一种便携式钻机监测装置及其监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种便携式钻机监测装置及其监测方法，钻机监测仪包括钻机本体(10)、钻头(11)、钻杆(12)、底座(13)、数据采集器(20)、位移传感器(21)、推进牛顿力传感器(22)和钻杆旋转速度及扭矩力传感器(23)等部件；底座(13)上设有固定器(130)；监测方法为：采集推进牛顿力F

【技术实现步骤摘要】
一种便携式钻机监测装置及其监测方法


[0001]本专利技术涉及一种钻机监测仪，尤其是涉及一种便携式钻机监测装置及其监测方法。

技术介绍

[0002]随着经济与技术发展，岩土工程例如隧道建设和地下矿场开发日益增多。而钻孔是岩土工程之中不可缺少的一环，其目的主要是为了获取岩芯、土芯样本，从而调查工程施工用地的地质情况。但是传统岩心、土心取样后，样品还需要经历实验室试验，从而获得工程用地的岩土体力学参数，例如单轴抗压强度。如此一来便增加了工程周期和成本，更为重要的是，在样品运输与存放的过程中有可能会破坏其结构，使得实验室试验结果与真实情况不一致，对后续的工程设计安全性造成重要影响。因此，钻孔的监测设备专利技术尤为重要。此类设备可以测量工程用地的岩土真实强度以及层理识别，并及时反映至工作人员。
[0003]目前钻孔监测主要是通过在钻机上装置不同的传感器，记录钻孔过程中获取的参数来判定岩土体的特征。此类技术主要应用在中、大型钻机之上，原因是因为小型、便携式的钻机推进力无法保持一致。若使用传统的钻孔监测技术，钻机的推进力会影响钻孔过程中收集的参数，从而无法给出精准结果。但是，在许多施工用地，比如隧道开挖面以及地下矿场巷道之中，因为场地受限，中、大型钻机无法进入。
[0004]经过检索，申请公布号CN111396039A公开了煤矿巷道顶板岩性钻孔判定装置及判定方法，装置包括：推力传感器，其设于煤矿巷道的底板上；锚杆钻机，其底端压设于所述推力传感器上，以通过推力传感器测量锚杆钻机推进力；动态扭矩传感器，其固定于所述锚杆钻机的输出端，用于测定锚杆钻机的输出扭矩：拉线位移传感器，其固定于所述锚杆钻机的支腿外周，用于测定锚杆钻机的支腿升起高度：数据接收仪，其分别与推力传感器、动态扭矩传感器、拉线位移传感器连接，用于接收推进力、输出扭矩、高度数据；还公开了一种煤矿巷道顶板岩性钻孔判定方法。但是，该专利钻机未解决人工操作时推进力呈现波动、非均匀变化时影响各项测量参数以及在任意角度平面岩土体上作业的问题。
[0005]因此，如何将钻孔监测技术运用在小型便携式的钻机上，在钻机推进力无法保持恒定的情况下，保证受影响的钻孔参数依旧能反映准确的岩土体特征成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便携式钻机监测装置及其监测方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种便携式钻机监测装置，包括钻机部分和传感器部分，所述钻机部分包括钻机本体、钻头、钻杆和底座；所述钻机本体上安装钻头和钻杆；所述底座上设有用于把钻机监测仪固定在岩体上的固定器，使钻机监测仪在任意角度的平
面岩土体上作业；所述传感器部分包括数据采集器以及分别与数据采集器连接的位移传感器、推进牛顿力传感器和钻杆旋转速度及扭矩力传感器，所述位移传感器一端固定在钻机本体上，另一端固定在底座上；所述推进牛顿力传感器和钻杆旋转速度及扭矩力传感器安装在钻机本体上。
[0009]作为优选的技术方案，所述的钻机部分还包括手柄和滑动板，所述的滑动板与钻机本体底部连接，钻机本体通过手柄带动齿轮在滑动板上移动。
[0010]作为优选的技术方案，所述的钻机本体在钻孔过程中随着钻头和钻杆进入钻孔孔洞之中。
[0011]作为优选的技术方案，所述的固定器为螺旋形金属钉，用于在开始钻孔之前旋转打入岩体表面；在钻孔作业完成后反向旋转拔离岩土体。
[0012]作为优选的技术方案，所述的钻机部分还包括钻液箱，所述钻液箱中存放有钻孔过程中所需的钻液，所述钻液通过压力管道被输送到钻头处。
[0013]作为优选的技术方案，所述的位移传感器，记录钻机本体位移时间数据；所述牛顿力传感器测量钻孔过程中岩体受到钻头向前推进带来的作用力；所述钻杆旋转速度及扭矩力传感器测量钻孔过程中钻杆和钻头的旋转速度以及剪切岩体时的扭矩力。
[0014]作为优选的技术方案，所述的数据采集器将位移传感器、推进牛顿力传感器和钻杆旋转速度及扭矩力传感器检测到的数据实时传输至使用者的用户界面。
[0015]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种运用便携式钻机监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：
[0016]步骤S1，推进牛顿力传感器采集推进牛顿力F
thrust
，位移传感器采集速度变化量Δv、速度变化量的时间间隔Δt和造成速度变化的位移变化量的Δd
f
和Δd
i
；
[0017]步骤S2，计算钻孔过程中的加速度a
d
，
[0018]步骤S3，定义钻孔阻力R，计算R，R＝F
thr
‑
m
d
a
d
，其中，m
d
为钻机本体、钻头、钻杆、把手和钻杆旋转速度及扭矩力传感器的质量总和；
[0019]步骤S4，通过计算得到的钻孔阻力R大小，判断岩土体强度和岩理。
[0020]作为优选的技术方案，所述的钻孔阻力R值的大小与岩土体强度呈正相关。
[0021]作为优选的技术方案，所述的钻孔阻力出现差别大于百分之五的情况，判定为非同质岩土体，代表两者为不同的岩土层；否则判定为同质岩土体，代表两者为同一岩土层。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]1)本专利技术通过固定器固定钻机监测仪在岩土体的表面，使其可以在任意角度的平面岩土体上作业，钻机在钻进过程中的位移变化可以准确完整连续地记录下来；
[0024]2)本专利技术提出了一种监测方法，可以在推进力呈现波动、非均匀的情况下通过公式求得一个最终数值，定义该数值为钻孔阻力，反映岩土体的可钻性和强度，判断岩土体强度和岩理方便快捷；
[0025]3)本专利技术通过在钻孔过程中钻杆旋转速度及扭矩力传感器所监测的数据，可进一步的完善和认证所得钻孔阻力的准确性；
[0026]4)本专利技术钻头和钻杆为可替换组件，可根据岩土体而决定使用不同种类款式的钻头和钻杆，应用场景广泛。
附图说明
[0027]图1为本专利技术便携式钻机监测装置结构示意图；
[0028]图1中标号所示：
[0029]10、钻机本体，11、钻头，12、钻杆，13、底座，130、固定器，14、把手，15、手柄，16、滑动板，17、钻液箱，20、数据采集器，21、位移传感器，22、推进牛顿力传感器，23、钻杆旋转速度及扭矩力传感器。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0031]本实施例中附图所绘示的结构、比例、大小等均仅用以配合说明书所揭示的内容，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式钻机监测装置，其特征在于，包括钻机部分和传感器部分，所述钻机部分包括钻机本体(10)、钻头(11)、钻杆(12)和底座(13)；所述钻机本体(10)上安装钻头(11)和钻杆(12)；所述底座(13)上设有用于把钻机监测仪固定在岩体上的固定器(130)，使钻机监测仪在任意角度的平面岩土体上作业；所述传感器部分包括数据采集器(20)以及分别与数据采集器(20)连接的位移传感器(21)、推进牛顿力传感器(22)和钻杆旋转速度及扭矩力传感器(23)，所述位移传感器(21)一端固定在钻机本体(10)上，另一端固定在底座(13)上；所述推进牛顿力传感器(22)和钻杆旋转速度及扭矩力传感器(23)安装在钻机本体(10)上。2.根据权利要求1所述的一种便携式钻机监测装置，其特征在于，所述的钻机部分还包括手柄(15)和滑动板(16)，所述的滑动板(16)与钻机本体(10)底部连接，钻机本体(10)通过手柄(15)带动齿轮在滑动板(16)上移动。3.根据权利要求1所述的一种便携式钻机监测装置，其特征在于，所述的钻机本体(10)在钻孔过程中随着钻头(11)和钻杆(12)进入钻孔孔洞之中。4.根据权利要求1所述的一种便携式钻机监测装置，其特征在于，所述的固定器(130)为螺旋形金属钉，用于在开始钻孔之前旋转打入岩体表面；在钻孔作业完成后反向旋转拔离岩土体。5.根据权利要求1所述的一种便携式钻机监测装置，其特征在于，所述的钻机部分还包括钻液箱(17)，所述钻液箱(17)中存放有钻孔过程中所需的钻液，所述钻液通过压力管道被输送到钻头(11)处。6.根据权利要求1所述的一种便携式钻机监测装置，其特征在于，所述的位移传感器(21)，记录钻机本体(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳文达，陈行威，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：