CN215984374U - 一种岩体钻孔侧表面结构测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用公开一种岩体钻孔侧表面结构的测量装置，涉及岩体测量技术领域，旨在解决岩体钻孔电视测量的缺陷问题，其技术方案要点是：包括柱形的壳体，壳体的外周设置环形分布的若干电磁探针，所述电磁探针包括可弹性伸缩的针体，所述针体的针端用于抵压钻孔内侧表面；所述壳体的外周设置导向轮组，所述导向轮组用于滚动抵压于钻孔内侧表面。本实用采用机械式的探测结构，测试结果准确；环境适用性好，能够在干孔、清水孔和浑浊水孔等检测环境中使用。

Description

一种岩体钻孔侧表面结构测量装置

技术领域

本实用涉及岩体测量技术领域，更具体地说，它涉及一种岩体钻孔侧表面结构测量装置。

背景技术

岩体是指在一定工程范围内，由包含软弱结构面的各类岩石所组成的具有不连续性、非均质性和各向异性的地质体。软弱结构面三要素为倾向、倾角和隙宽，这三要素对大型的水坝、边坡和地下工程等建设具有重大的影响，为了相对准确的了解岩体内部各位置的结构面特征和数量，需要对岩体内部结构的各位置进行试验检测。

在岩体上钻孔是解决这一问题的主要技术手段，一方面钻探获取的岩芯按照前后(此处可理解为深度)顺序依次摆开，观察不同深度的岩芯来判断岩石种类和岩石风化程度；另一方面在钻孔内放置钻孔电视可以一定程度上观察结构面的特征和分布。

但是，钻孔电视测试的过程存在一些缺点：(1)钻孔电视要求干孔或清水，保持所电视检测的钻孔相对清洁，但是有时很难达到，会增加工期和成本；(2) 钻孔电视采用光学原理成像，当镜头附着水滴时，由于光的折射，裂隙方位角和倾角的测试结果会出现很大的偏差，导致测试结果偏差较大，影响测试的准确性。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

实用新型内容

本实用的目的在于解决上述问题而提供一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，采用机械式的探测结构，测试结果准确；环境适用性好，能够在干孔、清水孔和浑浊水孔等检测环境中使用。

本实用的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，包括柱形的壳体，壳体的外周设置环形分布的若干电磁探针，所述电磁探针包括可弹性伸缩的针体用于检测针体伸缩量的探测传感器，所述针体的针端用于抵压钻孔内侧表面；所述壳体的外周设置导向轮组，所述导向轮组用于滚动抵压于钻孔内侧表面。

本实用新型进一步设置为，所述电磁探针还包括用于部分容纳针体的探针壳，针体从探针壳的通孔伸出，所述探针壳内设探测腔，针体穿过探测腔，所述探测腔内部设置探测传感器，针体上设置有与探测传感器适配的探测触点。

本实用新型进一步设置为，所述探针壳内设收纳腔，收纳腔内滑动连接有导向块，所述导向块与针体固定，所述收纳腔内设置有用于推动针体伸出的推动弹簧。

本实用新型进一步设置为，所述收纳腔远离针体的一端设置电磁铁，所述导向块上固定有用于与电磁铁磁性吸附的磁吸块。

本实用新型进一步设置为，所述导向轮组包括若干滚轮，所述壳体上设置用于滚轮伸出的通道，所述滚轮可部分伸出壳体外与钻孔内侧表面相抵，并沿钻孔轴向滚动。

本实用新型进一步设置为，所述导向轮组还包括支撑架、导滑组件和调节组件，所述滚轮转动连接于支撑架上，所述导滑组件设于通道和支撑架之间，用于在通道内对支撑架及滚轮滑动导向；所述调节组件用于调节滚轮伸出通道的位置。

本实用新型进一步设置为，所述调节组件包括可沿壳体轴向调节的推动块，所述推动块与支撑架上设置有相互抵压的斜面，所述斜面用于将推动块的轴向运动转化为支撑架的径向运动。

本实用新型进一步设置为，所述调节组件还包括沿壳体轴向转动的螺杆以及用于驱动螺杆的调节电机，所述推动块螺纹连接于螺杆，推动块与支撑架的斜面上设置滑动适配的导向槽。

本实用新型进一步设置为，所述导向轮组设置两组，分别设置于电磁探针的两侧；至少一组导向轮组件中设置驱动组件，所述驱动组件用于驱动对应组导向轮组中滚轮转动。

本实用新型进一步设置为，所述壳体的外侧设置直线调节器，所述直线调节器包括调节座、调节块和调节传感器，用于对钻孔内的壳体纠偏。综上所述，本实用具有以下有益效果：

该测量装置采用机械式的电磁，能够对岩样钻孔内周面进行检测，通过针体与内侧面进行抵压识别，能够准确可靠地测到岩体钻孔侧表面结构面倾向、倾角和隙宽，测试结果准确；而且环境适用性好，能够在干孔、清水孔和浑浊水孔等检测环境中使用。

附图说明

图1为本实用一种岩体钻孔侧表面结构测量装置的立体结构示意图；

图2为本实用一种岩体钻孔侧表面结构测量装置的剖视图；

图3为本实用的导向轮组的结构示意图一；

图4为本实用的导向轮组的结构示意图二；

图5为本实用的电磁探针的结构示意图；

图6为本实用的直线调节器的结构示意图；

图7为本实用的主动轮的结构示意图；

图8为本实用的驱动组件的结构示意图；

图9为岩样钻孔内侧面的结构示意图。

附图标记：

1、壳体；2、导向轮组；3、电磁探针；4、直线调节器；5、控制模块；6、信号传输及牵引线；7、裂隙；10、滚轮；11、通道；12、支撑架；13、滑块； 14、滑轨；15、复位弹簧；16、调节电机；17、推动块；18、螺杆；19、驱动电机；20、斜面；21、导向槽；30、从动轮；31、主动轮；32、张紧轮；33、传动带；34、弹性座；35、张紧杆；36、挡块；37、张紧弹簧；38、联轴接头； 39、齿轮组；301、针体；302、通孔；303、探针壳；304、探测腔；305、探测触点；306、探测传感器；307、收纳腔；308、导向块；309、推动弹簧；310、磁吸块；311、电磁铁；401、调节座；402、调节块；403、调节腔；404、调节弹簧；405、调节传感器；406、调节触点。

具体实施方式

下面将结合本实用实施例中的附图，对本实用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实用一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用中的实施例，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，都属于本实用保护的范围。

本实施例公开一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，如图1、2所示，包括圆柱形的壳体1，在壳体1的外周安装环形均匀分布的电磁探针3，可将壳体1塞入岩体的钻孔内，通过电磁探针3能够对岩体钻孔侧表面的结构进行测试。

其中，电磁探针3包括针体301，针体301可弹性伸缩，或缩入或伸出，针体301的针端能够弹性抵压在钻孔内侧表面，根据钻孔侧表面的结构产生适应性变化，并通过传感器记录对应电磁探针3的弹性伸缩变化，从而得到钻孔侧表面的倾向、倾角和隙宽等参数；随着测量装置在岩体钻孔内移动，能够对整个岩体钻孔进行测试，得到岩体内部的特征和分布。为了保持壳体1在孔内移动的稳定性，可将针体301设置成倾斜的结构。

在壳体1的外周还可安装导向轮组2，导向轮组2能够滚动抵压在钻孔内侧表面，对测量装置进行导向，保持壳体1在钻孔内稳定移动，提高电磁探针3 的测试精度和准确性；为了便于测量装置能够在钻孔内移动，可在导向轮组2 上安装驱动电机19以及传动部件，从而驱动测量装置能够稳定地在岩体钻孔内活动，从而实现岩体参数的自动测量。

该电磁探针3具有一个探针壳303，针体301伸入探针壳303当中，可被部分容纳，针体301的尖端部分从探针壳303的通孔302伸出，或者在收缩时完全缩入探针壳303当中，保持壳体1外周相对光滑，能够更加顺畅地伸入钻孔当中；

如图5所示，该探针壳303内设探测腔304，针体301穿过探测腔304，在探测腔304与探针之间通过探测传感器306，检测识别针体301伸出的长度；例如，探测传感器306为位移传感器或其他类似传感元件；在探测腔304内壁上安装探测传感器306，针体301上则安装有适配的探测触点305，通过探测触点305与探测传感器306的适配，得到针体301伸缩位置的信号；

在探针壳303内还开设收纳腔307，收纳腔307内滑动连接有导向块308，将针体301的局部位置与导向块308固定，从而能够对针体301的伸缩活动进行导向，保持针体301的稳定性，并在收纳腔307内安装推动弹簧309，推动弹簧309能够弹性针体301始终保持向外顶出的状态，从而在工作是能够保持针体301的外侧尖端能够始终抵在钻孔内侧面上，保持针体301尖端轮廓与钻孔内侧表面吻合，从而提高测试的准确性；

在将测试装置放入岩体的钻孔当中时，需要将针体301进行收缩，可采用电磁的方式进行控制；在收纳腔307远离针体301的一端安装电磁铁311，并在导向块308上固定安装磁性快，磁吸块310可为铁质材料，可与导向块308一体，也可单独安装；通过电磁铁311和磁吸块310之间的磁性吸附，能够控制针体301的收缩情况；

当电磁体具有磁性时，电磁铁311对磁吸块310的磁力克服推动弹簧309 的弹性，导向块308连带针体301一同吸引，针体301缩入探测壳内，可将测试装置整个放入岩体的钻孔当中；当电磁铁311磁性不具有磁性时，推动弹簧 309将导向块308和针体301顶出，针体301尖端与钻孔内侧表面相抵，对钻孔内周面进行测试。

可在壳体1内安装控制模块5，探测传感器306、电磁铁311与控制模块5 电信号连接，能够对探测传感器306的型号进行处理；同时，通过壳体1的一端连接信号传输及牵引线6，通过信号传输及牵引线6连接外接的控制电脑，对检测识别到的信号进行测试记录，从而得到钻孔内侧表面的结构特征和分布；可在导向轮组2的滚轮10上安装角速度传感器，将该传感器也与控制模块5电信号连接，记录滚轮10的滚过的距离，并可得到测量装置在岩体钻孔内经过的长度，即钻孔的深入；通过钻孔长度的参数与钻孔内侧表面的结构参数相互结合，即可得到钻孔内侧表面的具体结构特征参数，将轴向的位移信号和电磁探针3的检测型号记录在环形坐标系中。

如图2所示，导向轮组2则包括若干滚轮10，各滚轮10环形阵列分布在壳体1的外周，根据钻孔测试的孔径情况，滚轮10的数量一般为6-8个；在壳体 1上开设通道11，滚轮10能够局部从通道11当中伸出壳体1外，并与钻孔内侧表面相抵，形成与钻孔内侧，沿着钻孔的轴向滚动。

导向轮组2当中的滚轮10能够进行伸缩调节，从而使得壳体1能够根据钻孔的大小进行适应性调节，保持测量装置在钻孔内的稳定性，保持电磁探针3 与岩体钻孔内周面的准确性。

如图3、4所示，导向轮组2当中还包括支撑架12、导滑组件和调节组件，且与各滚轮10之间一一对应；在壳体1外侧的通道11的内侧开设空腔，支撑架12通过导滑组件滑动连接在壳体1内，并可沿着壳体1的径向滑动调节；滚轮10转动连接在支撑架12上，从而能够对滚轮10进行径向扩张和调节；

该导滑组件安装在通道11和支撑架12之间，从而使得调节滚轮10能够伸出通道11的位置或缩入通道11当中；导滑组件包括滑动适配的滑块13和滑轨 14，滑轨14安装在壳体1的空腔内部，并呈径向走向，滑块13则固定安装在支撑架12上，实现滑动适配。

调节组件能够对支撑架12进行调节，具体包括推动块17，推动块17可沿壳体1轴向调节的，并在推动块17与支撑架12上设置相互抵压的斜面20，通过斜面20的抵压，能够将推动块17的轴向运动转化为支撑架12的径向运动，从而实现支撑块、滚轮10的经线位移活动；在壳体1的空腔内安装复位弹簧15，通过复位弹簧15能够抵压在滑块13上，从而实现滑块13壳体1的轴向方向移动，便于将滚轮10缩入壳体1当中。

调节组件还包括调节电机16和螺杆18，通过调节电机16对推动块17的轴线升降进行调节，螺杆18与壳体1同轴，调节电机16的输出端与螺杆18传动连接，能够驱动螺杆18转动，推动块17则螺纹连接于螺杆18上，形成螺纹丝杆结构，从而能够实现推动块17的轴向升降；为了提高推动块17与支撑块之间的调节稳定性，可在推动块17与支撑架12上相对的斜面20上开设相互适配的导向槽21，能够保持支撑块和支撑架12之间的调节稳定性。

为了保持壳体1在岩体钻孔内的移动稳定性，可将导向轮组2为两组，分别位于靠近柱型壳体1的两端位置；并可将电磁探针3安装在两侧导向轮组2 之间的位置，从而能够在稳定的支撑作用下，保持电磁探针3的稳定性。而且在导向轮组2中各滚轮10的伸缩动作还可采用液压或气压的驱动方式，在此就不赘述。

该测量装置在检测时可通过壳体1一端连接的信号传输及牵引线6进行牵引，从而实现沿着钻孔的移动，此时，可在信号传输及牵引线6上安装牵引的位移传感器，从而能够检测测量装置在钻孔内位移情况的监测。也可在至少一组导向轮组2件中安装驱动组件，驱动组件能够驱动对应组导向轮组2中滚轮 10转动，从而实现测试装置的在钻孔内升降。

如图2所示，驱动组件包括驱动电机19，而且驱动电机19的数量可与驱动电机19与滚轮10一一对应；驱动电机19安装在支撑架12上，驱动电机19的输出端与滚轮10连接，通过驱动电机19能够驱动滚轮10转动；该驱动电机19 与控制模块5之间电信号连接，从而能够控制测试装置的升降运动。

如图7、8所示，该驱动组件可以采用单电机驱动的结构，具体包括驱动电机19，以及与滚轮10数量对应的从动轮30、主动轮31、张紧轮32和传动带 33，其中从动轮30与滚轮10同轴安装在支撑架12上，主动轮31转动安装在壳体1内腔中，在从动轮30和主动轮31之间通过传动带33传动连接，并通过张紧轮32张紧；

而各主动轮31呈环形阵列分布的结构，在各主动轮31之间并通过万向联轴接头38传动连接，而在在其中一个主动轮31附件安装驱动电机19，通过齿轮组39将驱动电机19与主动轮31之间传动连接，在主动轮31、传动轮以及传动带33之间传动，以实现滚轮10的驱动；

该张紧轮32通过弹性组件安装，使得张紧轮32形成弹性升降的结构；弹性组件具体包括弹性座34、张紧杆35以及张紧弹簧37，弹性座34固定于壳体 1内，张紧杆35则滑动安装在弹性座34，能够实现升降滑动，张紧杆35上固定连接挡块36，张紧弹簧37弹性抵压在弹性座34和挡块36之间，使得张紧轮 32能够在保持传动带33张紧的情况下，还能够进行调节，以实现支撑架12以及滚轮10在沿着通道11在壳体1内外活动调节过程中，始终能够保持滚轮10 的传动和稳定。

为了保持电磁探针3的测试的可靠性，需要保持测量装置在岩体钻孔内移动过程中保持每个电磁探针3处于同一深度位置，即需要壳体1在岩体钻孔内尽量保持钻孔的同轴，测量装置需要处于尽量居中位置，直线调整器可以很好的解决这一问题。

如图2、6所示，在壳体1的外侧安装直线调节器4，直线调节器4具体包括调节座401、调节块402和调节传感器405，能够对壳体1的偏转情况进行检测，并通过调节传感器405与控制模块5之间电信号连接，能够将壳体1的偏转情况进行识别，从而对壳体1进行纠偏，保持壳体1的居中稳定；

调节座401安装壳体1的外周，一般可环形阵列分布3-6个；在调节座401 上开设朝向外侧的调节腔403，调节块402一端滑动连接在调节腔403内，并在调节腔403和调节块402之间通过调节弹簧404弹性连接，保持调节块402向外的弹性，能够与调节块402与岩体钻孔内周面的抵压测距；可在调节腔403 安装调节传感器405，例如采用距离相关的传感器，活动的调节块402上则安装适配的调节触点406，通过壳体1外周的各调节传感器405能够检测壳体1靠近各侧的距离，通过对比即可得到壳体1的偏移或倾倒情况；当各调节传感器405检测到的距离差值达到预设值，随即控制对应侧驱动滚轮10的旋转方向，可将壳体1调节至居中居正的状态，从而提高测量的准确性。该直线调节器4使用于滚轮10由单独驱动电机19控制的状态，也可在直线调节器4当中安装可伸缩的推动结构，对调节块402的伸缩程度进行调节，从而保持壳体1在钻孔内居中的状态，在此处就不多赘述。

本实施例还公开一种岩体钻孔侧表面结构的测量方法，采用上述的测量装置进行测量，测量步骤包括如下：

(1)采用钻孔设备，在岩体上钻取测量所需的孔洞，孔洞的直径稍大于壳体1的外径；

(2)电磁探针3当中的电磁铁311通电，磁力拉动针体301回缩，回缩至壳体1上的探针壳303内，环形阵列的所有电磁探针3都属于回缩状态；

(3)将测量装置插入岩体钻孔中，下放到指定位置，控制模块5调节辊轮从通道11伸出，使两组导向轮组2中的十六个滚轮10匀速缓慢伸出并顶住钻孔孔壁；

(4)断开电磁探针3中电磁铁311的供电，在推动弹簧309的驱动下电磁探针3释放针体301，环形阵列的所有针体301向外抵压钻孔的孔壁，电磁探针 3当中的探测传感器306检测到位置信息，并记录此时针体301的位置信息记录为0点；

(5)先检查测试装置的信号传输是否正常，而后，缓慢控制信号传输及牵引线6或自动驱动，测量装置缓慢向孔口方向移动，对钻孔内侧壁的结构和特征进行测量。在测量装置移动过程中，通过直线调整器进行纠偏调节，保持在钻孔内的居中摆正情况，提高测量的准确性。

如图9中D到裂隙7和B到裂隙7的过程，当遇到裂隙7时，由于裂隙7 会有一定的深度，则环形阵列电磁探针3的针体301会继续释放，此时探测传感器306会监测到这一释放过程，可在程序中提前假定的针体301释放为正并在坐标系中记录该信号；如图9中裂隙7到C和裂隙7到A的过程，当测试装置继续移动时，电磁探针3的针体301会回缩，至0点位置。

在整个测量工作过程中，环形阵列的电磁探针3通过各自的工作状态，将生成的正信号记录在环形坐标系中。通过分析环形坐标中的正信号点信息，即可得出此钻孔中岩体不同深度的结构面的倾向、倾角和隙宽。

以上所述仅是本实用的优选实施方式，本实用的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用思路下的技术方案均属于本实用的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用的保护范围。

Claims (10)

1.一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，包括柱形的壳体(1)，壳体(1)的外周设置环形分布的若干电磁探针(3)，所述电磁探针(3)包括可弹性伸缩的针体(301)用于检测针体(301)伸缩量的探测传感器(306)，所述针体(301)的针端用于抵压钻孔内侧表面；所述壳体(1)的外周设置导向轮组(2)，所述导向轮组(2)用于滚动抵压于钻孔内侧表面。

2.根据权利要求1所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述电磁探针(3)还包括用于部分容纳针体(301)的探针壳(303)，针体(301)从探针壳(303)的通孔(302)伸出，所述探针壳(303)内设探测腔(304)，针体(301)穿过探测腔(304)，所述探测腔(304)内部设置探测传感器(306)，针体(301)上设置有与探测传感器(306)适配的探测触点(305)。

3.根据权利要求2所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述探针壳(303)内设收纳腔(307)，收纳腔(307)内滑动连接有导向块(308)，所述导向块(308)与针体(301)固定，所述收纳腔(307)内设置有用于推动针体(301)伸出的推动弹簧(309)。

4.根据权利要求3所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述收纳腔(307)远离针体(301)的一端设置电磁铁(311)，所述导向块(308)上固定有用于与电磁铁(311)磁性吸附的磁吸块(310)。

5.根据权利要求2所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述导向轮组(2)包括若干滚轮(10)，所述壳体(1)上设置用于滚轮(10)伸出的通道(11)，所述滚轮(10)可部分伸出壳体(1)外与钻孔内侧表面相抵，并沿钻孔轴向滚动。

6.根据权利要求5所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述导向轮组(2)还包括支撑架(12)、导滑组件和调节组件，所述滚轮(10)转动连接于支撑架(12)上，所述导滑组件设于通道(11)和支撑架(12)之间，用于在通道(11)内对支撑架(12)及滚轮(10)滑动导向；所述调节组件用于调节滚轮(10)伸出通道(11)的位置。

7.根据权利要求6所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述调节组件包括可沿壳体(1)轴向调节的推动块(17)，所述推动块(17)与支撑架(12)上设置有相互抵压的斜面(20)，所述斜面(20)用于将推动块(17)的轴向运动转化为支撑架(12)的径向运动。

8.根据权利要求7所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述调节组件还包括沿壳体(1)轴向转动的螺杆(18)以及用于驱动螺杆(18)的调节电机(16)，所述推动块(17)螺纹连接于螺杆(18)，推动块(17)与支撑架(12)的斜面(20)上设置滑动适配的导向槽(21)。

9.根据权利要求1所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述导向轮组(2)设置两组，分别设置于电磁探针(3)的两侧；至少一组导向轮组(2)件中设置驱动组件，所述驱动组件用于驱动对应组导向轮组(2)中滚轮(10)转动。

10.根据权利要求1所述一种岩体钻孔侧表面结构测量装置，其特征在于，所述壳体(1)的外侧设置直线调节器(4)，所述直线调节器(4)包括调节座(401)、调节块(402)和调节传感器(405)，用于对钻孔内的壳体(1)纠偏。

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