一种岩体质量智能感知小型钻机系统及评估方法技术方案

本发明专利技术涉及一种岩体质量智能感知小型钻机系统及评估方法，小型钻机系统包括钻机本体，其上设置有为钻机提供钻进与回转的动力系统；钻机本体底部具有控制钻机移动以及固定的行走移位装置；钻机本体出厂前在其内部及表面设置有能够反映随钻参数的参数采集监测系统；控制系统与参数采集监测系统连接，其设置于钻机本体上，搭载有智能分析软件，并设有人机操作界面。本发明专利技术是基于钻进过程对岩体质量的响应规律来进行设计加工的，并提供了一种基于钻进工程参数来获取岩石物理力学特性和地质结构特征的评价方法，避免了以往岩石取样、封装、送往实验室进行试验等流程的周期性长、成本高的缺点，试验结果更及时可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种岩体质量智能感知小型钻机系统及评估方法
本专利技术涉及钻机系统及地下空间精细探测
，更具体的说是涉及一种钻探机械参数有效获取与岩体质量评价的小型钻机系统及评估方法，可广泛用于隧道、水利水电、公路交通、矿山等工程勘察领域。
技术介绍
岩土体的物理力学参数与结构特征是进行地下工程围岩分级、稳定性分析与支护设计的基本依据，但由于地下岩土体是一个十分复杂且不可视的三维空间体，精准获取这些参数是十分困难的。当前的测试方法是现场钻孔取样、实验室测试岩土体物理力学参数，该流程耗费时间长、成本高、所测参数真实性低，得到的结果难以反映真实环境下的岩土体的物理力学参数与结构特征。数字钻探被认为是一项解决岩土体的物理力学参数获取与岩体质量精准探测的一种直接有效的手段，搭载高精度传感器的钻机能够实时记录与传输钻机钻进工况的信息，通过钻机工作状态的变化进而反演出岩体的力学参数与结构特征。为了更好的解释钻机机械参数与岩体质量特征之间的响应关系，有必要通过现场试验、室内试验、数值模拟等手段对其进行研究。对于数字钻探装置已经开展了一些相关的研究，但是极少数的研究是针对小型钻机装置，并且他们对钻机机械参数在不同岩体条件下的响应行为也没有给出较为系统准确的结论。因此有必要研发一种小型钻机系统对岩土体质量进行随钻探测。
技术实现思路
为此，本专利技术的一个目的在于提出一种岩体质量智能感知小型钻机系统，针对现在感知岩土体质量的一体式小型钻机研究较少，并且岩土体特性参数与地质结构特征获取较为困难，提供了一种智能感知和实时评价岩土体质量的小型钻机系统。本专利技术提供了一种岩体质量智能感知小型钻机系统，包括：钻机本体，钻机本体上设置有为钻机提供钻进与回转的动力系统；行走移位装置，钻机本体底部具有控制钻机移动以及固定的行走移位装置；参数采集监测系统，钻机本体出厂前在其内部及表面设置有能够反映随钻参数的参数采集监测系统；控制系统，控制系统与参数采集监测系统连接，其设置于钻机本体上，搭载有智能分析软件，并设有人机操作界面。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种岩体质量智能感知小型钻机系统，能够实现钻机和钻进过程监测系统的有机结合，能够连续完整的记录钻机的动力和运动状态，以往的钻进过程监测系统和钻机是分离的，难以准确的反映实际钻进过程钻机关键部位的机械参数。进一步地，动力系统采用液压系统，为钻进过程提供动力，同时也为行走移位装置提供动力，实现钻进方向上的移动和钻机本体整体的移动。进一步地，控制系统包括操纵杆装置和显示屏控制系统，操纵杆装置用以控制钻机本体的钻进、回转、反转操作，具有紧急停止功能；显示屏控制系统与参数采集监测系统连接，并实时显示参数采集监测系统采集的数据信息。进一步地，参数采集监测系统包括安装在钻机本体内部及表面的位移传感器、转速传感器、扭矩传感器、压力传感器及油压传感器。进一步地，行走移位装置采用履带式行走装置。进一步地，钻机本体的宏观尺寸为0.8mX0.5mX1m，钻进能力为2m。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于上述岩体质量智能感知小型钻机系统的评估方法，包括以下步骤：S1、结合地层已有的地质资料，对钻机本体钻进过程中采集的随钻参数监测数据进行分析整理，获得钻进深度上的随钻参数；S2、根据钻孔岩芯获得岩土体物理力学参数及其相应的地质结构特征；S3、基于S1中获得的钻进深度上的随钻参数及S2中获得的岩土体物理力学参数和结构特征，采用软件计算法和统计回归法建立钻进响应参数与岩石特性参数之间的模型，并且利用数值模拟法进一步去验证和修改该模型，确定基于随钻参数的岩土体特性参数的识别模型；S4、根据S3中获得的岩土体特性参数识别模型，确定钻进地层的不同岩层类别及结构特征，对场址区的工程地质条件进行综合评价和分级。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于上述岩体质量智能感知小型钻机系统的评估方法，本专利技术方法针对随钻测试技术，填补了现有岩土体质量智能感知装置的空白，并解决了以往室内试验、原位试验周期长、效果差、难以反映实际岩土体质量的问题。进一步地，S1中随钻参数包括扭矩、油压、钻压、转速、进尺速度、钻杆的振动信号及应力波特征。进一步地，S2中岩土体物理力学参数包括：单轴抗压强度、硬度、磨蚀性、抗拉强度、抗剪强度、粘聚力、脆性指标、摩擦角及含水量。进一步地，S2中地质结构特征获取基于现场钻孔情况及其获取的岩芯进行描述，或者使用钻孔电视复原钻孔中的地质结构特征，获得结构面的裂隙长度、宽度、产状信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的一种岩体质量智能感知小型钻机系统结构示意图；图2附图示出了油压传感器布置位置示意图；图3附图示出了位移传感器；图4附图示出了一种集成的传感器(三维传感器)的连接示意图；图中：1-位移传感器，2-三维传感器，3-泥浆池，4-泥浆泵，5-泥浆箱，6-液压油缸，7-钻杆，8-履带，9-油压传感器。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术实施例公开了一种岩体质量智能感知小型钻机系统，包括：钻机本体，钻机本体上设置有为钻机提供钻进与回转的动力系统；行走移位装置，钻机本体底部具有控制钻机移动以及固定的行走移位装置；参数采集监测系统，钻机本体出厂前在其内部及表面设置有能够反映随钻参数的参数采集监测系统；控制系统，控制系统与参数采集监测系统连接，其设置于钻机本体上，搭载有智能分析软件，并设有人机操作界面。参见附图1，本专利技术的钻机本体的宏观尺寸为0.8mX0.5mX1m，钻进能力为2m。钻机本体主要包括钻杆7，泥浆池3，泥浆泵4，泥浆箱5，行走移位装置采用履带8；钻机本体大部分操作由液压装置提供的轴向力，其中提供钻杆扭矩的动力来源于电动机；在钻机本体的内部安装有位移传感器1、三维传感器2、油压传感器9传感器；传感器的安装位置应该选择能够表征钻机运动和动力状态的关键部位，同时不影响钻机整个结构的布置。液压传感器9的结构示意图见图2，在进油口和出油口均布置有液压传感器；液压油传感器采用三通将其连接在进出油管路上，油压直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与压力介质成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，通过监测这一变化测量压力的大小。位移传感器1的结构示意图见图3，将机械位移与电阻信号相对应，通过电阻信号来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，包括：/n钻机本体，所述钻机本体上设置有为钻机提供钻进与回转的动力系统；/n行走移位装置，所述钻机本体底部具有控制钻机移动以及固定的行走移位装置；/n参数采集监测系统，所述钻机本体出厂前在其内部及表面设置有能够反映随钻参数的参数采集监测系统；/n控制系统，所述控制系统与所述参数采集监测系统连接，其设置于所述钻机本体上，搭载有智能分析软件，并设有人机操作界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，包括：
钻机本体，所述钻机本体上设置有为钻机提供钻进与回转的动力系统；
行走移位装置，所述钻机本体底部具有控制钻机移动以及固定的行走移位装置；
参数采集监测系统，所述钻机本体出厂前在其内部及表面设置有能够反映随钻参数的参数采集监测系统；
控制系统，所述控制系统与所述参数采集监测系统连接，其设置于所述钻机本体上，搭载有智能分析软件，并设有人机操作界面。


2.根据权利要求1所述的一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，所述动力系统采用液压系统，为钻进过程提供动力，同时也为行走移位装置提供动力，实现钻进方向上的移动和钻机本体整体的移动。


3.根据权利要求1所述的一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，所述控制系统包括操纵杆装置和显示屏控制系统，操纵杆装置用以控制钻机本体的钻进、回转、反转操作，具有紧急停止功能；显示屏控制系统与参数采集监测系统连接，并实时显示参数采集监测系统采集的数据信息。


4.根据权利要求2所述的一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，所述参数采集监测系统包括安装在钻机本体内部及表面的位移传感器、转速传感器、扭矩传感器、压力传感器及油压传感器。


5.根据权利要求2所述的一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，所述行走移位装置采用履带式行走装置。


6.根据权利要求1-5任一项所述的一种岩体质量智能感知小型钻机系统，其特征在于，所述钻机本体的宏观尺寸为0.8mX...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓昭，邓龙传，吴云，赵鹏，乔梁，刘佳俊，刘祖玺，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32