一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统，其特征在于：包括pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、声波信号接收装置、信号发射装置、信号接收及处理装置、定位器、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母；所述pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母依次连接固定，所述的钻杆上设有声波信号接收装置、信号发射装置，应力传感器和声波信号接收装置分别与信号发射装置相连，信号发射装置将应力传感器和声波信号接收装置采集的信号发送到信号接收及处理装置。本实用新型专利技术能够自动识别围岩松动圈，可以节约大量的锚杆材料，并达到较好的锚固效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及地下工程锚杆支护领域，尤其涉及一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统。
技术介绍
井下巷道开挖后破坏了原岩应力平衡状态，从而会引起巷道周边径向应力下降为零，围岩强度明显下降，并出现应力集中现象。当这种集中应力超过围岩强度之后，在巷道周边围岩所形成的破碎带便是围岩松动圈。其物理状态表现为岩体裂缝的增加及其应力水平的降低。因而在目前的锚杆支护系统中，往往需要了解围岩的松动圈的范围后才能进行合理支护参数的设计。围岩松动圈通常具有一定的形状，当围岩为各项同性时，垂直应力与水平应力相等则为圆形，否则为椭圆形；当围岩非同性时，松动圈不规则。随着巷道开挖向深部进行，围岩力学特性往往表现为非线性的，这也就导致了蝶形等各种松动圈形状的出现。在锚杆锚固理论中，要实现锚杆的有效锚固，就必须使锚杆锚头锚固在松动圈以外的岩层中，以达到安全支护的目的。由于目前深部地下工程中松动圈形状的不规则，为节约锚杆材料和为达到较好的锚固效果，通常需要对巷道围岩不同位置松动圈进行测量。目前锚杆安装时很难实现松动圈的自动识别，通常是由工人凭借经验，依据钻孔声音和进孔的难易度来确定，有时确定的松动圈范围不够准确，存在着较大的安全隐患。另外，准确识别需要提前进行单独的松动圈范围的测定，工序繁琐，费时费力。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统。本技术解决上述技术问题采用的技术方案是：一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统，其特征在于：包括pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、声波信号接收装置、信号发射装置、信号接收及处理装置、定位器、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母；所述pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母依次连接固定，所述的钻杆上设有声波信号接收装置、信号发射装置，应力传感器和声波信号接收装置分别与信号发射装置相连，信号发射装置将应力传感器和声波信号接收装置采集的信号发送到信号接收及处理装置。上述的带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统中，所述的声波信号接收装置在钻杆两侧各有一个，在其周围设有防震器，声波信号接收装置通过导线与信号发射装置相连。上述的带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统中，所述的钻杆上设有定位器。上述的带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统中，所述的信号接收及处理装置包括信号接收模块、信号处理模块、存储模块、电平转换模块、指示灯，信号接收模块、存储模块以及电平转换模块分别与信号处理模块相连，电平转换模块的输出端接指示灯。本技术的有益效果在于：本技术在锚杆支护系统中加装应力传感器以及声波信号接收装置，并将采集的应力和声波信号通过发送装置发送到信号接收及处理装置，这样锚杆支护系统能够自动识别围岩松动圈，免去工人凭借经验，依据钻孔声音和进孔的难易度来确定松动圈范围，导致有时松动圈范围不够准确，存在着较大的安全隐患的问题。另外，由于目前深部地下工程中松动圈形状的不规则，自动识别松动圈后能够节约大量的锚杆材料，同时达到较好的锚固效果。附图说明图1为本技术的结示意图。图2为本技术中pdc钻头侧面示意图。图3为本技术中pdc钻头顶部示意图。图4为本技术中声波信号接收装置断面图(A-A断面)。图5为本技术中定位器剖面图(B-B断面)。图6为本技术中信号接收及处理装置的结构原理图。具体实施方法下面结合附图和具体的实施例对本技术做进一步的详细描述。如图1所示，本技术从左到右依次为pdc钻头1、带应力传感器垫片(应力传感器)2，钻杆3、声波信号接收装置4、信号发射装置7、定位器8、连接器9、锚杆10、锚杆托盘11和紧固螺母12；本技术外端有锚杆钻机13提供钻进动力，另外还有信号接收及处理装置14，用于声波信号和应力信号的无线接收，15为指示灯。所述pdc钻头1通过螺纹连接安装在钻杆3上，主要包括复合片17和刀翼18，水眼16，其中水眼16是用来输送注浆材料的，如图2，3所示，其中pdc钻头1与钻杆3连接处有装有应力传感器的垫片2，用于收集pdc钻头1垂直方向的应力，其信息通过导线6 传送给信号发射装置7；如图4所示，钻杆3上装有声波信号接收装置4，所述声波信号接收装置4在钻杆3两侧各有一个，在其周围有防震器5，信号通过导线6传送给信号发射装置7；所述信号发射装置7亦装在钻杆3上，位于钻杆3中间段，所述的信号发射装置7接收应力传感器2和声波信号接收装置4传来的信息，并经过信号处理后，通过信号发射模块短距离传输信号给信号接收及处理装置14；如图5所示，定位器8安装在钻杆3上，用于使钻杆3对中；所述的连接器9用来连接钻杆3和锚杆10；所述锚杆10外露端有锚杆托盘11通过紧固螺母12与锚杆10紧固；所述锚杆钻机13与锚杆10外露端连接，驱动整个锚杆10向前钻进，所述锚杆钻机13的运行由气动马达19控制。所述的信号接收及处理装置14包括信号接收模块、信号分析模块、存储模块、电平转换模块、指示灯，其结构原理图如图6所示。所述存储模块可以存储应力信号和声波信号，便于离线处理和分析。所述信号接收及处理装置14接收信号发射装置7发射过来的声波信号和应力信号，分别传输至存储模块进行存储，并由信号处理模块进行信号处理，当声波信号和应力信号均判断钻孔超出了围岩松动圈，则判定当前围岩为稳定围岩，并将显示信号输出给指示灯15，此时指示灯15闪烁，工人依据具体情况关闭锚杆钻机。本技术的工作过程如下：在本锚杆支护系统工作时，锚杆钻机气腿20升起，与锚杆10外露端衔接，开启气动马达19，钻孔开始，此时应力传感器2收集pdc钻头1垂直方向的应力，声波信号收集装置收集钻孔中的声波信号，分别通过导线6传输到信号发射装置7，经过信号发射装置7的处理，将声波信号和应力信号通过无线信号发射传送给信号接收及处理装置14，当信号接收及处理装置14接收到声波和应力的信号后，首先对相关信号进行存储，然后进行信号的分析处理，当两者均判定钻头进入围岩稳定区时，通过指示灯15做显示，操作人员可以根据现场实际情况选择停止钻进。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统，其特征在于：包括pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、声波信号接收装置、信号发射装置、信号接收及处理装置、定位器、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母；所述pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母依次连接固定，所述的钻杆上设有声波信号接收装置、信号发射装置，应力传感器和声波信号接收装置分别与信号发射装置相连，信号发射装置将应力传感器和声波信号接收装置采集的信号发送到信号接收及处理装置。

【技术特征摘要】
1.一种带自钻式可识别松动围岩钻头的锚杆支护系统，其特征在于：包括pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、声波信号接收装置、信号发射装置、信号接收及处理装置、定位器、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母；所述pdc钻头、带应力传感器垫片、钻杆、连接器、锚杆、锚杆托盘和紧固螺母依次连接固定，所述的钻杆上设有声波信号接收装置、信号发射装置，应力传感器和声波信号接收装置分别与信号发射装置相连，信号发射装置将应力传感器和声波信号接收装置采集的信号发送到信号接收及处理装置。2.根据权利要求1所述的带自钻式可识别松动...

【专利技术属性】
技术研发人员：余伟健，刘迅，王卫军，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43