CN117927136B - 煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其是煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法，针对现有技术中的雷达超前探测装置清理探测孔内泥土碎石不方便和不能加固探测孔的问题，现提出如下方案，包括：钻孔机构，其包括钻机和安装在钻机上的钻杆，所述钻杆的头部安装有钻头，钻杆的内部开设有安装腔；探测机构，其包括安装在钻杆外部的探测雷达和安装在钻杆外部的清理组件，清理组件包括通过固定环转动套接在钻杆外周的安装环、套接在钻杆外周的固定齿圈和两个设置钻杆两侧的绞龙，依靠绞龙在钻杆行进的过程中对探孔内的泥土进行清理。本发明不仅可以在钻杆行进的过程中将探孔内部泥土等清理到探测雷达的后方，而且还可以对探孔顶部的泥土进行夯实。

Description

煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，尤其涉及煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法。

背景技术

煤矿巷道和隧道超前探测主要是指在巷道和隧道掘进方向和工作面进行探测，探测前方是否存在有害地质构造或富水体及导水通道，从而为煤矿和隧道的安全掘进提供详细的探测资料。

目前，常用的探测方式中包括利用雷达随钻进行探测的方式，该种方式利用雷达进行探测，大大地提高了探测精度和分辨率，该种方式在探测的过程中需要利用钻头开挖探孔，然后再将雷达跟随钻杆一起置于探孔内壁，在跟随钻杆行进的同时进行实时的探测，但是该种方式存在的问题就是开挖的探孔受到地质因素的影响，在一些土壤松散的区域，探孔内壁土壤不稳定，极易出现探孔坍塌的情况，从而出现钻头在前方开挖，而后发探孔坍塌，导致探测雷达无法精确的探测，因此，需要及时地对探孔内坍塌的泥土进行清理，保证探测雷达前方不会存在阻碍为此，本方案提出了煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法。

发明内容

本发明提出的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置与方法，解决了现有技术中的雷达超前探测装置清理探测孔内泥土碎石不方便和不能加固探测孔的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，包括：

钻孔机构，其包括钻机和安装在钻机上的钻杆，所述钻杆的头部安装有钻头，钻杆的内部开设有安装腔；

探测机构，其包括安装在钻杆外部的探测雷达和安装在钻杆外部的清理组件，所述清理组件包括通过固定环转动套接在钻杆外周的安装环、套接在钻杆外周的固定齿圈和两个设置钻杆两侧的绞龙，两个绞龙均分别通过安装板安装在安装环外圈上，且绞龙与安装板通过连接轴转动连接；

传动机构，其安装在所述安装板上并与绞龙和固定齿圈传动连接，以用于在绞龙在跟随安装环公转的同时驱动绞龙自转；

加固机构，其数量设置为两个，且两个加固机构分别设于探测机构的前后两侧，所述加固机构包括安装在钻杆顶面的伸缩柱和固定在伸缩柱活动端顶部的压板；

联动机构，其安装在钻杆上并与安装环传动连接、以用于在安装环转动的同时驱动两个伸缩柱反复地伸缩。

通过上述技术方案，不仅可以在钻杆行进的过程中将探孔内部掉落的泥土沙石等清理到探测雷达的后方，而且还可以在钻杆行进的过程中对探孔顶部的泥土进行夯实，避免出现坍塌的情况。

作为上述方案的进一步改进，所述固定环套接在钻杆的外周，所述安装环的内圈设有多个齿槽，且安装环与固定环的一侧转动连接，所述钻杆的外周开设有与安装腔连通的连接槽，所述安装腔内安装有电机，电机的输出轴的一端固定有主动齿轮，主动齿轮的外周穿过连接槽并与安装环的内圈啮合。

通过上述技术方案，可以通过电机的转动来驱动安装环转动，进而带动清理组件运行。

作为上述方案的进一步改进，所述传动机构包括固定在安装板一侧外壁上的连接板、转动连接在连接板上的传动轴和固定在传动轴一端的传动齿轮，所述传动齿轮与固定齿圈啮合，所述传动轴的另一端固定有锥齿轮一，所述连接轴的一端固定有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二。

通过上述技术方案，可以在绞龙跟随安装环公转的同时驱动绞龙自转。

作为上述方案的进一步改进，所述伸缩柱包括转动连接在钻杆顶面的螺纹套筒和螺接在螺纹套筒内部的螺纹柱，所述螺纹柱的顶部延伸至螺纹套筒的顶部上方，所述压板固定在螺纹柱的顶部。

通过上述技术方案，可以通过驱动螺纹套筒往复转动来达到驱动压板往复升降的目的。

作为上述方案的进一步改进，所述压板为弧形板，且压板的外圈朝上，所述压板的内圈与钻杆顶面之间安装有可伸缩的限位柱。

通过上述技术方案，使得压板可以更好地贴合探孔的内壁，同时限位柱的设置也避免压板发生转动。

作为上述方案的进一步改进，所述联动机构包括转动套接在钻杆外周的活动齿圈、转动连接在钻杆顶面的固定轴和固定在固定轴顶部的联动齿轮，所述联动齿轮与活动齿圈啮合，所述连接板的一端与活动齿圈的一侧外壁固接，所述固定轴的底部延伸至安装腔内并固定有转轮，两个加固机构的螺纹套筒的底部均延伸至安装腔内，且螺纹套筒位于安装腔内的部分的外周套接有联动齿圈，所述联动机构还包括安装在转轮上用于驱动两个螺纹套筒往复转动的驱动件。

通过上述技术方案，可以利用安装环的转动来实现驱动螺纹套筒往复转动的目的。

作为上述方案的进一步改进，所述驱动件包括固定在转轮底面偏离圆心位置处的拨动柱、套设在拨动柱外周的固定框和两个分别固定在固定框两侧长边外壁上的齿条，所述固定框的内圈的长边长度大于转轮的直径，拨动柱的外周与固定框的两侧长边内壁抵接，两个所述齿条分别与两个螺纹套筒上的联动齿圈啮合。

通过上述技术方案，利用转轮的转动来驱动固定框往复摆动，从而达到驱动螺纹套筒往复转动的目的。

作为上述方案的进一步改进，所述齿条的外周活动套设有固定套，且固定套通过固定杆与安装腔的内壁固接。

通过上述技术方案，保证了齿条在往复移动的过程中的稳定性。

煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、在隧道前进面上做好标记，然后再将钻头对准标记位置进行钻孔，从而形成探孔；

S2、钻孔探查的同时启动探测机构和传动机构，从而对探孔内坍落的泥土沙石进行清理，同时也利用加固装置对探孔顶部的泥土进行夯实；

S3、探测雷达将探测到的数据通过雷达波信号实时传递到外界控制终端，从而对地下情况进行计算和分析；

S4、探查结束后再将钻杆从探孔内退出。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.通过探测机构和传动机构之间的配合，可以在钻杆行进的过程中驱动绞龙以钻杆轴线为旋转中心公转的同时进行自转，从而可以将探孔内掉落的泥土或者砂石传送到探测雷达的后方去，从而避免影响到雷达的探测精度，同时也使得钻杆在行进的过程中不会过多地受到掉落的泥土砂石的影响

2.通过联动机构和加固机构之间的配合，可以在钻杆行进的过程中对探孔的顶部内壁进行加固，避免探孔顶部的泥土砂石在钻杆行进的过程中坍落下来。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的正视图；

图3为联动机构的结构示意图；

图4为本发明的正视剖视图；

图5为图4中A处的放大图；

图6为驱动件的结构示意图。

主要符号说明：

1、钻杆；2、绞龙；3、安装板；4、连接轴；5、压板；6、固定环；7、安装环；8、固定齿圈；9、活动齿圈；10、伸缩柱；101、螺纹套筒；102、螺纹柱；11、传动轴；12、连接板；13、固定框；14、联动齿圈；15、齿条；16、钻头；17、探测雷达；18、隧道；19、钻机；20、固定套；21、联动齿轮；22、转轮；23、电机；24、传动齿轮；25、主动齿轮；26、限位柱；27、拨动柱。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

请结合图1-图6，本实施例的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，包括：

钻孔机构，其包括钻机19和安装在钻机19上的钻杆1，钻杆1的头部安装有钻头16，钻杆1的内部开设有安装腔，通过钻机19启动钻头16，从而在隧道18的前进面上开挖探孔。

探测机构，其包括安装在钻杆1外部的探测雷达17和安装在钻杆1外部的清理组件，清理组件包括通过固定环6转动套接在钻杆1外周的安装环7、套接在钻杆1外周的固定齿圈8和两个设置钻杆1两侧的绞龙2，两个绞龙2均分别通过安装板3安装在安装环7外圈上，且绞龙2与安装板3通过连接轴4转动连接，探测雷达17的外部安装有防护罩，且探测雷达17在钻杆1上的位置落后于绞龙2的前端，固定环6套接在钻杆1的外周，安装环7的内圈设有多个齿槽，且安装环7与固定环6的一侧转动连接，钻杆1的外周开设有与安装腔连通的连接槽，安装腔内安装有电机23，电机23的输出轴的一端固定有主动齿轮25，主动齿轮25的外周穿过连接槽并与安装环7的内圈啮合，钻头16开挖的探孔的直径刚好与绞龙2转动后外圈的大小吻合，从而使得绞龙2进入探孔后能与探孔的内壁接触，电机23转动后带动主动齿轮25转动，从而可以驱动安装环7转动，安装环7转动后则是可以带动绞龙2以钻杆1轴线为旋转中线转动，从而可以将整个探孔内壁上不结实的泥土清理下来。

传动机构，其安装在安装板3上并与绞龙2和固定齿圈8传动连接，以用于在绞龙2在跟随安装环7公转的同时驱动绞龙2自转，传动机构包括固定在安装板3一侧外壁上的连接板12、转动连接在连接板12上的传动轴11和固定在传动轴11一端的传动齿轮24，传动齿轮24与固定齿圈8啮合，传动轴11的另一端固定有锥齿轮一，连接轴4的一端固定有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二，由于固定齿圈8不转动，而传动轴11则是跟随安装环7同步转动，从而使得传动齿轮24沿着固定齿圈8的齿面转动，进而带动传动轴11在跟随安装环7公转的同时自转，传动轴11再带动绞龙2自转，从而使得绞龙2可以在公转的同时自转，进而可以将探孔内的泥土沙石输送到探测雷达17的后方去。

加固机构，其数量设置为两个，且两个加固机构分别设于探测机构的前后两侧，加固机构包括安装在钻杆1顶面的伸缩柱10和固定在伸缩柱10活动端顶部的压板5，伸缩柱10包括转动连接在钻杆1顶面的螺纹套筒101和螺接在螺纹套筒101内部的螺纹柱102，螺纹柱102的顶部延伸至螺纹套筒101的顶部上方，压板5固定在螺纹柱102的顶部，压板5为弧形板，且压板5的外圈朝上，压板5的内圈与钻杆1顶面之间安装有可伸缩的限位柱26，限位柱26包括固定在钻杆1顶面的限位套筒和活动设置在限位套筒内的活动杆，活动杆的顶部延伸至限位套筒的外部并与压板5的内圈固接，在钻杆1在探孔内行进的同时启动两个螺纹套筒101往复的转动，从而带动两个螺纹柱102往复的上下移动，在螺纹柱102上升的过程中带动压板5上升，从而使得压板5挤压在探孔的顶部内壁上，进而可以对探孔顶部内壁的泥土进行夯实，避免在钻杆1行进的过程中发生泥土坍塌的情况出现。

本实施例的实施原理为：探测前，先在隧道18的前进面上的合适位置处做好钻孔的标记，然后再将钻头16对准标记点，之后再启动钻机19进行探孔的开挖；

在钻头16开挖探孔的同时，钻杆1跟随进入到探孔内部，钻杆1进入探孔内的同时启动电机23和探测雷达17，电机23转动后驱动主动齿轮25转动，主动齿轮25再驱动安装环7转动，安装环7转动后则是可以带动绞龙2以钻杆1轴线为旋转中线转动，同时，由于固定齿圈8不转动，而传动轴11则是跟随安装环7同步转动，从而使得传动齿轮24沿着固定齿圈8的齿面转动，进而带动传动轴11在跟随安装环7公转的同时自转，传动轴11再带动绞龙2自转，从而使得绞龙2可以在公转的同时自转，进而可以将探孔内的泥土沙石输送到探测雷达17的后方去，而探测雷达17则是在跟随钻杆1行进的过程中实时地将探测到的数据传递到外界控制终端上，工作人员再根据传回来的数据进行计算和分析，从而获得隧道18前方的地质数据；

在钻杆1进行的过程中，也同时驱动两个螺纹套筒101往复的转动，从而带动两个螺纹柱102往复的上下移动，在螺纹柱102上升的过程中带动压板5上升，从而使得压板5挤压在探孔的顶部内壁上，进而可以对探孔顶部内壁的泥土进行夯实，避免在钻杆1行进的过程中发生泥土坍塌的情况出现。

实施例2

结合图2-图6，本实施例在实施例1的基础上，进一步的改进在于：包括联动机构，联动机构安装在钻杆1上并与安装环7传动连接、以用于在安装环7转动的同时驱动两个伸缩柱10反复的伸缩，联动机构包括转动套接在钻杆1外周的活动齿圈9、转动连接在钻杆1顶面的固定轴和固定在固定轴顶部的联动齿轮21，联动齿轮21与活动齿圈9啮合，连接板12的一端与活动齿圈9的一侧外壁固接，固定轴的底部延伸至安装腔内并固定有转轮22，两个加固机构的螺纹套筒101的底部均延伸至安装腔内，且螺纹套筒101位于安装腔内的部分的外周套接有联动齿圈14，联动机构还包括安装在转轮22上用于驱动两个螺纹套筒101往复转动的驱动件，通过安装环7的转动来带动联动机构运行，从而达到在清理探孔内部泥土沙石的同时夯实探孔顶部土壤的目的。

驱动件包括固定在转轮22底面偏离圆心位置处的拨动柱27、套设在拨动柱27外周的固定框13和两个分别固定在固定框13两侧长边外壁上的齿条15，固定框13的内圈的长边长度大于转轮22的直径，拨动柱27的外周与固定框13的两侧长边内壁抵接，两个齿条15分别与两个螺纹套筒101上的联动齿圈14啮合，齿条15的外周活动套设有固定套20，且固定套20通过固定杆与安装腔的内壁固接，利用安装环7转动来带动活动齿圈9同步转动，活动齿圈9转动后再带动联动齿轮21转动，从而使得转轮22在安装环7转动的同时发生转动，转轮22转动后再通过拨动柱27驱动固定框13往复的摆动，从而使得齿条15往复地移动，齿条15移动后再驱动联动齿圈14转动，进而达到驱动螺纹套筒101往复转动的目的。

本实施例的实施原理为：在安装环7转动的同时会带动活动齿圈9同步转动，而活动齿圈9转动后会带动联动齿轮21转动，从而使得转轮22在安装环7转动的同时发生转动，转轮22转动后再通过拨动柱27驱动固定框13往复的摆动，从而使得齿条15往复的移动，齿条15移动后再驱动联动齿圈14转动，从而使得螺纹套筒101往复地转动，螺纹套筒101正转时，螺纹柱102上升，从而带动压板5上升，进而对探孔顶部的泥土进行夯实，反之，螺纹套筒101反转时，螺纹柱102下移，压板5与探孔顶部内壁。

实施例3

结合图1-图6，煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、在隧道18的前进面上做好标记，然后再将钻头16对准标记位置，之后再启动钻机19，利用钻头16在标记处进行开挖，从而形成探孔；

S2、在钻孔探查的同时启动探测机构和传动机构，随着钻杆1进入到探孔的内部，清理组件从而对探孔内坍落的泥土沙石进行清理，同时加固装置也随之运行，进而对探孔顶部的泥土进行夯实，避免在钻杆1行进的过程中出现泥土掉落的情况；

S3、探测雷达17将探测到的数据通过雷达波信号实时传递到外界控制终端，从而对地下情况进行计算和分析，从而达到隧道18前方的地质数据；

S4、探查结束后关停电机23和钻机19，然后再将钻杆1从探孔内退出。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于，包括：

钻孔机构，其包括钻机和安装在钻机上的钻杆，所述钻杆的头部安装有钻头，钻杆的内部开设有安装腔；

探测机构，其包括安装在钻杆外部的探测雷达和安装在钻杆外部的清理组件，所述清理组件包括通过固定环转动套接在钻杆外周的安装环、套接在钻杆外周的固定齿圈和两个设置钻杆两侧的绞龙，两个绞龙均分别通过安装板安装在安装环外圈上，且绞龙与安装板通过连接轴转动连接；

传动机构，其安装在所述安装板上并与绞龙和固定齿圈传动连接，以用于在绞龙在跟随安装环公转的同时驱动绞龙自转，所述传动机构包括固定在安装板一侧外壁上的连接板、转动连接在连接板上的传动轴和固定在传动轴一端的传动齿轮，所述传动齿轮与固定齿圈啮合，所述传动轴的另一端固定有锥齿轮一，所述连接轴的一端固定有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二；

加固机构，其数量设置为两个，且两个加固机构分别设于探测机构的前后两侧，所述加固机构包括安装在钻杆顶面的伸缩柱和固定在伸缩柱活动端顶部的压板，所述伸缩柱包括转动连接在钻杆顶面的螺纹套筒和螺接在螺纹套筒内部的螺纹柱，所述螺纹柱的顶部延伸至螺纹套筒的顶部上方，所述压板固定在螺纹柱的顶部；

联动机构，其安装在钻杆上并与安装环传动连接、以用于在安装环转动的同时驱动两个伸缩柱反复地伸缩，所述联动机构包括转动套接在钻杆外周的活动齿圈、转动连接在钻杆顶面的固定轴和固定在固定轴顶部的联动齿轮，所述联动齿轮与活动齿圈啮合，所述连接板的一端与活动齿圈的一侧外壁固接，所述固定轴的底部延伸至安装腔内并固定有转轮，两个加固机构的螺纹套筒的底部均延伸至安装腔内，且螺纹套筒位于安装腔内的部分的外周套接有联动齿圈，所述联动机构还包括安装在转轮上用于驱动两个螺纹套筒往复转动的驱动件；

所述固定环套接在钻杆的外周，所述安装环的内圈设有多个齿槽，且安装环与固定环的一侧转动连接，所述钻杆的外周开设有与安装腔连通的连接槽，所述安装腔内安装有电机，电机的输出轴的一端固定有主动齿轮，主动齿轮的外周穿过连接槽并与安装环的内圈啮合。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于，所述压板为弧形板，且压板的外圈朝上，所述压板的内圈与钻杆顶面之间安装有可伸缩的限位柱。

3.根据权利要求1所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于，所述驱动件包括固定在转轮底面偏离圆心位置处的拨动柱、套设在拨动柱外周的固定框和两个分别固定在固定框两侧长边外壁上的齿条，所述固定框的内圈的长边长度大于转轮的直径，拨动柱的外周与固定框的两侧长边内壁抵接，两个所述齿条分别与两个螺纹套筒上的联动齿圈啮合。

4.根据权利要求3所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置，其特征在于，所述齿条的外周活动套设有固定套，且固定套通过固定杆与安装腔的内壁固接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的煤矿巷道和隧道随钻钻孔雷达超前探测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在隧道前进面上做好标记，然后再将钻头对准标记位置进行钻孔，从而形成探孔；

S2、钻孔探查的同时启动探测机构和传动机构，从而对探孔内坍落的泥土沙石进行清理，同时也利用加固装置对探孔顶部的泥土进行夯实；

S3、探测雷达将探测到的数据通过雷达波信号实时传递到外界控制终端，从而对地下情况进行计算和分析；

S4、探查结束后再将钻杆从探孔内退出。