地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法技术方案

本公开提出了地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法,该系统包括导向钻进装置、测试配套装置、动力系统和监控系统，能够实现复杂地质条件地下工程围岩全方位、多角度、深层次钻探。导向钻进装置配套数字解析钻头与自动装拆钻杆装置，可实现围岩精准高效钻进；测试配套装置配有液压旋转器与调节式履带，可实现导向钻进装置在水平与垂直面360°旋转以及在复杂条件路段中的自由行走；监控系统可实现智能钻探协同控制。本公开能够随钻实时获取岩体参数、岩层区域、地质状况等信息，得到地质区域状况分布图，并实时传输至云平台进行远程监测，为地下工程支护合理设计优化定量依据的精确获取提供了智能设备与分析方法，具有重要的科研与工程意义。

Intelligent digital drilling test system and real-time analysis method for underground engineering

【技术实现步骤摘要】
地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法
本公开涉及地下探测相关
，具体的说，是涉及一种地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法,尤其适用于矿山、交通、隧道、水利水电、基坑、市政、国防等地下工程与边坡工程领域。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。随着我国经济不断发展，地下工程建设量不断增加，工程建设中越来越多的遇到复杂地质条件，因此，围岩支护参数的选择与进行不良地质状况预测就显得尤为重要。专利技术人发现，现有的岩石物理力学参数主要通过现场钻孔取样试验方法获取，由于现场地质条件复杂，在进行钻孔取样时，有时遇到破碎严重围岩时无法取出岩样进行室内物理力学性质研究，即使在较为完整条件下取出岩样后还需要经过一系列试验过程，并且现有方法存在以下缺点：1、取样完成到室内试验开始前，需要运输、切割打磨、保存等阶段，这些过程时间过长，浪费时间，影响设计方案确定，延误工期。2、现场取样只能针对围岩支护条件较好的地段，无法获取破碎等地质条件差的地段，不能准确地探测岩石物理力学参数，影响支护设计的准确性。3、现场岩样在运输、制作标准试件过程中易受风化等影响，岩石性状已经发生改变，得到数据不能准确反映当地岩石初始物理性质及力学参数。4、所取岩样已经脱离了原始的环境应力、温度、湿度等约束条件，特别是对原岩区的取样，不能很好的代表岩体本身的特性。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了地下工程智能数字钻探测试系统与实时测试方法,包括提供动力的动力系统、实现监控的监测控制系统以及分体设置在行走机构上的导向钻进装置和测试配套装置，通过将用于钻探的装置分体设置在行走机构上，实现钻探现场装置灵活钻探，同时在导向钻进装置上设置传感器，通过监测控制系统实现围岩数字钻探系统协同控制，进行不良地质状况预测与随钻参数实时监测分析。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一个或多个实施例提供了一种地下工程智能数字钻探测试系统，包括行走机构、动力系统和监控系统，设置在行走机构上的导向钻进装置与测试配套装置；导向钻进装置用于实现现场围岩钻探；动力系统与导向钻进装置连接用于为围岩钻探提供动力；测试配套装置用于调整导向钻进装置的钻探位置、钻探方向和角度；监测控制系统包括与导向钻进装置和测试配套装置连接的监控主机，以及设置在导向钻进装置上的传感单元，传感单元用于在钻探过程中实时监测随钻参数及地质状况数据，监控主机实现围岩钻探协同控制及随钻参数实时监测分析。基于上述所述的地下工程智能数字钻探测试系统的岩体实时测试方法，包括如下步骤：获取钻探位置的地质状况数据，对现场围岩进行钻探测试，实时监测钻进深度方向上围岩的随钻参数；根据获得的随钻参数获得岩体力学参数；根据获得的地质状况数据，获得钻探位置的围岩破碎及裂隙发育情况，确定钻进过程中不同岩层类别；根据获得的岩体力学参数与钻进过程中识别的不同岩层类别，确定不同岩层区域。与现有技术相比，本公开的有益效果为：(1)本公开在现场对围岩进行钻探，实时获取力学参数，有效避免了传统岩体力学参数获取过程繁琐、受环境影响大、不具有时效性等问题。(2)本公开通过将实现钻探的装置分体设置在行走机构上，实现钻探现场装置灵活钻探，同时在导向钻进装置上设置传感单元，通过监测控制系统实现围岩数字钻探系统协同控制与随钻参数实时监测分析。(3)本公开设置的导向钻进装置，能够随钻探需要增加钻杆数量，延伸钻进深度，实现围岩钻探，提高了装置的稳定性、安全性和灵活性，提高了装置的适用范围。(4)本公开测试配套装置能够辅助导向钻进装置自由移动不受环境影响，可实现上下调节、水平面和竖直面内转动调节，可以实现三个维度的转动调节，多角度转动实现全方位钻探。(5)通过采用本公开提出的装置，不仅能够实现在钻探过程中实时获取随钻参数，并且设置的监测控制系统能够根据获取的数据进行反演分析，得到岩体力学参数，实现岩体力学参数现场检测，探明围岩地质状况，提高岩石支护条件判断的准确性和快速性，节约时间，加快工程建设进程。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。图1为本公开实施例1的系统的第一部分装置的主视图；图2为本公开实施例1的系统的第二部分装置的主视图；图3为本公开实施例1的系统的第一部分装置的左视图；图4为本公开实施例1的系统的第二部分装置的左视图；图5为本公开实施例1的系统的第一部分装置的立体结构示意图；图6为本公开实施例1的系统的第二部分装置的立体结构示意图；其中：1、传感单元，2、数字解析钻头，3、固定平台，4、旋转支柱，5、次液压旋转器，6、水平伸缩柱，7、履带车轮，8、钻杆，9、装拆钻杆装置，10、传动链条，11、回转器，12、防爆转速传感器，13、防爆扭矩传感器，14、旋转液压马达，15、防爆位移传感器，16、推进液压马达，17、导轨，18、液压支柱，19、主液压旋转器，20、旋转底座，21、支撑架，22、竖直伸缩支柱，23、液压泵站，24、压力传感器，25、次防爆电液伺服阀，26、主防爆电液伺服阀，27、监控主机，28、煤安电机。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种地下工程智能数字钻探测试系统，包括设置在行走机构上的导向钻进装置与测试配套装置、提供动力的动力系统和实现监控的监测控制系统；导向钻进装置用于实现现场围岩钻探；动力系统与导向钻进装置连接用于为围岩钻探提供动力；测试配套装置用于调整导向钻进装置的钻探位置和钻探姿态；监测控制系统包括与导向钻进装置和测试配套装置连接的监控主机，以及设置在导向钻进装置上传感单元，传感单元与监控主机连接用于在钻探过程中实时监测随钻参数，实现围岩钻探协同控制与随钻参数实时监测分析。作为进一步的改进，还包括无线传输设备与云平台，所述监控主机通过无线传输设备与云平台连接，将数据上传至云平台，进行大数据的存储和处理。传感单元均设置为微型传感器，动力系统为液压系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：包括行走机构、动力系统和监控系统，设置在行走机构上的导向钻进装置与测试配套装置；/n导向钻进装置用于实现现场围岩钻探；动力系统与导向钻进装置连接用于为围岩钻探提供动力；测试配套装置用于调整导向钻进装置的钻探位置、钻探方向和角度；监测控制系统包括与导向钻进装置和测试配套装置连接的监控主机，以及设置在导向钻进装置上的传感单元，传感单元用于在钻探过程中实时监测随钻参数及地质状况数据，监控主机实现围岩钻探协同控制及随钻参数实时监测分析。/n

【技术特征摘要】
20191213 CN 20191128366421.一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：包括行走机构、动力系统和监控系统，设置在行走机构上的导向钻进装置与测试配套装置；
导向钻进装置用于实现现场围岩钻探；动力系统与导向钻进装置连接用于为围岩钻探提供动力；测试配套装置用于调整导向钻进装置的钻探位置、钻探方向和角度；监测控制系统包括与导向钻进装置和测试配套装置连接的监控主机，以及设置在导向钻进装置上的传感单元，传感单元用于在钻探过程中实时监测随钻参数及地质状况数据，监控主机实现围岩钻探协同控制及随钻参数实时监测分析。


2.如权利要求1所述的一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：所述动力系统为液压系统，所述导向钻进装置包括固定平台和设置在固定平台上的旋转装置和推动装置，所述推动装置为旋转装置提供前进的推力，实现钻进方向上的移动；所述旋转装置包括设置在固定平台上依次连接的旋转液压马达、回转器、钻杆和数字解析钻头。


3.如权利要求2所述的一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：导向钻进装置还包括设置在固定平台上的自动装拆钻杆装置，所述装拆钻杆装置设置在钻杆的两侧或单侧，用于抓取和放置钻杆，所述装拆钻杆装置包括用于放置钻杆的盒体和用于拆卸钻杆的机械手。


4.如权利要求2所述的一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：所述固定平台的中间位置设置有开槽，所述推动装置包括推进液压马达、固定平台上设置的导轨和开槽内设置的传动链条；所述旋转装置设置在固定平台的导轨上，所述传动链条两端分别连接在旋转装置和固定平台上的齿轮，通过链条转动带动旋转装置在固定平台上移动。


5.如权利要求1所述的一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：测试配套装置包括设置在行走机构上的水平旋转底座，设置在旋转底座上的依次连接的主液压旋转器、伸缩支柱、旋转支柱和次液压旋转器，主液压旋转器的旋转轴连接伸缩支柱的一端用于实现伸缩支柱的旋转，伸缩支柱另一端固定连接旋转支柱，旋转支柱连接次液压旋转器，次液压旋转器的旋转轴连接导向钻进装置；伸缩支柱用于实现主液压旋转器与次液压旋转器之间的距离调节。


6.如权利要求1所述的一种地下工程智能数字钻探测试系统，其特征是：行走机构包括支撑架以及设置在支撑架两侧或者底端的车轮与车轮动力装置，车轮与支撑架可移动连接，移动连接包括与车轮固定连接的车轮固定座，固定在固定座上的水平伸缩支柱和竖直...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，张朋，江贝，曾昭楠，高红科，
申请(专利权)人：王琦，
类型：发明
国别省市：山东;37