CN210370637U - 多功能支撑装置、掘进面地质超前探测系统及掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于掘进面地质探测设备领域，特别涉及一种多功能支撑装置、掘进面地质超前探测系统及掘进机，该掘进面地质超前探测系统包含：多功能支撑装置，及地质探测装置；所述多功能支撑装置包含固定臂，与固定臂连接的伸缩臂，及为伸缩臂提供支撑动力的支撑油缸，伸缩臂工作端与待支撑设备或待支撑面连接；固定臂与掘进机截割臂铰接，地质探测装置设于伸缩臂工作端。本实用新型通过利用与掘进机截割臂固定的多功能支撑装置将掘进面地质超前探测系统进行固定支撑，无需专用车辆或人工搬运，确保地质探测效率和探测安全，解决场地限制问题，满足实时性要求，适用性强，有效降低掘进作业安全事故，提高施工效率和施工质量，具有较强工程应用前景。

Description

多功能支撑装置、掘进面地质超前探测系统及掘进机

技术领域

本实用新型属于掘进面地质探测设备领域，特别涉及一种多功能支撑装置、掘进面地质超前探测系统及掘进机。

背景技术

掘进机直接应用于隧道、煤巷的断面开挖，掘进面前方地质情况复杂多变，存在不良地质因素和未知物体，如管道、人工构建物、暗河、孤石等。这些因素会造成掌子面塌方、涌水，轻则影响隧道的掘进速度，延误工期，增加施工成本和难度；重则机毁人亡，危害极大。因此，需要及时对开挖断面前方地质情况进行探测，提前了解地质特征，制定合理的掘进、支护和隐患排除措施。尤其是软岩地质条件下，掘进机日进尺很大的情况下，超前地质探测就更加必要。地质超前探测有多种方法，TSP超前地质设备昂贵，是较长距离超前地质预报方法(一般不超过200米)，工作时需要地震波震源，并需要沿隧道壁钻孔，对于掘进机快速掘进场景不适用。地质雷达是短距离超前地质预报方法(一般不超过50米)，雷达天线发射的是电磁波，测试前无需进行现场探测准备工作，本地实时对探测数据处理和分析，对于掘进机场景有较好的适应性。现阶段应用地质雷达进行隧道探测的主要使用专用的探测车辆进行，可对隧道的施工质量和地质变化进行探测，而开挖面的超前探测则一般采用人力搬运天线的方式来测量，这种方式在掘进面具有一定的危险性。地质雷达探测车辆在掘进面开展探测工作受场地限制，不能满足实时性要求，影响现场施工。

发明内容

为此，本实用新型提供一种多功能支撑装置、掘进面地质超前探测系统及掘进机，便于掘进施工中掘进面的探测，解决场地限制问题，满足实时性要求，适用性强，具有较好的工程应用前景。

按照本实用新型所提供的设计方案，一种多功能支撑装置，包含：固定臂，与固定臂连接的伸缩臂，及为伸缩臂提供支撑动力的支撑油缸，伸缩臂工作端与待支撑设备或待支撑面连接。

上述的，所述伸缩臂采用多级伸缩结构。

进一步地，本实用新型还提供一种掘进面地质超前探测系统，包含上述的多功能支撑装置，及地质探测装置；固定臂与掘进机截割臂铰接，地质探测装置设于伸缩臂工作端。

上述的系统中，所述地质探测装置包含与伸缩臂工作端固定用于探测地质待探测面的探测天线，安装于探测天线内用于获取探测天线与地质待探测面之间压力数据的压力传感器，及与压力传感器连接的控制器。

上述系统中，所述的伸缩臂工作端设置有与地质探测装置连接的旋转油缸，支撑油缸和旋转油缸液压油路中设有用于控制伸缩臂伸缩和旋转动作的液压阀组，液压阀组通过液压油路还连接有操作手柄。

上述系统中，所述旋转油缸包含用于地质探测装置左右角度调整的旋转油缸一，用于地质探测装置上下角度调整的旋转油缸二和用于地质探测装置前后角度调整的旋转油缸三。

上述系统中，所述地质探测装置还包含与控制器连接的报警模块，控制器根据压力阈值判定压力传感器获取到的压力数据是否超限，针对超限情形，控制器触发报警模块进行报警提示。

上述系统中，所述地质探测装置还包含用于收发探测数据的无线发射模块和无线接收模块，及用于显示探测数据的显示模块；无线发射模块与探测天线连接，无线接收模块与显示模块连接。

上述系统中，所述地质探测装置还包含与伸缩臂工作端固定用于防护探测天线的保护壳体，保护壳体底部周边设置有若干用于探测后与截割臂减震固定的减震垫

进一步地，本实用新型还提供一种掘进机，该掘进机上设置有上述的掘进面地质超前探测系统。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型中多功能支撑装置，可作为截割地质探测的支撑臂，便于对截割面地质探测；或根据实际作业需求，可作为与掘进机一体的隧道支护架梁，便于掘进作业中的支撑拱架，确保施工作业的安全性，适用性强。

2、针对现有掘进施工中通过专用探测车辆或人工搬运探测设备来进行地质探测等的情形，本实用新型通过利用与掘进机截割臂固定的多功能支撑装置将掘进面地质超前探测系统进行固定支撑，无需专用车辆或人工搬运，确保地质探测效率和探测安全。

3、本实用新型掘进面地质超前探测系统中通过探测天线和压力传感器来获取探测数据，控制器对探测数据进行分析处理，将超过压力阈值的数据进行及时反馈和报警提醒，截割作业的顺利进行，避免安全事故发生，保证施工作业安全性；并进一步通过支撑油缸和旋转油缸来控制探测天线的伸缩和旋转，并通过操作手柄进行相应的调节控制，以实现不同探测断面位置的地质探测目的，实现掘进机掘进面复杂现场环境下的快速超前地质探测功能，尤其在软岩、围岩等地质条件复杂、日进尺量大的施工场地，具有较好的工程应用前景；并通过无线发射模块和无线接收模块对探测数据进行收发处理，便于掘进机驾驶室电控系统及移动终端设备对数据的及时接收和处理，保证数据传输的及时性和有效性。

附图说明：

图1为实施例中多功能支撑装置示意图；

图2为实施例中掘进面超前地质探测系统安装示意图；

图3为实施例中掘进面超前地质探测系统安装侧视图；

图4为实施例中地质探测装置示意图；

图5为实施例中探测天线示意图；

图6为实施例中探测天线安装示意图；

图7为实施例中探测天线安装俯视图；

图8为实施例中掘进面超前地质探测流程示意图。

具体实施方式：

图中标号，标号1代表固定臂，标号2代表伸缩臂，标号3代表支撑油缸，标号4代表掘进机，标号5代表多功能支撑装置，标号6代表地质探测装置，标号61代表保护壳体，标号62、63、64分别代表旋转油缸，标号65代表压力传感器。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型实施例，参见图1所示，提供一种多功能支撑装置，包含：固定臂，与固定臂连接的伸缩臂，及为伸缩臂提供支撑动力的支撑油缸，伸缩臂工作端与待支撑设备或待支撑面连接。该多功能支撑装置结构简单，设计科学、合理，可作为截割地质探测的支撑臂，便于对截割面地质探测；或根据实际作业需求，可作为与掘进机一体的隧道支护架梁，便于掘进作业中的支撑拱架，确保施工作业的安全性，适用性强。

进一步地，为更好满足实际作业中的支撑需求，本实用新型实施例多功能支撑装置中，伸缩臂可采用多级伸缩结构，可采用现有多节伸缩臂和多级伸缩油缸来实现多级伸缩功能，应用范围广。

进一步地，参见图2和3所示，本实用新型实施例还提供一种掘进面地质超前探测系统，包含上述的多功能支撑装置，及地质探测装置；固定臂与掘进机截割臂铰接，地质探测装置设于伸缩臂工作端。避免现有掘进施工中通过专用探测车辆或人工搬运探测设备来进行地质探测存有安全隐患、效率低等的情形，通过利用与掘进机截割臂固定的多功能支撑装置将掘进面地质超前探测系统进行固定支撑，无需专用车辆或人工搬运，确保地质探测效率和探测安全。

进一步地，本实用新型实施例中，参见图4所示，地质探测装置包含与伸缩臂工作端固定用于探测地质待探测面的探测天线，安装于探测天线内用于获取探测天线与地质待探测面之间压力数据的压力传感器，及与压力传感器连接的控制器。通过探测天线和压力传感器获取待探测面地质数据，并传输给控制器，由控制器对数据进行分析存储和上传，保障探测数据的及时有效性；压力传感器根据实际使用需要，可采用多点安装来获取探测天线与待探测面压力数据；直接通过压力传感器获取探测天线前端面压力数据；设计科学、合理，满足掘进面地质探测需求。

进一步地，本实用新型实施例中，参见图5所示，伸缩臂工作端设置有与地质探测装置连接的旋转油缸，支撑油缸和旋转油缸液压油路中设有用于控制伸缩臂伸缩和旋转动作的液压阀组，液压阀组通过液压油路还连接有操作手柄。操作手柄可设置于驾驶室内，驾驶室内工作人员可通过直接操作操作手柄来控制位于伸缩臂工作端的地质探测装置伸缩和旋转，通过有液压油缸的伸缩转动将探测天线支撑至指定截割断面位置，以适应探测天线和待探测面的直接接触，便于较好地获取地质探测数据。

进一步地，本实用新型实施例中，参见图6和7所示，旋转油缸包含用于地质探测装置左右角度调整的旋转油缸一，用于地质探测装置上下角度调整的旋转油缸二和用于地质探测装置前后角度调整的旋转油缸三。通过三个旋转油缸，根据不同探测断面位置，调整旋转油缸的旋转位置和角度，达到探测天线前端面与待探测隧道断面并行且尽量靠近的目的，以较准确地获取待探测隧道断面地质数据，适用性强。

进一步地，本实用新型实施例中，地质探测装置还包含与控制器连接的报警模块，控制器根据压力阈值判定压力传感器获取到的压力数据是否超限，针对超限情形，控制器触发报警模块进行报警提示，提醒操作人员及时了解到待探测面地质超限情形，以便及时进行防护等措施。

进一步地，参见图4所示，本实用新型实施例中，地质探测装置还包含用于收发探测数据的无线发射模块和无线接收模块，及用于显示探测数据的显示模块；无线发射模块与探测天线连接，无线接收模块与显示模块连接。探测天线的供电可使用内部的电源供电，也可使用掘进机供电系统的电源供电。为了减少安装接线时间，达到快速安装探测目的而使用天线内部电源供电时，探测天线通过无线发射模块，将探测回波数据及压力传感器超限信号无线发送至无线接收模块。压力传感器安装于探测天线内部，用于检测探测天线与待探测面的压力，防止探测时误操作损坏探测天线，当压力传感器检测信号超过设定阈值时，液压阀组控制天线支撑臂油缸停止动作。无线接收模块和显示模块，可安装于掘进机驾驶室位置，可由掘进机电控系统供电，也可不安装于掘进机上，同样的由内置电源供电时，具有无线信号接收功能，接收探测天线发送的探测回波数据传感器超限信号，同时对回波数据进行处理显示，对压力传感器超限信号进行报警提示。当掘进机电控系统中具有工控一体机时，探测信号接收处理显示功能可在工控一体机上实现。

进一步地，本实用新型实施例中，地质探测装置还包含与伸缩臂工作端固定用于防护探测天线的保护壳体，对于频繁探测掘进面地质信息的使用场景，通过保护壳体来防止掘进机掘进过程中落石损害，保护壳体底部周边设置有若干用于探测后与截割臂减震固定的减震垫或减震器，减震垫或减震器根据实际使用需求可安装在保护壳体四个角上，在不需要探测时通过拆卸保护壳体将地质探测装置从支撑臂拆卸下来，以便将地质探测装置安装在截割部合适位置，减震垫或减震器适用于保护壳体和截割部的减震，起到对地质探测装置内部件的减震保护效果。

进一步地，本实用新型实施例还提供一种掘进机，该掘进机上设置有上述的掘进面地质超前探测系统，以满足复杂现场环境下快速超前地质探测功能，尤其是在软岩、围岩等地质条件复杂、日进尺量大的环境下施工，具有加好的应用前景。参见图8所示，在进行地质探测时，首先需要掘进机停止工作、截割臂卧底，然后安装地质探测装置并对其进行供电，设置好探测参数如压力阈值等，开启油泵电机，然后通过操作操作手柄控制支撑臂油缸实现探测天线的伸缩旋转，达到待探测面的地质探测目的，并对探测结果进行分析显示，当超过设定压力阈值时，锁定支撑臂油缸动作，停止探测扫描，进行报警提醒，否则，结束探测，保存探测数据，进行地质探测装置拆卸，或接着操作操作手柄继续进行其他待探测面的地质探测作业。使用中，可根据实际环境需求参数设置的可选范围如下：探测天线的频率选择100MHz，时窗为800ns，扫描速率与支撑臂的移动速度匹配，介电常数选择范围为4-9，并根据截割断面的水分情况进行调整，与含水量成正比。为避免电磁干扰，进行超前探测时掘进机除油泵电机外，所有电机及电气件停止工作，且处于电气锁定状态，当天线支撑臂调整范围不足时，通过调整截割臂的支撑回转位置进行。探测天线支撑臂可采用通用结构，当不使用超前探测功能时，天线可拆卸，用于隧道支护架梁使用。为了扩展探测天线移动范围，可将支撑臂设计成在支撑臂底部除支撑油缸外，增加回转油缸，使得支撑臂整体具有回转自由度；探测天线与探测数据接收装置(如控制器、移动终端设备或掘进机电控系统等)可采用有线连接或无线通讯方式。在实际掘进现场需要的情况下，地质探测装置可作为掘进机设备的一部分不进行拆卸过程，并加装防护外壳进行保护；压力传感器的安装形式可采用多点安装，或采用将天线前端面整体压力传导至压力传感器的方案实现，以达到待探测面的地质探测需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种掘进面地质超前探测系统，其特征在于，包含多功能支撑装置，及地质探测装置；固定臂与掘进机截割臂铰接，地质探测装置设于伸缩臂工作端；多功能支撑装置包含：固定臂，与固定臂连接的伸缩臂，及为伸缩臂提供支撑动力的支撑油缸，伸缩臂工作端与待支撑设备或待支撑面连接。

2.根据权利要求1所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述地质探测装置包含与伸缩臂工作端固定用于探测地质待探测面的探测天线，安装于探测天线内用于获取探测天线与地质待探测面之间压力数据的压力传感器，及与压力传感器连接的控制器。

3.根据权利要求1或2所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述的伸缩臂工作端设置有与地质探测装置连接的旋转油缸，支撑油缸和旋转油缸液压油路中设有用于控制伸缩臂伸缩和旋转动作的液压阀组，液压阀组通过液压油路还连接有操作手柄。

4.根据权利要求3所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述旋转油缸包含用于地质探测装置左右角度调整的旋转油缸一，用于地质探测装置上下角度调整的旋转油缸二和用于地质探测装置前后角度调整的旋转油缸三。

5.根据权利要求2所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述地质探测装置还包含与控制器连接的报警模块，控制器根据压力阈值判定压力传感器获取到的压力数据是否超限，针对超限情形，控制器触发报警模块进行报警提示。

6.根据权利要求2所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述地质探测装置还包含用于收发探测数据的无线发射模块和无线接收模块，及用于显示探测数据的显示模块；无线发射模块与探测天线连接，无线接收模块与显示模块连接。

7.根据权利要求2所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述地质探测装置还包含与伸缩臂工作端固定用于防护探测天线的保护壳体，保护壳体底部周边设置有若干用于探测后与截割臂减震固定的减震垫。

8.根据权利要求1所述的掘进面地质超前探测系统，其特征在于，所述伸缩臂采用多级伸缩结构。

9.一种掘进机，其特征在于，该掘进机上设置有权利要求1~8任一项所述的掘进面地质超前探测系统。

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