一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及工作方法，包括定向机构、钻机机构和连接机构，定向机构包括可升降支撑座和角度定向器，角度定向器包括圆盘台座、水平台盘、水平转盘以及设置在水平转盘上的竖向滑轨和竖向刻度盘，竖向刻度盘上设置有发射器；钻机机构包括钻机和与之连接的钻杆，所述钻机设置可调滑轨上，灵活控制钻机的钻进深度，且所述钻杆外侧套设有水管，且钻机连接注水管，在钻孔的同时兼作为注水器件；连接机构将定向机构和钻机机构可拆卸的连接在一起，保证钻机的钻进方向与发射器的指示方向一致，实现准确的控制钻孔的角度和深度。

A drilling rig device for TSP advanced geological prediction and its working method

The invention discloses a drilling machine device and working method for TSP advanced geological prediction, including a directional mechanism, a drill mechanism and a connecting mechanism. The directional mechanism includes a lifting support seat and an angle directing device. The angle directing device includes a disc pedestal, a horizontal plate, a horizontal turntable, and a vertical slip on a horizontal turntable. The driller consists of a drill and a drill rod connected to it. The drilling machine is arranged on the adjustable slide rail to flexibly control the drilling depth of the drill, and the drill rod is equipped with a water pipe on the outside of the drill rod, and the drill pipe is connected to the water injection pipe as a water injection device at the same time. The machine connects the detachable structure of the directional mechanism and the drilling machine to ensure that the drilling direction of the drill is in accordance with the direction of the emitter, so that the angle and depth of the drill can be controlled accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法
本专利技术涉及一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法。
技术介绍
随着我国岩土工程的蓬勃发展，隧道工程数量越来越多，隧道长度和埋深也越来越大，若不了解掌子面前方地质情况，隧道施工会具有盲目性，继而引发塌方、冒顶、突水、突泥等事故。及时针对掌子面前及其前方进行超前地质预报，以便提前采取有效措施，避免地质灾害的发生，已成为隧道信息化动态设计和确保隧道安全施工不可或缺的部分。隧道TSP探测方法是施工期超前地质预报的主要方法之一，已经成为长大隧道信息化施工中应用最广泛的预报方法之一，该方法能够对掌子面前方120～150m范围内的不良地质进行预测预报，可有效指导施工，保证施工安全，避免大型地质灾害危险，减少施工期人员伤亡和经济损失。TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点(通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点)用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震传感器接收。数据经过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)和位置及规模。其中爆破钻孔的布置有如下要求：1.爆破孔应布置在隧道主要结构面出现的边墙一侧，每一次预报的爆破孔数为24个，最少不少于20个，爆破孔直径40mm；2.爆破孔间距1.5m；爆破孔高度(距隧道底面)1～1.5m，所有爆破孔与接收器的高度应尽量相同；3.爆破孔孔深1.5m(孔深应尽量一致)向下倾斜10～20°，垂直于隧道轴向，钻孔完成后应注意保护，防止蹋孔和堵塞。目前国内市场上供应的钻机设备简单，无法通过器械本身准确的控制钻孔的角度和深度，施工过程中钻孔角度和深度往往需依靠施工人员实际操作控制，这样既增加了工人的工作量，也使得钻孔角度和深度的随机性大幅提升，钻孔的质量无法保障，继而也会对TSP超前地质预报的可靠性和准确性产生一定的影响。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法，本专利技术能够准确的控制钻孔的角度和深度以满足TSP方法中对爆破钻孔的要求，保证了爆破孔的角度和深度的精度要求，为TSP超前地质预报工作提供有效的技术保障。同时，本专利技术考虑到TSP方法还要对完成的爆破钻孔注水，突破了以往是先钻孔、再拔出钻杆、最后在孔口用水管注水的工作模式，采用先钻孔、再由内而外向钻孔注水、最后拔出钻杆的工作模式，本装置将钻杆作为喷水装置，打钻完成后在不拔出钻杆的情况下可立即对钻孔注水，这样使得喷水覆盖范围在钻孔深度方向和环向方向大大增加，有利于水更均匀的散透到钻孔四周，加之钻杆的支撑作用可有效的防止钻孔坍塌和堵塞。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，包括定向机构、钻机机构和连接机构，其中：所述定向机构包括可升降支撑座和角度定向器，所述可升降支撑座兼有行走和固定两种功能，所述角度定向器在其内部的水平台盘处于水平状态时，可通过角度定向器内的定向旋杆指定一个需要的角度；所述钻机机构包括钻机和与之连接的钻杆，所述钻机设置可调滑轨上，灵活控制钻机的钻进方向和深度，且所述钻杆外边缘开有凹槽，凹槽内嵌有水管，在钻孔的同时兼作为注水器件；所述连接机构将定向机构和钻机机构可拆卸的连接在一起，保证钻机的钻进方向与发射器的指示方向一致，实现准确的控制钻孔的角度和深度，并在移动本装置时保证定向机构和钻机机构可以一起移动。进一步的，所述可升降支撑座包括底座和支腿，支腿设置在底座下端，支腿的高度可调，底座上端可与角度定向器的圆盘台座下端相连接。进一步的，所述的角度定向器包括圆盘台座、水平台盘、水平转盘、竖向滑轨、竖向刻度盘、定向旋杆和红外线发射器。所述水平台盘中心部位与圆盘台座通过弧形铰光滑铰接，水平台盘边缘处用3个沿中心圆周均匀布置的螺纹旋钮支撑固定，通过螺纹旋钮调节水平台盘的高度，在水平台盘面上相邻的2个螺旋旋钮之间的对应位置上设置1个水准珠，通过观察水准珠可以直观的判定水平台盘的水平状况。所述水平台盘内部设有同轴心，且表面平行的水平转盘，水平台盘面上刻画双向对称的角度刻度，以用于观察水平转盘转过的角度。更进一步的，所述水平转盘上设有用于锁定转盘的旋转环，水平转盘沿其中线对称布置两根竖向滑轨，竖向刻度盘在竖向滑轨上滑动和锁定，其顶端设有红外线发射器，其两侧的定向旋杆和指针由穿过刻度盘中心的转轴相连，一起绕转轴旋转和锁定。进一步的，所述连接机构包括连接夹、竖直支杆和可调滑轨，竖直支杆由可移动底座、千斤顶和钢管组件①和千斤顶和钢管组件②组成，所述可移动底座绕竖直支杆360°旋转以应变不同方向行进的需要，通过调节千斤顶可改变竖直支杆的高度，可移动底座的行走轮能够自锁，连接夹用以连接定向机构和竖直支杆，所述竖直支杆上端与可调滑轨连接。更进一步的，所述可调滑轨包括滑轨和支架，所述滑轨可固定在竖向支杆和支架上，钻机沿滑轨滑动，滑轨后端中心开有圆弧型凹槽用于与定向旋杆搭接；滑轨中间设有红外线发射器，用于指示钻杆行进路线和钻孔位置。进一步的，所述钻机底部有两个接口，分别连接输气管和注水管，钻机机头部分内芯与钻杆相接，其外芯为能与圆筒管道相连的环状注水管；钻杆外侧具有多道沟槽，沟槽内埋有水管，且水管每隔一端距离开有出水孔。进一步的，所述钻杆上刻有长度标线并设置有压力传感器，当压力传感器上的触点碰到隧道边墙时发出电信号，钻机接收到电信号立即自动关闭，控制钻杆的钻入深度。基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：(1)在设计的震源点所在隧道边墙上布置TSP爆破钻孔位置，并用油漆标记一条穿过钻孔位置的竖向标注线；(2)组装定向机构，根据钻孔的高度调节定向机构，并保持定向机构的圆盘台座保持大致水平；(3)按钻孔在水平面内倾角要求，转动水平转盘到相应刻度位置并固定，打开竖向刻度盘上的发射器，保持水平台盘上的90°-90°线与钻孔所在的隧道边墙轴线平行，推动定向机构行进直至红外线投射点落于第一个钻孔点的竖向标注线上，调节角度定向器内的螺纹旋钮将水平台盘调至水平位置，并确保上下滑动竖向刻度盘时红外线投射点沿着标注线移动；(4)按钻孔在竖向平面内倾角要求，转动定向旋杆到相应刻度位置并固定；连接定向机构和钻机机构，调节可调滑轨的角度和位置使之后端与定向旋杆平行搭接，打开可调滑轨上的发射器，调节可调滑轨高度，直至投射点置于钻孔点标记位置；(5)根据钻孔所需的深度将压力传感器固定在钻杆的相应位置，连接钻杆与钻机，连接输气管与钻机底部的输气接口，打开钻机开关，推动钻机沿滑轨向前进行打钻工作，直到满足设定深度，连接注水管与钻机底部的注水接口，利用钻杆向钻孔口注水；(6)依照竖向刻度盘上的发射器的提示移动钻机装置，移动过程中保持水平台盘上的90°-90°刻度线与钻孔所在的隧道边墙轴线平行，每次打钻前要保证水平台盘处于良好的水平状态，如需要可重新调节，直至完成所有设计钻孔的打钻和注水工作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术解决了以往TSP爆破钻孔施工工艺中角度和深度不能准确控制的弊端，通过本装置的角度定向器可以实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：包括定向机构、钻机机构和连接机构，其中：所述定向机构包括可升降支撑座和角度定向器，角度定向器包括圆盘台座、水平台盘、水平转盘以及设置在水平转盘上的竖向滑轨和竖向刻度盘，所述竖向刻度盘上设置有发射器；所述钻机机构包括钻机和与之连接的钻杆，所述钻机设置可调滑轨上，灵活控制钻机的钻进方向和深度，且所述钻杆外边缘开有凹槽，凹槽内嵌有水管，且钻机连接注水管，在钻孔的同时兼作为注水器件；所述连接机构将定向机构和钻机机构可拆卸的连接在一起，保证钻机的钻进方向与发射器的指示方向一致，实现准确的控制钻孔的角度和深度，并在移动本装置时保证定向机构和钻机机构可以一起移动。

【技术特征摘要】
1.一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：包括定向机构、钻机机构和连接机构，其中：所述定向机构包括可升降支撑座和角度定向器，角度定向器包括圆盘台座、水平台盘、水平转盘以及设置在水平转盘上的竖向滑轨和竖向刻度盘，所述竖向刻度盘上设置有发射器；所述钻机机构包括钻机和与之连接的钻杆，所述钻机设置可调滑轨上，灵活控制钻机的钻进方向和深度，且所述钻杆外边缘开有凹槽，凹槽内嵌有水管，且钻机连接注水管，在钻孔的同时兼作为注水器件；所述连接机构将定向机构和钻机机构可拆卸的连接在一起，保证钻机的钻进方向与发射器的指示方向一致，实现准确的控制钻孔的角度和深度，并在移动本装置时保证定向机构和钻机机构可以一起移动。2.如权利要求1所述的一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：所述可升降支撑座包括底座和支腿，所述支腿设置在底座下端，支腿的高度可调，底座上端可与角度定向器的圆盘台座下端相连接。3.如权利要求1所述的一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：所述角度定向器内的水平台盘中心部位与圆盘台座通过弧形铰光滑铰接，水平台盘边缘处用3个沿中心圆周均匀布置的螺纹旋钮支撑固定，相邻的螺旋旋钮之间设置有水准珠，通过螺纹旋钮调节水平台盘的高度。4.如权利要求1所述的一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：所述水平转盘与水平台盘同轴心，且平行，水平转盘上设有用于锁定转盘的旋转环，水平台盘面上刻画双向对称的角度刻度，以用于观察水平转盘转过的角度。5.如权利要求1所述的一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：所述水平转盘沿其中线对称布置两根竖向滑轨，竖向刻度盘在竖向滑轨上滑动和锁定，其顶端设有红外线发射器，其两侧的定向旋杆和指针由穿过刻度盘中心的转轴相连，一起绕转轴旋转和锁定。6.如权利要求1所述的一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：所述连接机构包括连接夹、竖直支杆和可调滑轨，所述竖直支杆底端的可移动底座能绕竖直支杆360°旋转以应变不同方向行进的需要，可移动底座的行走轮能够自锁，连接夹用以连接定向机构和竖直支杆，所述竖直支杆上端与可调滑轨连接。7.如权利要求6所述的一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，其特征是：所述可调...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振浩，施雪松，王文扬，高斌，卜泽华，潘东东，吴静，刘彤晖，管清正，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37