一种自适应钻凿成孔方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种自适应钻凿成孔方法及系统。该方法包括以下步骤：试钻取样得到岩层特性，根据岩层特性及设计成孔要求选择钻凿破岩方式并初定钻机动力参数；根据钻凿现场工况声场分布，布设拾音传感器阵列，对钻进过程中的音频信号进行全向采集；对采集的音频信号进行处理，提取音频信号中的声纹特征；将初定的钻机动力参数和实时的声纹特征耦合，建立耦合参数矩阵；钻凿成孔过程中根据从实时采集的音频信号中提取到的声纹特征调取所述耦合参数矩阵中最优化匹配参数，根据调取的最优化匹配参数自适应动态调整钻凿过程中的钻机动力参数。采用本方法钻凿的成孔具有成孔质量好，效率高的特点。率高的特点。率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应钻凿成孔方法及系统


[0001]本专利技术涉及土木工程领域，具体涉及一种自适应钻凿成孔方法及系统。

技术介绍

[0002]在锚固工程施工中，钻凿成孔作为主要的施工工序，对工程的质量、成本及进度具有重要影响，需要认真细致地控制成孔质量和成孔效率。钻凿成孔应根据设计要求的孔径、长度和倾角，针对不同的工程地质条件，采用适宜的钻孔设备和钻凿工艺以确保钻孔精度及成孔质量，以便后续的预应力筋安装、锚固、注浆等工序能够顺利进行。由于岩体工程中的地质条件不确定性大，加之施工中受开挖、掘进的影响，进而形成了动态多变的复杂情况。
[0003]目前，工程界一般根据普氏系数选择钻孔设备，钻进过程控制主要由人工手动控制，依赖操作人员的工作经验，在钻凿过程中常常存在塌孔、缩孔、卡钻、掉钻等影响成孔质量和成孔效率的问题，给工程的质量、成本及进度控制带来了极大的困扰。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种自适应钻凿成孔方法及系统。
[0005]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种自适应钻凿成孔方法，包括以下步骤：试钻取样得到岩层特性，根据岩层特性及设计成孔要求选择钻凿破岩方式并初定钻机动力参数；根据钻凿现场工况声场分布，布设拾音传感器阵列，对钻进过程中的音频信号进行全向采集；对采集的音频信号进行处理，提取音频信号中的声纹特征；将初定的钻机动力参数和实时的声纹特征耦合，建立耦合参数矩阵；钻凿成孔过程中根据从实时采集的音频信号中提取到的声纹特征调取所述耦合参数矩阵中最优化匹配参数，根据调取的最优化匹配参数自适应动态调整钻凿过程中的钻机动力参数。
[0006]采用本方法钻凿的成孔具有成孔质量好，效率高的特点。
[0007]该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述破岩方式包括旋转、冲击、旋转冲击钻进，钻机动力参数包括转速、推进力、转矩、冲击动能和冲击频率。
[0008]该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述拾音传感器的布设位置包括钻凿施工空间区域内的结构物、钻凿设备及其随机配件、现场人员随身装备。
[0009]该自适应钻凿成孔方法的优选方案：采集的音频信号包括钻凿过程中的环境、机械振动、机械旋转、机械冲击、机械摩擦、人员语音音频信号以及钻凿成孔过程中钻头、钻杆与岩石结构之间产生的音频信号。
[0010]该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述声纹特征包括能量特征、时域特征、频域特征、基准频率和感知特征。
[0011]该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述耦合参数矩阵为包含岩石普氏系数、钻头直径、转速、推进力、回转转矩、钻进速度、冲击能、冲击频率因素的矩阵。
[0012]本专利技术还提出了一种自适应钻凿成孔系统，包括控制模块、多个声音传感器以及钻凿器具，所述声音传感器布设于钻凿现场，每个声音传感器均与所述控制模块连接，向所述控制模块发送其实时采集的音频信号，所述钻凿器具与控制模块连接，所述控制模块按上述的自适应钻凿成孔方法控制钻凿器具钻凿成孔。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于钻进过程中的声学特征信息对岩层进行动态感知，根据感知信息获取钻凿成孔过程中的最优控制参数，建立钻机与岩层自适应的参数控制方法，以克服现行钻凿过程中存在的成孔质量差、成孔效率低等问题，具有成孔质量好，效率高的特点。
[0014]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0015]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是自适应钻凿成孔方法的流程示意图；图2是耦合参数矩阵与声纹特征的对应匹配示意图。
具体实施方式
[0016]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，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0018]如图1所示，本专利技术提供了一种自适应钻凿成孔方法，其基于钻进过程中的声学特征信息对岩层进行动态感知，根据感知信息获取钻凿成孔过程中的最优控制参数，建立钻机与岩层自适应的参数控制方法，以克服现行钻凿过程中存在的成孔质量差、成孔效率低等问题。该方法的一种具体实施方案如下：试钻取样得到岩层特性，根据岩层特性及设计成孔要求选择钻凿破岩方式并初定钻机动力参数。具体地，根据岩层地质条件及设计成孔要求，选择合理的钻凿方式进行试钻，通过试钻确定可行的破岩方式并初定钻机动力参数。钻凿破岩方式通常包括但不限于旋转、冲击、旋转冲击钻进，钻机动力参数包括转速、推进力、转矩、冲击动能和冲击频率。依托试钻过程评估钻进速度，形成岩层特性、凿破破岩方式和钻机动力参数的取样。
[0019]正式钻凿时，根据钻凿现场工况声场分布，布设声音传感器阵列，对钻进过程中的
音频信号进行全向采集。具体地，拾音传感器的布设位置包括但不限于钻凿施工空间区域内的结构物（如一定距离范围内的岩石、拱架、混凝土等）、钻凿设备及其随机配件（如钻机动力机构、钻杆部件等）、现场人员随身装备（如安全帽、安全背心、手机、手表、眼镜等可穿戴装备等）。拾音传感器包括但不限于专用拾振器、音频传感器、麦克风、手机等具有通用音频采集功能的独立采集单元或集成仪器设备。采集的音频信号包括但不限于钻凿过程中的环境，机械振动、旋转、冲击、摩擦，人员语音等音频信息，尤其是钻凿成孔过程中钻头、钻杆与岩石结构之间产生的音频信息，将这些音频信息统称为随钻音频。
[0020]对采集的音频信号进行信号处理，提取音频信号中的声纹特征。具体地，对全向采集的音频信号进行处理与识别，采用数字滤波技术，对采集信号中的噪声干扰（如环境中的语音、无关机械噪音等）信号进行滤除，保留钻凿过程随钻音频信号，对保留的随钻音频信号进行特征提取，包括但不限于能量特征、时域特征（如起始点、结束点等）、频域特征（如质谱心、MFCC、频谱平坦度、频谱通量等）、基准频率、感知特征等。将初定的钻机动力参数和实时的声纹特征耦合，建立耦合参数矩阵。具体地，根据试钻取样过程中的初定的钻机动力参数，将实时的声纹特征与其进行相关性分析和耦合，建立包含岩石普氏系数、钻头直径、转速、推进力、回转转矩、钻进速度、冲击能、冲击频率等因素的耦合参数矩阵。
[0021]在钻凿成孔过程中根据从实时采集的音频信号中提取到的声纹特征调取所述耦合参数矩阵中最优化匹配参数，根据调取的最优化匹配参数实时自适应动态调整钻凿过程中的钻机动力参数，以达到最优效率的钻凿成孔。这里的最优化匹配参数的确定方法为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应钻凿成孔方法，其特征在于，包括以下步骤：试钻取样得到岩层特性，根据岩层特性及设计成孔要求选择钻凿破岩方式并初定钻机动力参数；根据钻凿现场工况声场分布，布设拾音传感器阵列，对钻进过程中的音频信号进行全向采集；对采集的音频信号进行处理，提取音频信号中的声纹特征；将初定的钻机动力参数和实时的声纹特征耦合，建立耦合参数矩阵；钻凿成孔过程中根据从实时采集的音频信号中提取到的声纹特征调取所述耦合参数矩阵中最优化匹配参数，根据调取的最优化匹配参数自适应动态调整钻凿过程中的钻机动力参数。2.根据权利要求1所述的自适应钻凿成孔方法，其特征在于，所述破岩方式包括旋转、冲击、旋转冲击钻进，钻机动力参数包括转速、推进力、转矩、冲击动能和冲击频率。3.根据权利要求1所述的自适应钻凿成孔方法，其特征在于，所述拾音传感器的布设位置包括钻凿施工空间区域内的结构物、钻凿设备及其随机配件、现场人员随身装备。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪波，罗斌，陈强，廖强，方宗平，方正，
申请(专利权)人：四川交达预应力工程检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：