便判断探头前进位置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (7)
1.一种适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：该装置包括遥控视频监测动力机构(2)、弹簧导轮机构(3)、钻孔成像仪护套(4)、动力机构信号及探头信号传输线(5)和总控单元(6)；
遥控视频监测动力机构(2)为钻孔成像仪在全方位多角度钻孔情况下运行提供前行的动力；探测钻孔成像仪在前行过程中前方的视频图像，并根据是否需要光源提供灯光照明及红外线照明；为部分不平整的钻孔提供微转向动力；
每四个弹簧导轮机构(3)为一组，钻孔成像仪护套(4)外侧的两端部各设有一组，且两组对称；
钻孔成像仪护套(4)紧固在钻孔成像仪外面，使钻孔成像仪不至于因前方遥控视频监测动力机构(2)动力过大、重力作用、突发情况时发生滑落；
动力机构信号及探头信号传输线(5)连接钻孔成像仪、遥控视频监测动力机构(2)与总控单元(6)，为遥控视频监测动力机构(2)、钻孔成像仪提供电源，为遥控视频监测动力机构(2)、钻孔成像仪提供输入控制信号及传输输出反馈信号，传输遥控视频监测动力机构(2)、钻孔成像仪的视频信号；
总控单元(6)提供遥控视频监测动力机构(2)可视化展示及控制界面，提供钻孔成像仪的控制及数据存储硬件，提供钻孔成像仪正常运行所需要的其他硬件设备。
2.根据权利要求1所述的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：所述遥控视频监测动力机构(2)包括前方照明灯(7)、摄像头(8)、承托板(9)、步进电机(10)、第一硬质胶轮(11)、电机驱动单元(12)、控制总成(13)和牵引及信号传输线(14)；
承托板(9)用于固定遥控视频监测动力机构(2)中的其他各个部件；
控制总成(13)后方链接视频及信号传输线(14)，并使用轻质钢链与后方钻孔成像仪前方连接；
四个第一硬质胶轮(11)两两对称安装于承托板(9)的两侧面上，用于实现遥控视频监测动力机构(2)的运动；四个第一硬质胶轮(11)分别与四个步进电机(10)连接，用于动力驱动，通过两侧第一硬质胶轮(11)的转速差及旋转方向来实现前进方向的微调；
步进电机(10)与电机驱动单元(12)连接，电机驱动单元(12)提供电机的电力来源的控制，并预留转速、转向的控制接口与后方控制总成(13)连接；
前方照明灯(7)上布置一个可视光源以及一个红外线发射器，同控制总成(13)连接；
摄像头(8)直接与控制总成(13)连接。
3.根据权利要求2所述的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：四个步进电机(10)安装在承托板(9)的下端面，且分别安装在四个第一硬质胶轮(11)的内旁侧，为第一硬质胶轮(11)提供动力；承托板(9)上端面上依次搭载前方照明灯(7)、摄像头(8)、电机驱动单元(12)和控制总成(13)。
4.根据权利要求1所述的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：每组的四个弹簧导轮机构(3)圆周对称焊接于钻孔成像仪护套(4)的外表面上，使钻孔成像仪处于钻孔(1)的居中位置。
5.根据权利要求1或4所述的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：所述弹簧导轮机构(3)包括气压弹杆(15)、导轮座(16)、第二硬质胶轮(17)、胶轮轴(18)和胶轮轴承(19)；气压弹杆(15)一端与钻孔成像仪护套(4)焊接，另一端与导轮座(16)焊接；导轮座(16)下方预留空位安装胶轮轴承(19)；第二硬质胶轮(17)通过胶轮轴(18)固定于胶轮轴承(19)中。
6.根据权利要求1所述的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：所述钻孔成像仪护套(4)为直径大于钻孔成像仪直径5mm的筒状硬质可焊接材料构成。
7.根据权利要求1或6所述的适用于多孔径多角度的钻孔成像仪可视化控制输送装置，其特征在于：钻孔成像仪放入所述钻孔成像仪护套(4)后使用厚度2.5mm的橡胶圈或皮带作为增加摩擦力紧固材料固定其中。
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