CN115637970A - 一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，包括钻机装置，钻机装置上安装有监测装置，监测装置包括固定机构、保护机构、监测机构和传输预警机构；固定机构固定安装在钻机装置上，保护机构与固定机构固定安装，监测机构和传输预警机构安装在保护机构内；固定机构包括上下对应设置的上固定设备和下固定设备，保护机构固定安装在下固定设备上；保护机构包括两个设备箱，其一设备箱内固定安装有监测机构；另一设备箱内固定安装有传输预警机构。本发明结构简单、强度高，适应野外恶劣环境，适用性强；安装和操作简单方便，兼容性高，解决了现有的监测方法中人工统计钻杆数据造假，工作效率低，监管难的问题。

Description

一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置

技术领域

本发明涉及岩土工程勘查领域，特别是涉及一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置。

背景技术

地质勘察能正确反映场地的工程地质条件，结合设计和现场施工条件，对不同勘察阶段进行技术评价，为基础建设、矿山、边坡等工程提出施工的指导性意见，服务于工程建设的全过程。钻孔取芯是获取地质信息的有效途径与方法，同时在现实生活中需求大，保证钻孔质量对后期的施工建筑有重要的意义。

钻孔深度是保证钻孔质量的重要指标，准确真实的钻进参数确保了钻孔深度的可靠性。传统钻孔孔深监测常常依靠需要人工同步的“数杆法”但此方法由于“人”的因素的介入，普遍会出现孔深虚报、数据作假等问题，导致误差较大；且传统设备还有成本高，兼容性低，成果少的缺点和不足。因此亟需设计一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，包括钻机装置，钻机装置上安装有监测装置，所述监测装置包括固定机构、保护机构、监测机构和传输预警机构；

所述固定机构固定安装在所述钻机装置上，所述保护机构与所述固定机构固定安装，所述监测机构和所述传输预警机构安装在所述保护机构内；

所述固定机构包括上下对应设置的上固定设备和下固定设备，所述保护机构固定安装在所述下固定设备上；

所述保护机构包括两个设备箱，其一所述设备箱内固定安装有监测机构，且固定安装在所述下固定设备上；另一所述设备箱内固定安装有传输预警机构，且固定安装在所述钻机装置上。

优选的，所述设备箱包括箱体，所述监测机构和所述传输预警机构分别安装在两所述箱体内；所述箱体底端开设有箱孔，所述箱体的进口安装有可开闭的操控门，所述箱体的顶端开设有出线口；所述箱体与所述操控门之间设置有锁闭组件。

优选的，所述锁闭组件包括固定安装在所述箱体进口的锁片和开设在所述操控门上的锁孔，所述锁片与所述锁孔对应设置且可拆卸连接；所述锁片上贯穿开设有锁洞。

优选的，所述监测机构包括固定安装在所述箱体内的激光位移传感器，所述上固定设备的底端固定安装有激光发生器，所述激光发生器发射的激光光线与所述激光位移传感器对应设置；所述激光发生器和所述激光位移传感器均与所述传输预警机构电性连接。

优选的，所述传输预警机构包括安装在所述箱体内的数据采集模块、数据处理模块、无线通讯模块；所述数据采集模块与所述激光位移传感器和所述激光发生器电性连接，所述无线通讯模块与监控中心无线信号连通。

优选的，所述传输预警机构还包括报警模块和供电模块；所述报警模块与所述数据处理模块电性连接，所述供电模块用于为设备供电。

优选的，所述下固定设备包括套设固接在所述钻机装置上的套筒，所述套筒外螺纹连接有可调节螺丝；所述套筒的外壁固接有焊接固定板；所述焊接固定板的顶面开设有固定传感器螺孔，所述固定传感器螺孔与所述箱孔对应设置，所述激光位移传感器通过所述固定传感器螺孔固定安装所述焊接固定板上。

本发明公开了以下技术效果：本发明提了一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，通过上下对应设置的上固定设备和下固定设备分别安装监测机构，用于记录测量钻机装置的钻进深度，传输预警机构用于传输监测数据并根据设定进行报警；保护装置的保护箱用于保护箱内元件，使箱内通电元件免受恶劣天气的影响，提高设备的使用寿命，实现野外长期监测；相较现有技术，本身申请的技术方案具有以下优点：

(1)本发明用监测机构作为测量媒介，通过传输预警机构将监测数据实时储存与传输，受外界影响小，实现实时显示钻机钻进长度，便于现场施工与监管。解决了现有的监测方法中人工统计钻杆数据造假，工作效率低，监管难的问题，同时目的不过于单一；

(2)本装置结构简单且强度高，适应野外恶劣环境，且设备可适用于不同规格钻机；监测机构能够快速的安装与稳定的监测，无需现场熔接等，兼容性高，耐久度强，简单易行，操作方便；

(3)本装置的发明使用，对钻机钻进监测机构的发展提出新的可能，因其极高的性价比，具有光明的发展前景。

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为本发明钻机装置侧视图；

图2为本发明实时监测钻机钻进参数的智能化装置结构示意图；

图3为本发明保护箱轴视结构示意图；

图4为本发明下固定设备结构示意图；

图5为本发明上固定设备结构示意图；

图6为本发明传输预警机构模块连接示意图；

图7为本发明现实例中位移和油压监测数据随时间变化图；

其中，1、履带；2、钻头；3、立轴箱体；4、钻机动力头；5、主动钻杆；6、绳线轮轴；7、操作控制台；8、水泵；9、动力轮轴；10、柴油机；11、三角钻架；12、取芯钻杆；13、钻孔；14、加长细杆；15、钻机油压杆；16、下固定设备；17、设备箱；18、激光位移传感器；19、油压管；20、油压变送器；21、通水取芯水管；22、抽水水管；23、储水箱；24、钻机操作站台；25、水流监测器；26、激光光线；27、上固定设备；28、固定螺母；29、箱孔；30、锁洞；31、锁片；32、出线口；33、操控门；34、锁孔；35、可调节螺丝；36、焊接固定板；37、固定传感器螺孔；38、固定螺孔；39、通水水管；40、激光发生器；41、箱体；42、套筒。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-7，本发明提供一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，包括钻机装置，钻机装置上安装有监测装置，监测装置包括固定机构、保护机构、监测机构和传输预警机构；

固定机构固定安装在钻机装置上，保护机构与固定机构固定安装，监测机构和传输预警机构安装在保护机构内；

固定机构包括上下对应设置的上固定设备27和下固定设备16，保护机构固定安装在下固定设备16上；

保护机构包括两个设备箱17，其一设备箱17内固定安装有监测机构，且固定安装在下固定设备16上；另一设备箱17内固定安装有传输预警机构，且固定安装在钻机装置上。

本发明提了一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，通过上下对应设置的上固定设备27和下固定设备16分别安装监测机构，用于记录测量钻机装置的钻进深度，传输预警机构用于传输监测数据并根据设定进行报警；保护装置的保护箱用于保护箱内元件，使箱内通电元件免受恶劣天气的影响，提高设备的使用寿命，实现野外长期监测。

进一步的，钻井装置包括安装有履带1的车身，车身的一端安装有钻进机构，车身上还安装有动力机构、操控机构和供水机构；上固定设备27和下固定设备16分固定安装在钻进机构上；动力机构为装置提供动力；控制机构用于控制钻进的过程，供水机构用于为钻进过程供水，方便钻进进行。

进一步的，钻进机构包括与动力机构传动连接的立轴箱体3，立轴箱体3顶端固定安装有钻机动力头4，钻机动力头4传动连接有主动钻杆5，主动钻杆5的底端穿过立轴箱体3并固接有钻头2。钻机动力头4带动主动钻杆5转动，进而使钻头2钻入地下；操控机构的操作控制台7控制绳线轮轴6带动立轴箱体3升降，进而抬高整体的钻进机构。

进一步的，供水机构包括水泵8，水泵8的进口通过抽水水管22连通储水箱23，水泵8的出口通过通水水管39连通主动钻杆5的顶端，通水水管39上连通有水流监测器25；主动钻杆5和钻头2中空，水能进入下方；水泵8还连通有通水取芯水管21。

进一步的，驱动机构包括安装在车体上的柴油机10，柴油机10的输出端通过动力轮轴9带动水泵8和绳线轮轴6转动；操作控制台7用于控制动力轮轴9的连接情况。

进一步的，钻头2包括与主动钻杆5底端固定安装并连通的加长细杆14，加长细杆14的底端安装有取芯钻杆12；取芯钻杆12用于钻出钻孔13进入地下进行取样，加长细杆14可根据钻进深度加装若干节。

进一步的，钻进机构外设置有三角钻架11进行支撑，地面上铺设有钻机操作站台24，三角钻架11支撑在钻机操作站台24，提高稳定性。

进一步的，钻机动力头4连通有油压管19，油压管19上连通有油压变送器20，用于检测油压变化；油压管19的另一端与立轴箱体3底端的钻机油压杆15连通；下固定设备16安装在钻机油压杆15上，随钻机油压杆15的上下移动而移动；油压变送器20与监测机构电性连接。

进一步优化方案，设备箱17包括箱体41，监测机构和传输预警机构分别安装在两箱体41内；箱体41底端开设有箱孔29，箱体41的进口安装有可开闭的操控门33，箱体41的顶端开设有出线口32；箱体41与操控门33之间设置有锁闭组件。箱体41通过箱孔29进行稳定安装，内部的线缆从出线口32伸出；安装后关闭操控门33，通过锁闭组件封锁，提高了对内部原件的保护，免受恶劣天气的影响，提高设备的使用寿命，实现野外长期监测。

进一步优化方案，锁闭组件包括固定安装在箱体41进口的锁片31和开设在操控门33上的锁孔34，锁片31与锁孔34对应设置且可拆卸连接；锁片31上贯穿开设有锁洞30。锁闭操控门33时，将锁片31插入锁孔34内，并用锁具(图中未显示)从锁洞30上锁，提高保护性。

进一步优化方案，监测机构包括固定安装在箱体41内的激光位移传感器18，上固定设备27的底端固定安装有激光发生器40，激光发生器40发射的激光光线26与激光位移传感器18对应设置；激光发生器40和激光位移传感器18均与传输预警机构电性连接。激光位移传感器18安装在箱体41内，随钻机油压杆15升降变化，激光发生器40安装在上安装设备底端，位置不变，进而能测量钻机油压杆15的位移变化，进而测量出取样钻杆的钻进深度。

进一步的，用于安装激光位移传感器18的箱体41顶端还设置有透光孔，孔内牵涉有透光玻璃，便于激光光线26穿过。

进一步优化方案，传输预警机构包括安装在箱体41内的数据采集模块、数据处理模块、无线通讯模块；数据采集模块与激光位移传感器18和激光发生器40电性连接，无线通讯模块与监控中心无线信号连通；传输预警机构还包括报警模块和供电模块；报警模块与数据处理模块电性连接，供电模块用于为设备供电。数据采集模块收集钻机装置钻进过程中监测机构的数据并传递给数据处理模块，数据处理模块对监测数据进行自动化处理，根据测出的位移、油压变化大小是否在系统设置好的范围，判断钻机是否为钻进状态，对钻进状态下的有效钻进位移量进行实时累加，数据显示可以显示实时的钻孔13深度；无线通讯模块对现场自动化处理后的监测数据进行实时传输，监测值实时无线传输至监控中心(图中未显示)，当监测值超出设定的阈值时，实现自动报警，供电单元为所有需要用电的设备供电。

进一步优化方案，下固定设备16包括套设固接在钻机装置上的套筒42，套筒42外螺纹连接有可调节螺丝35；套筒42的外壁固接有焊接固定板36；焊接固定板36的顶面开设有固定传感器螺孔37，固定传感器螺孔37与箱孔29对应设置，激光位移传感器18通过固定传感器螺孔37固定安装焊接固定板36上。下固定设备16通过套筒42套设在钻进油压杆的外壁，并通过可调节螺丝35进行固定，适用于不同规格的钻进油压杆，适配性好；焊接固定板36固定在套筒42的外壁并朝向远离钻头2的方向，保护箱的箱体41安装在焊接固定板36的末端。

使用方法：

在为钻机动力头4上下移动其提供动力的管道上安装油压变送器20；在钻机动力头4下方安装位激光位移传感器18，钻机工作时，钻机动力头4的动力来源于液压油的内能，从而带动激光位移传感器18上下移动。具体操作步骤为：

(1)在指定钻孔13的位置搭建钻机操作站台24，然后发动柴油机10，使用履带1让钻机装置到达需要钻孔13的位置，并通过三角钻架11对钻进机构进行支撑。

(2)取出固定机构，上固定设备27通过预留的固定螺孔38套设在钻机动力头4预留的螺杆上，并通过固定螺母28固定；在将套筒42套在钻机油压杆15上，通过可调节螺丝35拧紧固定。

(3)将一个箱体41的箱孔29对准焊接固定板36上的固定传感器螺孔37，再取出位移传感器，对准固定设备下部分预留的四个螺孔，用螺丝紧紧固定，形成一体，使激光位移传感器18安装在箱体41内，接收激光的位置与透光孔对准；将激光发生器40安装在山固定设备底端，并调节到射出的激光光束与激光位移传感器18对准并固定；激光位移传感器18的连接线从出线口32接出。

(4)在油压管19上安装油压变送器20，并检查元件及接口的密封性，不得有渗漏现象。

(5)在另一个箱体41内安装数据采集模块、数据处理模块和无线通讯模块，在适当位置安装报警模块和供电模块；数据采集模块与数据处理模块电性连接，数据处理模块与报警模块电性连接，当位移或油压数据出现异常时，报警模块报警；数据采集模块与无线通讯模块相连，将采集的数据通过无线通讯模块传递至监控中心；供电模块为所有用电设备供电；所有的线缆均从出线口32伸出箱体41。

(6)确定设备箱17中的操控门33、锁孔34、锁洞30、锁片31是否能正常关合。

(7)通过使用绳线轮轴6，调节设备的最终位置，通电，分别进行激光位移传感器18、油压变送器20的测试试验，若出现问题及时调整。

(8)测试无误后，关闭箱体41，开始钻进，并对钻机钻进参数进行实时监测，依据数据变化判定钻机的不同工作状态，从而筛选钻机实际钻进过程中的有效数据，并计算得到钻孔13孔深。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的装置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。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种实时监测钻机钻进参数的智能化装置，包括钻机装置，所述钻机装置上安装有监测装置，其特征在于：所述监测装置包括固定机构、保护机构、监测机构和传输预警机构；

所述固定机构固定安装在所述钻机装置上，所述保护机构与所述固定机构固定安装，所述监测机构和所述传输预警机构安装在所述保护机构内；

所述固定机构包括上下对应设置的上固定设备(27)和下固定设备(16)，所述保护机构固定安装在所述下固定设备(16)上；

所述保护机构包括两个设备箱(17)，其一所述设备箱(17)内固定安装有监测机构，且固定安装在所述下固定设备(16)上；另一所述设备箱(17)内固定安装有传输预警机构，且固定安装在所述钻机装置上。

2.根据权利要求1所述的实时监测钻机钻进参数的智能化装置，其特征在于：所述设备箱(17)包括箱体(41)，所述监测机构和所述传输预警机构分别安装在两所述箱体(41)内；所述箱体(41)底端开设有箱孔(29)，所述箱体(41)的进口安装有可开闭的操控门(33)，所述箱体(41)的顶端开设有出线口(32)；所述箱体(41)与所述操控门(33)之间设置有锁闭组件。

3.根据权利要求2所述的实时监测钻机钻进参数的智能化装置，其特征在于：所述锁闭组件包括固定安装在所述箱体(41)进口的锁片(31)和开设在所述操控门(33)上的锁孔(34)，所述锁片(31)与所述锁孔(34)对应设置且可拆卸连接；所述锁片(31)上贯穿开设有锁洞(30)。

4.根据权利要求2所述的实时监测钻机钻进参数的智能化装置，其特征在于：所述监测机构包括固定安装在所述箱体(41)内的激光位移传感器(18)，所述上固定设备(27)的底端固定安装有激光发生器(40)，所述激光发生器(40)发射的激光光线(26)与所述激光位移传感器(18)对应设置；所述激光发生器(40)和所述激光位移传感器(18)均与所述传输预警机构电性连接。

5.根据权利要求4所述的实时监测钻机钻进参数的智能化装置，其特征在于：所述传输预警机构包括安装在所述箱体(41)内的数据采集模块、数据处理模块、无线通讯模块；所述数据采集模块与所述激光位移传感器(18)和所述激光发生器(40)电性连接，所述无线通讯模块与监控中心无线信号连通。

6.根据权利要求5所述的实时监测钻机钻进参数的智能化装置，其特征在于：所述传输预警机构还包括报警模块和供电模块；所述报警模块与所述数据处理模块电性连接，所述供电模块用于为设备供电。

7.根据权利要求4所述的实时监测钻机钻进参数的智能化装置，其特征在于：所述下固定设备(16)包括套设固接在所述钻机装置上的套筒(42)，所述套筒(42)外螺纹连接有可调节螺丝(35)；所述套筒(42)的外壁固接有焊接固定板(36)；所述焊接固定板(36)的顶面开设有固定传感器螺孔(37)，所述固定传感器螺孔(37)与所述箱孔(29)对应设置，所述激光位移传感器(18)通过所述固定传感器螺孔(37)固定安装所述焊接固定板(36)上。

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