一种围岩结构及力学信息自动采集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种围岩结构及力学信息自动采集装置及方法，属于围岩信息采集技术领域，包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，第一机械臂固设接触板，接触板固定结构面产状采集模块和结构面粗糙度采集模块，第二机械臂固定结构面开度及间距采集模块，第三机械臂固设岩体力学参数采集模块，各采集模块均与数据处理与显示装置连接，数据处理与显示装置根据结构面粗糙度采集模块获取结构面与接触板间距离，得出结构面的粗糙度信息，并根据将岩体力学参数采集模块获取钻进深度、转速、钻孔时间与岩体强度建立对应关系，得到岩体力学信息。该装置可使现场工作人员不接触结构面即可采集岩体力学信息及结构面产状、粗糙度、间距、开度等几何信息。开度等几何信息。开度等几何信息。

【技术实现步骤摘要】
一种围岩结构及力学信息自动采集装置及方法


[0001]本专利技术属于围岩信息采集
，具体涉及一种围岩结构及力学信息自动采集装置及方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]目前，围岩信息的获取对于科学合理地进行地下工程施工设计及安全防控具有先决性意义。由于隧道地质条件复杂多样，加之手段、工期和经费的限制，在开挖之前不可能将地质情况勘察地十分准确清楚，因此必须通过对开挖后暴露的围岩结构及力学信息进行统计分析，对围岩等级进行再认识和再确定，才能对支护方案进行及时、实时的调整。
[0004]传统统计围岩结构及力学信息的方法主要有两种：接触式测量和非接触式测量。接触式测量是现场工作人员使用罗盘、皮尺等工具靠近掌子面测量，该方法可测量范围小、效率低下，并伴有落石砸伤的危险。非接触式测量主要是三维激光扫描和拍照测量，虽然非接触式测量可以提高效率，工作人员不用直接接触掌子面，但对隧道环境要求高，设备昂贵，且数据后处理复杂、精度较差，更关键的是无法测量岩体力学信息。而获取岩体力学信息对于地下工程设计、围岩稳定性判断具有重要作用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种围岩结构及力学信息自动采集装置及方法，该装置可使现场工作人员不接触结构面即可采集岩体力学信息及结构面产状、粗糙度、间距、开度等几何信息，功能多样、误差小且工作效率高。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种围岩结构及力学信息自动采集装置，包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，第一机械臂固设接触板，接触板固定结构面产状采集模块和结构面粗糙度采集模块，第二机械臂固定结构面开度及间距采集模块，第三机械臂固设岩体力学参数采集模块，各采集模块均与数据处理与显示装置连接，数据处理与显示装置根据结构面粗糙度采集模块获取结构面与接触板间距离，得出结构面的粗糙度信息，并根据将岩体力学参数采集模块获取钻进深度、转速、钻孔时间与岩体强度建立对应关系，得到岩体力学信息。
[0008]作为进一步的技术方案，结构面粗糙度采集模块采集到结构面与接触板间水平和竖直两方向的距离，数据处理与显示装置得出岩体结构面粗糙程度，并将该粗糙程度同标准曲线进行对比，进而得到结构面的粗糙度信息。
[0009]作为进一步的技术方案，所述结构面产状采集模块包括固定于接触板的陀螺仪和地磁传感器，地磁传感器为接触板提供所在方位信息，在接触板从基准方位转至与结构面重合时，通过陀螺仪量测接触板转动的角度来获取结构面的倾向和倾角。
[0010]作为进一步的技术方案，所述结构面粗糙度采集模块包括两条与接触板连接的滑
轨，两滑轨相互垂直，每一滑轨设置可滑动的第一测距仪，在接触板与结构面重合时，第一测距仪沿滑轨移动量测出接触板各点与结构面之间的距离。
[0011]作为进一步的技术方案，所述接触板通过第一球形螺栓固定于第一机械臂。
[0012]作为进一步的技术方案，所述结构面开度及间距采集模块包括水平导轨，水平导轨一端固设第二测距仪和固定量爪，水平导轨还设置沿其滑动的反射板和移动量爪，反射板和移动量爪连接，反射板和第二测距仪相对设置，移动量爪和固定量爪相对设置。
[0013]作为进一步的技术方案，所述水平导轨通过第二球形螺栓与第二机械臂连接。
[0014]作为进一步的技术方案，所述岩体力学参数采集模块包括具有钻孔标记功能的钻机和转速采集装置，转速采集装置固定于钻机，钻机安装在第三机械臂。
[0015]作为进一步的技术方案，所述第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂均固定于承台，承台固定于行走机构，承台前侧固设相机和补光灯。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了一种如上所述的围岩结构及力学信息自动采集装置的工作方法，包括以下步骤：
[0017]将自动采集装置靠近岩体结构面，使第一机械臂的接触板自基准方位转至与结构面重合，获得岩体结构面的产状信息，由结构面粗糙度采集模块测得结构面与接触板水平和竖直两个方向的距离，获得结构面粗糙度信息；
[0018]使第二机械臂固定量爪与结构面一端接触，移动量爪移动至与结构面另一端接触，量测出两量爪之间的距离，即为结构面开度；使第二机械臂固定量爪与一结构面接触，移动量爪移动至与另一结构面接触，量测两量爪之间的距离，即为结构面间距；
[0019]使第三机械臂的钻机对岩体结构面钻孔，岩体力学参数采集模块采集钻头钻进深度、转速和所用时间；
[0020]信息采集完成后，自动采集装置移动到设定位置对结构面拍照存档，同时将采集的数据传输给数据处理与显示装置。
[0021]上述本专利技术的有益效果如下：
[0022]本专利技术的自动采集装置，结构面产状采集模块可以结构面产状信息，结构面粗糙度采集模块可以采集结构面与接触板间距离，进而获得结构面粗糙度信息，结构面开度及间距采集模块可以采集结构面的间距、开度几何信息，岩体力学参数采集模块可以采集岩体力学信息，并对结构面拍照存档，同时将数据传输至数据处理与显示系统分析、显示、存档，具有可测岩体力学信息、功能多样、安全性高、误差小、工作效率高等优点。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]图1是本专利技术的围岩结构及力学信息自动采集装置示意图；
[0025]图2是本专利技术接触板部位示意图；
[0026]图3是本专利技术钻机与量爪部位示意图；
[0027]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
[0028]其中，1.行走机构，2.承台，3.相机，4.补光灯，5.数据传输装置，6.第一机械臂，7.接触板，8.陀螺仪，9.地磁传感器，10.滑轨，11.高精度测距仪，12.第二机械臂，13.导轨，
14.固定量爪，15.移动量爪，16.反射板，17.第三机械臂，18.钻机，19.转速传感器，20.球形螺栓。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]本专利技术的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种围岩结构及力学信息自动采集装置，其主要包括数据采集装置、数据传输装置及数据处理与显示装置；
[0031]其中，数据采集装置包括控制终端、三组机械臂及辅助构件。机械臂上安装信息采集模块，通过控制终端可操控机械臂上的信息采集模块获取岩体结构及力学信息。
[0032]第一机械臂6安装结构面产状采集模块和结构面粗糙度采集模块。结构面产状采集模块包括一个装有陀螺仪8和地磁传感器9的接触板7，接触板7通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种围岩结构及力学信息自动采集装置，其特征是，包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，第一机械臂固设接触板，接触板固定结构面产状采集模块和结构面粗糙度采集模块，第二机械臂固定结构面开度及间距采集模块，第三机械臂固设岩体力学参数采集模块，各采集模块均与数据处理与显示装置连接，数据处理与显示装置根据结构面粗糙度采集模块获取结构面与接触板间距离，得出结构面的粗糙度信息，并根据将岩体力学参数采集模块获取钻进深度、转速、钻孔时间与岩体强度建立对应关系，得到岩体力学信息。2.如权利要求1所述的围岩结构及力学信息自动采集装置，其特征是，结构面粗糙度采集模块采集到结构面与接触板间水平和竖直两方向的距离，数据处理与显示装置得出岩体结构面粗糙程度，并将该粗糙程度同标准曲线进行对比，进而得到结构面的粗糙度信息。3.如权利要求1所述的围岩结构及力学信息自动采集装置，其特征是，所述结构面产状采集模块包括固定于接触板的陀螺仪和地磁传感器，地磁传感器为接触板提供所在方位信息，在接触板从基准方位转至与结构面重合时，通过陀螺仪量测接触板转动的角度来获取结构面的倾向和倾角。4.如权利要求1所述的围岩结构及力学信息自动采集装置，其特征是，所述结构面粗糙度采集模块包括两条与接触板连接的滑轨，两滑轨相互垂直，每一滑轨设置可滑动的第一测距仪，在接触板与结构面重合时，第一测距仪沿滑轨移动量测出接触板各点与结构面之间的距离。5.如权利要求1所述的围岩结构及力学信息自动采集装置，其特征是，所述接触板通过第一球形螺栓固定于第一机械臂。6.如权利要求1所述的围岩结构及力学信息自动采集装置，其特征是，所述结构面开度及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为腾，张红军，李文蓄，梅玉春，王刚，李廷春，秦哲，冯强，杨旭旭，孙兵军，
申请(专利权)人：山东省地质科学研究院，
类型：发明
国别省市：