一种应用于水库大坝的定向穿管装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及定向穿管装置领域，尤其涉及一种应用于水库大坝的定向穿管装置，包括定向钻机和控向仪、信号监测模块，具有一个信号发射端和若干个信号接收端，信号发射端安装在定向钻机的钻头内，信号接收端沿钻机的钻孔轨迹对称分布在大坝坝体坡面上；钻头位移监测模块，包括安装在定向钻机的钻头内的位置检测装置；中控模块，其与信号监测模块、钻头位移监测模块以及控向仪连接，本发明专利技术的中控模块可根据信号影响因素的复杂度确定信号接收端的布设间距，并取得接收端与钻孔轨迹的标准距离，通过与钻头位移监测模块以及控向仪进行数据交换，确定定向钻机的钻孔轨迹是否存在偏差，如果存在偏差，对钻孔轨迹进行矫正，提高了钻孔轨迹的精度。的精度。的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于水库大坝的定向穿管装置


[0001]本专利技术涉及一种控制装置领域，尤其涉及一种应用于水库大坝的定向穿管装 置。

技术介绍

[0002]目前，经过多年运行，我国部分小型水库坝下涵管存在断裂、渗漏、淤积等 问题，不得不采取限制水库水位等措施保证水库安全运行，严重影响水库效益的 发挥并威胁大坝结构安全。
[0003]水平定向钻机适用于沙土、黏土、卵石、岩石等各种复杂地层，在水平定向 钻机推拉、旋转工作时，常规状态下，借助于控向仪保持预设的钻孔轨迹。然而 现有控向仪受信号传输距离以及回传数据精度的影响，很难保证钻孔轨迹执行的 精准性，由于无法对钻孔路径中的土层情况进行监测，如果遇到复杂的土层，水 平定向钻机推拉、旋转压力波动大，而现有的水平定向钻机需要钻机手在操作时 不停地调整推拉、旋转手柄位置来控制推拉旋转泵的排量从而保证压力稳定。
[0004]中国专利公开号CN110685662A公开了一种水平定向钻机的控制系统及其控 制方法，包括控制器、压力传感器、手柄以及比例泵，压力传感器用于检测所述 水平定向钻机动力头的旋转压力和推拉压力，比例泵用来驱动所述动力头的运动， 所述手柄内设置有滑动电阻，滑动电阻与所述控制器电连接，本专利技术技术方案中， 虽然控制器根据所述滑动电阻的电压信号和所述水平定向钻机的旋转或推拉压 力对所述比例泵的排量进行调节，但是单纯的通过压力传感器获取图层阻力的方 式对于复杂的土层结构仍然不能保证钻头的正常转进，也不法更好的保证在现实 的钻孔作业中，保证钻头按照既定的轨迹高质量的完成作业，同时数据传输稳定 性和精度误差大等技术问题仍然存在。
[0005]由此可见，所述水平定向钻机在实际钻孔穿管的作业中，仍存在以下问题：
[0006]1、在钻孔穿管作业过程中，由于坝体地层复杂情况无法确定，导致钻头钻 进过程中，无法确定复杂土层环境对钻头行进轨迹的实际影响，难以保证钻孔穿 管作业的顺利进行。
[0007]2、在钻孔穿管作业过程中，由于地层复杂情况无法确定，导致钻头位置、 压力等传感器的监测精度降低，在判定钻孔轨迹偏移时，无法保证偏移判断结果 的稳定以及偏移值及偏差方位计算的精度。

技术实现思路

[0008]为此，本专利技术提供一种应用于水库大坝的定向穿管装置，用以克服现有技术 中无法确定地层复杂情况所导致的施工作业进程受阻以及无法精确的保证钻孔 轨迹的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供一种应用于水库大坝的定向穿管装置，包括定 向钻机和控向仪，还包括：信号监测模块，其具有一个信号发射端和若干个信号 接收端，信号发射端安装在所述定向钻机的钻头内，信号接收端沿钻机的钻孔轨 迹对称分布在大坝坝体坡面上；钻头位移监测模块，其包括安装在所述定向钻机 的钻头内的位置检测装置；中控
模块，其与所述信号监测模块、钻头位移监测模 块以及所述控向仪连接，并实时与所述信号监测模块、钻头位移监测模块以及所 述控向仪进行数据交换，确定所述定向钻机的钻孔轨迹是否存在偏差，如果存在 偏差，对钻孔轨迹进行矫正。
[0010]进一步地，所述中控模块包括用以存储大坝地质勘查的三维图像信息的图像 存储单元和用以对大坝的三维图像信息进行分析的图像分析单元，该图像分析单 元在定向穿管前，根据所述三维图像信息中的坝体坡面确定长度H，并根据该坝 体坡面长度确定相邻两个所述信号接收端的间距L，设定L＝H
×
α，其中α为比 例系数。
[0011]进一步地，所述图像分析单元在定向穿管前，根据所述三维图像信息确定坝 体中是否存在信号影响因素，并在存在信号影响因素时，则确定信号影响因素所 在位置及体积，所述图像分析单元根据若干个所述信号影响因素的体积及信号影 响因素种类对应的权值确定所述信号影响因素的复杂度R，R＝V1
×
q1+V2
×
q2+
…ꢀ
+Vn
×
qn，并根据该复杂度R和预设复杂度的比对结果确定对应的缩减系数对所 述信号影响因素所在位置的信号接收端的间距进行缩减，其中所述图像分析单元 设置有第一预设复杂度R1、第二预设复杂度R2、第一缩减系数S1、第二缩减系 数S2以及第三缩减系数S3，其中R1＜R2，设定0.2＜S3＜S2＜S1＜1，
[0012]当R≤R1时，所述图像分析单元选取第一缩减系数S1对所述信号影响因素 所在位置的信号接收端的间距进行缩减；
[0013]当R1＜R≤R2时，所述图像分析单元选取第二缩减系数S2对所述信号影响 因素所在位置的信号接收端的距离进行缩减；
[0014]当R＞R2时，所述图像分析单元选取第三缩减系数S3对所述信号影响因素 所在位置的信号接收端的距离进行缩减；
[0015]当所述图像分析单元选取第i缩减系数Si对所述信号影响因素所在位置的 信号接收端的间距进行缩减时，设定i＝1，2，3，
…
，n，所述图像分析单元将 缩减后的所述信号影响因素所在位置的信号接收端的间距设置为La，设定La＝L
ꢀ×
Si。
[0016]进一步地，所述图像分析单元在确定所述信号接收端间距完成时，以钻孔轨 迹的初始点为坐标原点，在所述三维图像信息中建立三维坐标系，并在该三维坐 标系中确定设定间距完成的各所述信号接收端的坐标，根据该坐标和所述钻孔轨 迹确定所述信号接收端与钻孔轨迹的标准距离DAn和DBn。
[0017]进一步地，所述中控模块还包括用以获取信号监测模块监测的信号的参数数 据的数据获取单元和用以对数据获取单元获取的信号的参数数据进行处理的数 据处理单元，所述数据获取单元在进行钻孔作业时，根据所述钻头位移监测模块 的监测数据确定所述钻头的位移量，并在确定所述钻头移动对应位移量时，数据 获取单元通过所述控向仪获取当前钻头的方位信息，并根据所述三维图像信息确 定轨迹是否存在偏差，如果钻孔轨迹无偏差，则钻头继续接钻孔轨迹向前钻进。
[0018]进一步地，当判断钻孔轨偏存在偏差时，所述信号发射端发射信号并记录发 射信号的第一时刻t1，所述信号接收端在接收到信号时记录接收信号的第二时 刻t2，所述数据获取单元获取所述第一时刻t1和第二时刻t2，所述数据处理单 元根据所述第一时刻t1和第二时刻t2确定信号接收端接收信号的时长Δt，根 据该时长确定所述信号发射端至信号接收端的距离Da和Db，并将该距离分别与 标准距离进行比对，
[0019]若Da＝DAn且Db＝DBn，则所述数据处理单元判定所述钻孔轨迹无偏差；
[0020]若Da≠DAn或Db≠Dbn，则所述数据处理单元判定所述钻孔轨迹存在偏差。
[0021]进一步地，所述数据处理单元在判定所述钻孔轨迹无偏差时，根据所述复杂 度R和预设复杂度的比对结果判断是否对钻孔轨迹偏差结果进行二次判定，
[0022]其中，所述数据处理单元还设置有第一发射频率调节系数Z1、第二发射频率 调节系数Z2，获取初始信号发射频率为P，设定0.5＜Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于水库大坝的定向穿管装置，包括定向钻机和控向仪，其特征在于，还包括：信号监测模块，其具有一个信号发射端和若干个信号接收端，信号发射端安装在所述定向钻机的钻头内，信号接收端沿钻机的钻孔轨迹对称分布在大坝坝体坡面上；钻头位移监测模块，其包括安装在所述定向钻机的钻头内的位置检测装置；中控模块，其与所述信号监测模块、钻头位移监测模块以及所述控向仪连接，并实时与所述信号监测模块、钻头位移监测模块以及所述控向仪进行数据交换，确定所述定向钻机的钻孔轨迹是否存在偏差，如果存在偏差，对钻孔轨迹进行矫正。2.根据权利要求1所述的应用于水库大坝的定向穿管装置，其特征在于，所述中控模块包括用以存储大坝地质勘查的图像存储单元和用以对大坝的三维图像信息进行分析的图像分析单元，该图像分析单元在定向穿管前，根据所述三维图像信息确定坝体坡面长度H，并根据该坝体坡面长度确定相邻两个所述信号接收端的间距L，设定L＝H
×
α，其中α为比例系数。3.根据权利要求2所述的应用于水库大坝的定向穿管装置，其特征在于，所述图像分析单元在定向穿管前，根据所述三维图像信息确定坝体中是否存在信号影响因素，并在存在信号影响因素时，则确定信号影响因素所在位置及体积，所述图像分析单元根据若干个所述信号影响因素的体积及信号影响因素种类对应的权值确定所述信号影响因素的复杂度R，R＝V1
×
q1+V2
×
q2+
…
+Vn
×
qn，并根据该复杂度R和预设复杂度的比对结果确定对应的缩减系数对所述信号影响因素所在位置的信号接收端的间距进行缩减，其中所述图像分析单元设置有第一预设复杂度R1、第二预设复杂度R2、第一缩减系数S1、第二缩减系数S2以及第三缩减系数S3，其中R1＜R2，设定0.2＜S3＜S2＜S1＜1，当R≤R1时，所述图像分析单元选取第一缩减系数S1对所述信号影响因素所在位置的信号接收端的间距进行缩减；当R1＜R≤R2时，所述图像分析单元选取第二缩减系数S2对所述信号影响因素所在位置的信号接收端的距离进行缩减；当R＞R2时，所述图像分析单元选取第三缩减系数S3对所述信号影响因素所在位置的信号接收端的距离进行缩减；当所述图像分析单元选取第i缩减系数Si对所述信号影响因素所在位置的信号接收端的间距进行缩减时，设定i＝1，2，3，
…
，n，所述图像分析单元将缩减后的所述信号影响因素所在位置的信号接收端的间距设置为La，设定La＝L
×
Si。4.根据权利要求3所述的应用于水库大坝的定向穿管装置，其特征在于，所述图像分析单元在确定所述信号接收端间距完成时，以钻孔轨迹的初始点为坐标原点，在所述三维图像信息中建立三维坐标系，并在该三维坐标系中确定设定间距完成的各所述信号接收端的坐标，根据该坐标和所述钻孔轨迹确定所述信号接收端与钻孔轨迹的标准距离DAn和DBn。5.根据权利要求4所述的应用于水库大坝的定向穿管装置，其特征在于，所述中控模块还包括用以获取信号监测模块监测的信号的参数数据的数据获取单元和用以对数据获取单元获取的信号的参数数据进行处理的数据处理单元，所述数据获取单元在进行钻孔作业时，根据所述钻头位移监测模块的监测数据确定所述钻头的位移量，并在确定所述钻头移动对应位移量时，所述数据获取单元通过所述控向仪获取当前钻头的方位信息，并根据所
述三维图像信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飚，
申请(专利权)人：邵阳市水利水电勘测设计院，
类型：发明
国别省市：