CN114982424A - 一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法，本发明在挖掘机主机上进行伸缩臂和凿岩机的加装，便捷高效，同时可以最大限度利用既有机械设备，降低使用成本，可推广性强；通过角度传感器、油缸位移传感器及对应算法，可以自动计算识别凿岩机钻头位置参数，从而实现对植生孔高度、角度及深度参数的实时显示和精细化控制；通过在凿岩机上加装除尘装置和摄像装置，一方面可以降低施工作业面附近的粉尘，另一方面实现钻孔施工可视化，提高安全文明施工条件；提出植生孔机械钻孔施工工法，用于指导仰视钻孔工况、俯视钻孔工况及一般工况下的植生孔钻孔施工，可提高施工质量和效率。

Description

一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法

技术领域

本发明属于钻进施工技术领域，具体涉及一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法。

背景技术

露天矿开采在促进社会经济发展的同时，也形成了大量裸露的高陡岩质边坡，由此造成了许多矿山地质环境问题。随着国家生态文明思想理念不断深入人心，人们逐渐地认识到生态保护和修复治理的重要性，一系列生态保护政策，越来越多的实用型技术方法运用到生态保护修复工作中。

目前各种复绿技术都有自己的适应条件，其中植生孔复绿技术作为一种针对高陡岩质边坡的高效修复技术，正在获得越来越多的关注和研究。但目前植生孔施工主要依赖于人工钻孔，存在机械化程度和施工效率较低、安全性差、精度低等一系列问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法，以解决上述的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，包括主机系统、定位系统和辅助系统；

所述主机系统包括机座、调节臂组件和凿岩机，通过所述机座和调节臂组件能够实现对凿岩机的高度、角度和工作状态的控制；

所述定位系统包括角度传感器组件和距离传感器组件，所述角度传感器组件和距离传感器组件能够直接和/或间接对凿岩机的高度和角度进行检测和计算；

所述辅助系统包括视频监控组件，所述视频监控组件至少能够对凿岩机的工作范围进行视频信息采集；

所述机座上安装有控制器，所述控制器与主机系统、定位系统和辅助系统均连接。

作为本发明的进一步改进，所述调节臂组件包括依次连接的动臂、伸缩臂和斗杆。

作为本发明的进一步改进，所述动臂与机座之间安装有若干第一伸缩油缸，所述伸缩臂与斗杆之间安装有若干第二伸缩油缸，所述斗杆与凿岩机之间安装有若干第三伸缩油缸。

作为本发明的进一步改进，所述凿岩机包括固定座、滑动座、钻具、液压马达和进给油缸，所述滑动座滑动连接在固定座上，所述固定座包括顶板和底板，所述进给油缸安装在滑动座与顶板之间，所述液压马达固定连接在滑动座上。

作为本发明的进一步改进，所述钻具安装在液压马达的下端，所述底板上开设有与钻具相匹配的通孔，所述钻具贯穿通孔。

作为本发明的进一步改进，所述角度传感器组件包括动臂角度传感器、伸缩臂角度传感器、斗杆角度传感器和凿岩机角度传感器，所述动臂角度传感器和伸缩臂角度传感器均安装在动臂上，所述斗杆角度传感器安装在斗杆上，所述凿岩机角度传感器安装在凿岩机上。

作为本发明的进一步改进，所述距离传感器组件包括伸缩臂距离传感器和钻具油缸距离传感器，所述伸缩臂距离传感器安装在伸缩臂上，所述钻具油缸距离传感器安装在进给油缸上。

作为本发明的进一步改进，所述视频监控组件包括监控摄像头，所述监控摄像头安装在固定座的顶板上。

作为本发明的进一步改进，所述固定座的顶板上固定连接有雾炮水枪，所述雾炮水枪的进水端与供水组件连接。

一种高陡边坡植生孔钻进施工的施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、钻机就位

坡底或者坡顶位置地面平整，钻机朝向坡面，停置稳定；

S2、动臂姿态调整

通过动臂油缸的伸缩调整动臂的角度，实现上仰或者下俯；

S3、伸缩臂长度调整

通过伸缩臂油缸调整伸缩节的长度，从而增大钻具的延伸高度；

S4、斗杆和凿岩机姿态调整

通过斗杆油缸和凿岩机油缸同时调整斗杆和凿岩机的角度，以使植生孔的高度、角度符合设计要求；

S5、凿岩机钻孔参数计算

控制器通过内置的上述植生孔的高度、角度、深度参数的计算原理计算植生孔的高度和角度参数，当误差满足设计要求时，进行步骤S6，否则返回步骤S2；

S6、植生孔钻孔作业

通过液压马达带动钻具进行植生孔钻孔作业，同时通过进给油缸控制钻孔的深度，并在控制器的显示器实时显示，达到设计要求时停止钻孔作业。钻孔过程中，同时打开雾炮水枪和监控摄像头，以降低作业粉尘污染，提高视野的通透性，从而改善作业条件，提高施工质量；

S7、完成钻孔

完成植生孔的钻孔施工作业，开启下一个植生孔。

主机系统在挖掘机整体结构的基础上进行改装，包括机座、动臂、伸缩臂、斗杆、凿岩机及对应的控制液压油缸等部件，可在高陡边坡的坡面上进行植生孔的钻孔施工作业。其中伸缩臂包括多组伸缩节，在伸缩臂油缸的控制下可以实现伸长和缩短，以调整凿岩机的最大高度。凿岩机包含底座、滑动座、钻具及对应的液压油缸等部件，在钻具油缸的作用下，滑动座可以带动钻具沿着底座进行上下运动，钻具自身同时旋转，从而实现钻孔作业。

定位系统配合主机系统可以实现植生孔的高度、角度及深度的精细化控制，以提高施工质量，从而提高孔内植物的存活率和边坡整体复绿景观效果。定位系统包含控制器、动臂角度传感器、伸缩臂角度传感器、伸缩臂油缸距离传感器、斗杆角度传感器、凿岩机角度传感器及钻具油缸距离传感器，在主机各部件的几何尺寸已知的条件下，通过上述角度传感器和距离传感器，可计算得出凿岩机前端的钻具相对于地面的的高度、角度和相对于与坡面的深度，即是所施工的植生孔的高度、角度、深度，并在控制器中实时显示，当不符合设计要求时，可随时调整。

辅助系统是为了改善植生孔施工过程中的作业条件，主要包含监控摄像头和雾炮水枪。在岩质边坡钻孔作业过程中，存在粉尘问题，一是不符合环保条件，二是影响施工员的作业视线。当钻孔作业过程中粉尘较大时，通过驾驶室内的操控手柄打开雾炮水枪，以改善环境。同时监控摄像头可以实时观察植生孔的施工情况，尤其是俯视钻孔工况，以提高施工安全性和施工质量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）在挖掘机主机上进行伸缩臂和凿岩机的加装，便捷高效，同时可以最大限度利用既有机械设备，降低使用成本，可推广性强。

2）通过角度传感器、油缸位移传感器及对应算法，可以自动计算识别凿岩机钻头位置参数，从而实现对植生孔高度、角度及深度参数的实时显示和精细化控制。

3）通过在凿岩机上加装除尘装置和摄像装置，一方面可以降低施工作业面附近的粉尘，另一方面实现钻孔施工可视化，提高安全文明施工条件。

4）提出植生孔机械钻孔施工工法，用于指导仰视钻孔工况、俯视钻孔工况及一般工况下的植生孔钻孔施工，可提高施工质量和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例中一种高陡边坡植生孔钻进施工机械的结构示意图；

图2为本发明一实施例中凿岩机的结构示意图；

图3为本发明一实施例中植生孔定位参数计算原理及仰视钻孔结构示意图；

图4为本发明一实施例中植生孔俯视钻孔结构示意图；

图5为本发明一实施例中一种高陡边坡植生孔钻进施工机械的施工工法流程图。

图中：11-机座、12-动臂、13-伸缩臂、14-斗杆、15-凿岩机、151-固定座、152-滑动座、153-钻具、154-液压马达、155-进给油缸、21-动臂角度传感器、22-伸缩臂角度传感器、23-伸缩臂距离传感器、24-斗杆角度传感器、25-凿岩机角度传感器、26-钻具油缸距离传感器、27-控制器、31-雾炮水枪、32-监控摄像头。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明一实施例公开的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械及施工工法，包括。

本发明所涉及的一种高陡边坡植生孔施工机械的结构示意图如图1所示，主要主机系统、定位系统、辅助系统。主机系统的整体结构形式与挖掘机类似并在其基础上进行改装，主要包括基座11、动臂12、伸缩臂13、斗杆14和凿岩机15。基座11主要用来提供行走、动力及支撑等。

凿岩机15是植生孔钻孔施工的核心机具，在动臂12、伸缩臂13、斗杆14及对应的控制油缸的协调作用下，以满足不同工况下的植生孔施工，如一般工况、仰视工况和俯视工况。

伸缩臂13位于动臂12和斗杆14之间，包括多组伸缩节，在伸缩臂油缸的控制下可以实现伸长和缩短，以调整凿岩机的最大高度高陡边坡的施工条件。伸缩臂13的后端与动臂12的前段通过油缸连接，前端与斗杆铰接。

凿岩机15的结构示意图如图2所示，包括固定座151、滑动座152、1钻具153、液压马达154和进给油缸155。凿岩机15通过固定座151与斗杆14及对应的斗杆油缸铰接，滑动座152通过进给油缸155及卡槽与固定座151滑动连接，且滑动座152上固定有液压马达154，液压马达154前端连接有钻具153。

在进给油缸155的伸缩作用下，可以实现滑动座152带动钻具153前后运动，钻具153在液压马达154的带动下同时旋转，从而完成钻孔作业过程。

定位系统配合主机系统可以实现植生孔的高度、角度及深度的精细化控制，以提高施工质量，从而提高孔内植物的存活率和边坡整体复绿景观效果。

定位系统所包括的装置如图1所示，包含角度传感器、距离传感器及控制器等，植生孔的钻孔角度、深度及高度计算原理如图3所示。其中动臂角度传感器21固定在动臂12的两侧，与动臂12的下铰点O和转折点A的连线相互平行，可以实时测量动臂12与水平面的夹角∠A1。

伸缩臂角度传感器22固定在伸缩臂13的两侧，与动臂12的转折点A和伸缩臂13的上铰点B的连线相互平行，可以实时测量传输伸缩臂13与水平面的夹角∠A2。伸缩臂距离传感器23集成在伸缩节的控制液压油缸内，可以实时测量传输伸缩臂的长度LAB。斗杆角度传感器24固定在斗杆14的两侧，与斗杆14的下铰点B和上铰点C的连线相互平行，可以实时测量传输斗杆14与水平面的夹角∠A3。

凿岩机角度传感器25固定在固定座151的侧面，与凿岩机15的延伸方向平行，可以实时测量传输凿岩机15与水平面的夹角∠A4。钻具油缸距离传感器26集成在进给油缸155的内部，可以实时测量传输钻具153的钻孔深度h。

植生孔的高度、角度、深度参数的计算原理如下所示：

植生孔高度：H=H0+H1+H2+H3-H4

植生孔角度：∠A4

植生孔深度：h

其中：

H0为动臂12的下铰点距离地面的高度，为已知条件；

H1为动臂12的下铰点O和转折点A之间的高度，H1=LOA*cos(∠A1)，LOA为已知条件，∠A1实施测量传输；

H2为动臂12的转折点A和伸缩臂13的上铰点B之间的高度，H2=LAB*cos(∠A2)，LAB、∠A2在实施测量传输；

H3为斗杆14的下铰点B和上铰点C的高度，H3=LBC*cos(∠A3)，LBC为已知条件，∠A3实施测量传输；

H4为固定座151的下铰点C与钻具153的前端之间的高度，H4=LCD*cos(∠A4)，LCD为已知条件，∠A4实施测量传输；

控制器27布置在驾驶室内，其内置的显示屏可以实时显示上述各个计算参数。

辅助系统3是为了改善植生孔施工过程中的作业条件，主要包含监控摄像头32、雾炮水枪31。在岩质边坡钻孔作业过程中，存在粉尘问题，一是不符合环保条件，二是影响施工员的作业视线。当钻孔作业过程中粉尘较大时，通过驾驶室内的操控手柄打开雾炮水枪31，以改善环境。

同时监控摄像头32可以实时观察植生孔的施工情况，并通过控制器27上的显示屏实时显示，尤其是俯视钻孔工况，以提高施工安全性和施工质量，所述监控摄像头32可选用防水摄像头，且在空间布置上与雾炮水枪31相互错开，以避免雾化水导致的摄像头模糊。

参图3~图4所示，边坡植生孔机械化施工主要包括两种工况，一是仰视钻孔工况，二是俯视钻孔工况，前者设备主机位于所需钻孔坡体的坡脚处，后者设备主机位于所需钻孔坡体的坡顶处。仰视钻孔工况和俯视钻孔工况两者的施工工艺流程主体上保持一致，如图4所示。

施工工艺流程主体为：

S1、钻机就位：坡底或者坡顶位置地面平整，钻机朝向坡面，停置稳定。

S2、动臂12姿态调整：通过动臂油缸的伸缩调整动臂12的角度，实现上仰（仰视钻孔工况）或者下俯（俯视钻孔工况）。

S3、伸缩臂13长度调整：通过伸缩臂油缸调整伸缩节的长度，从而增大钻具的延伸高度。

S4、斗杆14和凿岩机15姿态调整：通过斗杆油缸和凿岩机油缸同时调整斗杆14和凿岩机15的角度，以使植生孔的高度、角度符合设计要求。

S5、凿岩机钻孔参数计算：控制器27通过内置的上述植生孔的高度、角度、深度参数的计算原理计算植生孔的高度和角度参数，当误差满足设计要求时，进行步骤S6，否则返回S2。

S6、植生孔钻孔作业：通过液压马达154带动钻具153进行植生孔钻孔作业，同时通过进给油缸155控制钻孔的深度，并在控制器27的显示器实时显示，达到设计要求时停止钻孔作业。钻孔过程中，同时打开雾炮水枪31和监控摄像头32，以降低作业粉尘污染，提高视野的通透性，从而改善作业条件，提高施工质量。

S7、完成钻孔：完成植生孔的钻孔施工作业，开启下一个植生孔。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明通过。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，包括主机系统、定位系统和辅助系统；

所述主机系统包括机座、调节臂组件和凿岩机，通过所述机座和调节臂组件能够实现对凿岩机的高度、角度和工作状态的控制；

所述定位系统包括角度传感器组件和距离传感器组件，所述角度传感器组件和距离传感器组件能够直接和/或间接对凿岩机的高度和角度进行检测和计算；

所述辅助系统包括视频监控组件，所述视频监控组件至少能够对凿岩机的工作范围进行视频信息采集；

所述机座上安装有控制器，所述控制器与主机系统、定位系统和辅助系统均连接。

2.根据权利要求1所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述调节臂组件包括依次连接的动臂、伸缩臂和斗杆。

3.根据权利要求2所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述动臂与机座之间安装有若干第一伸缩油缸，所述伸缩臂与斗杆之间安装有若干第二伸缩油缸，所述斗杆与凿岩机之间安装有若干第三伸缩油缸。

4.根据权利要求1所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述凿岩机包括固定座、滑动座、钻具、液压马达和进给油缸，所述滑动座滑动连接在固定座上，所述固定座包括顶板和底板，所述进给油缸安装在滑动座与顶板之间，所述液压马达固定连接在滑动座上。

5.根据权利要求4所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述钻具安装在液压马达的下端，所述底板上开设有与钻具相匹配的通孔，所述钻具贯穿通孔。

6.根据权利要求1所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述角度传感器组件包括动臂角度传感器、伸缩臂角度传感器、斗杆角度传感器和凿岩机角度传感器，所述动臂角度传感器和伸缩臂角度传感器均安装在动臂上，所述斗杆角度传感器安装在斗杆上，所述凿岩机角度传感器安装在凿岩机上。

7.根据权利要求1所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述距离传感器组件包括伸缩臂距离传感器和钻具油缸距离传感器，所述伸缩臂距离传感器安装在伸缩臂上，所述钻具油缸距离传感器安装在进给油缸上。

8.根据权利要求1所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述视频监控组件包括监控摄像头，所述监控摄像头安装在固定座的顶板上。

9.根据权利要求8所述的一种高陡边坡植生孔钻进施工机械，其特征在于，所述固定座的顶板上固定连接有雾炮水枪，所述雾炮水枪的进水端与供水组件连接。

10.一种高陡边坡植生孔钻进施工的施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、钻机就位

坡底或者坡顶位置地面平整，钻机朝向坡面，停置稳定；

S2、动臂姿态调整

通过动臂油缸的伸缩调整动臂的角度，实现上仰或者下俯；

S3、伸缩臂长度调整

通过伸缩臂油缸调整伸缩节的长度，从而增大钻具的延伸高度；

S4、斗杆和凿岩机姿态调整

通过斗杆油缸和凿岩机油缸同时调整斗杆和凿岩机的角度，以使植生孔的高度、角度符合设计要求；

S5、凿岩机钻孔参数计算

控制器通过内置的植生孔的高度、角度、深度参数的计算原理计算植生孔的高度和角度参数，当误差满足设计要求时，进行步骤S6，否则返回步骤S2；

S6、植生孔钻孔作业

通过液压马达带动钻具进行植生孔钻孔作业，同时通过进给油缸控制钻孔的深度，并在控制器的显示器实时显示，达到设计要求时停止钻孔作业；钻孔过程中，同时打开雾炮水枪和监控摄像头，以降低作业粉尘污染，提高视野的通透性，从而改善作业条件，提高施工质量；

S7、完成钻孔

完成植生孔的钻孔施工作业，开启下一个植生孔。

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