專(zhuān)利名稱(chēng)：可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)及監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及錨固工程領(lǐng)域所使用的設(shè)備，特別涉及一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨 桿鉆機(jī)及監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
錨桿鉆機(jī)主要由機(jī)架、動(dòng)力頭、操縱機(jī)構(gòu)等組成，外接輸液管通過(guò)動(dòng)力頭和鉆桿的 輸液通道向鉆頭輸送鉆孔所需液體(水、泥漿或水泥漿等)，由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭向地 層鉆進(jìn)，形成錨孔。鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度不僅與動(dòng)力頭的驅(qū)動(dòng)力和鉆機(jī)工作檔位有關(guān)，與土質(zhì)軟 硬程度也直接相關(guān)，但目前還沒(méi)有測(cè)定實(shí)際鉆進(jìn)速度的準(zhǔn)確方法和裝置。錨桿鉆機(jī)是用很 短的鉆桿(單根長(zhǎng)度一般1.5m左右)接合起來(lái)向前鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中需要反復(fù)地裝卸鉆 桿，鉆孔的準(zhǔn)確深度尤其是鉆頭的動(dòng)態(tài)深度位置一般是根據(jù)所用鉆桿根數(shù)和各根鉆桿的長(zhǎng) 度粗略估計(jì)，很難準(zhǔn)確無(wú)誤地計(jì)算和記錄。鉆孔過(guò)程中通過(guò)動(dòng)力頭和鉆桿輸液通道的液體 壓力和流量大小以及鉆頭行進(jìn)速度，對(duì)成孔直徑是有影響的，對(duì)錨桿抗拔力大小是有影響 的，尤其是采用水力擴(kuò)孔工藝施工時(shí)影響非常顯著，因此反映鉆孔工作狀態(tài)的這些參數(shù)是 重要的，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄和顯示出來(lái)，對(duì)工程管理和質(zhì)量保證是必要的，但目前還沒(méi)有 比較好的能準(zhǔn)確可靠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行監(jiān)測(cè) 并記錄和顯示出鉆孔工作狀態(tài)。本發(fā)明的另一目的是提供一種監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，其可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn) 行監(jiān)測(cè)并記錄和顯示出鉆孔工作狀態(tài)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，包括鉆機(jī)機(jī)架、用于驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭的動(dòng) 力頭及操縱機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器、通信連接于所述傳感 器的中央處理器以及通信連接于所述中央處理器的輸出單元，所述中央處理器從所述傳感 器獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換為動(dòng)力頭的行進(jìn)速度后傳遞給輸出單元。其中，還包括可即時(shí)監(jiān)測(cè)所述操縱機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)單元，所述監(jiān)測(cè)單元與所述中央處 理器通信連接，所述監(jiān)測(cè)單元用于采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳遞給中央處理器，中 央處理器對(duì)所述傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳遞給所述輸出單元。其中，所述動(dòng)力頭和鉆桿內(nèi)所設(shè)有的可相互連通的中空孔并與外接的輸液管路共 同構(gòu)成輸液通道，在所述輸液通道上安裝有液體壓力傳感器，所述液體壓力傳感器與所述 中央處理器通信連接。其中，所述輸液通道上還安裝有流量傳感器，所述流量傳感器與所述中央處理器 通信連接。其中，所述中央處理器根據(jù)所述液體壓力傳感器和所述流量傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算錨桿擴(kuò)大頭長(zhǎng)度和直徑。本發(fā)明還提供一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，包括鉆機(jī)機(jī)架、用于驅(qū)動(dòng)鉆 桿和鉆頭的動(dòng)力頭及操縱機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器、可即時(shí) 監(jiān)測(cè)操縱機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)單元、通信連接于傳感器和監(jiān)測(cè)單元的中央處理器以及通信連接于中 央處理器的輸出單元，所述監(jiān)測(cè)單元用于采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳遞給中央處理 器，中央處理器對(duì)所述傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳遞給所述輸出單元。本發(fā)明還提供一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)錨桿鉆機(jī)鉆頭的工 作狀態(tài)，所述鉆頭與鉆桿連接，由操縱機(jī)構(gòu)及動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括中央處理器、通 信連接于中央處理器的輸出單元，以及可監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器，所述傳感器與所述中 央處理器通信連接，傳感器的數(shù)據(jù)輸出到中央處理器經(jīng)中央處理器處理后轉(zhuǎn)換為鉆頭的鉆 進(jìn)速度，然后傳輸給所述輸出單元。其中，還包括用于采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)測(cè)單元，所述監(jiān)測(cè)單元將監(jiān) 測(cè)的信號(hào)輸出到與其通信連接的所述中央處理器，由中央處理器根據(jù)操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài) 對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳送給所述輸出單元。其中，還包括一安裝于鉆機(jī)輸液通道上的液體壓力傳感器，所述液體壓力傳感器 與所述中央處理器通信連接。其中，還包括一安裝于鉆機(jī)輸液通道上的流量傳感器，所述流量傳感器與所述中 央處理器通信連接。本發(fā)明還提供一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)錨桿鉆機(jī)鉆頭的工 作狀態(tài)，所述鉆頭與鉆桿連接，由操縱機(jī)構(gòu)及動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力 頭行進(jìn)的傳感器、監(jiān)測(cè)操縱機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)單元、通信連接于傳感器和監(jiān)測(cè)單元的中央處理器 以及通信連接于中央處理器的輸出單元，所述監(jiān)測(cè)單元采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳 遞給中央處理器，由中央處理器對(duì)所述傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳遞給所 述輸出單元。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)及監(jiān)測(cè)裝置可 以實(shí)時(shí)地自動(dòng)監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)，尤其是可以將鉆頭的深度位置和對(duì)應(yīng)的有關(guān)參數(shù)如動(dòng)力 頭行進(jìn)速度、液體壓力等動(dòng)態(tài)即時(shí)顯示出來(lái)；當(dāng)采用水力擴(kuò)孔法施工擴(kuò)大頭錨桿時(shí)可以比 較客觀地計(jì)算擴(kuò)大頭長(zhǎng)度和直徑并顯示出來(lái)，可以比較好地解決錨桿施工這種隱蔽性極強(qiáng) 的地下作業(yè)施工管理和質(zhì)量保證的老大難問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)第一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)第二較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)第三較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置第一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖及 工作原理圖；圖5為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置第二較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖及 工作原理圖；圖6為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置第三較佳實(shí)施例的原結(jié)構(gòu)示意圖及工作原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案 及其他有益效果顯而易見(jiàn)。實(shí)施例一如圖1所示，其為本發(fā)明可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)第一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。該錨桿鉆機(jī)由鉆機(jī)機(jī)架11、動(dòng)力頭1、操縱機(jī)構(gòu)5組成，所述動(dòng)力頭1設(shè)于機(jī)架11 上開(kāi)設(shè)的滑道內(nèi)，與鉆桿12連接，鉆桿12前端設(shè)有鉆頭7，通過(guò)動(dòng)力頭1可驅(qū)動(dòng)接于其前端 的鉆桿12和安裝于鉆桿12的鉆頭7，通過(guò)鉆頭7向地層鉆孔，鉆孔所需液體通過(guò)接于動(dòng)力 頭1后端的輸液管路13、動(dòng)力頭1內(nèi)的孔道14和鉆桿12的中空孔道所形成的輸液通道向 鉆頭7輸送。動(dòng)力頭1在鉆機(jī)機(jī)架11上上下行進(jìn)，通過(guò)鏈條15與固定于機(jī)架11上的齒輪 16嚙合傳動(dòng)傳遞動(dòng)力。本實(shí)施例方案在機(jī)架11位于齒輪16的位置，設(shè)置一傳感器2，通過(guò) 傳感器2可監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭1的行進(jìn)狀況，同時(shí)設(shè)置中央處理器3與傳感器2通信連接，可從傳 感器2獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換為動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度后傳送給輸出單元4顯示并打印。 中央處理器3和輸出單元4可以安裝于操縱機(jī)構(gòu)5或鉆機(jī)的其他部位。中央處理器3和 輸出單元4可以分開(kāi)安裝或者集成為一體。輸出單元4可以是數(shù)字式顯示器、指針式顯示 盤(pán)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)卡等。監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭1行進(jìn)的傳感器2可以有多種形式，一是采用激光測(cè)距 儀(如改進(jìn)的DECN激光測(cè)距儀LM50、博世DLE40等)，用以測(cè)量動(dòng)力頭1行進(jìn)時(shí)的距離變 化，并由中央處理器3按微分時(shí)段計(jì)算其行進(jìn)速度，如某微分時(shí)段測(cè)得的距離變化為Δ Ii, 該微分時(shí)段時(shí)長(zhǎng)為Ati，則行進(jìn)速度為Vi = Ali/Ati;二是可以采用激光測(cè)速儀，用以測(cè) 量動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度并傳遞給中央處理器3 ；三是采用轉(zhuǎn)速計(jì)(如改進(jìn)的衡欣A28000轉(zhuǎn) 速計(jì)等)測(cè)量傳動(dòng)齒輪16的轉(zhuǎn)速，中央處理器3根據(jù)齒輪16的直徑和所測(cè)量的轉(zhuǎn)速計(jì)算 動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度，如齒輪16直徑為D16，測(cè)量轉(zhuǎn)速為Coi，則該時(shí)刻行進(jìn)速度Vi= CoiD16; 四是沿鉆機(jī)機(jī)架11的滑道設(shè)置滑動(dòng)電阻儀，用以測(cè)量動(dòng)力頭1的位置變化，由中央處理器 3計(jì)算動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度。通過(guò)上述方式，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)時(shí)測(cè)量并輸出動(dòng)力頭1 的行進(jìn)速度這一主要參數(shù)。本發(fā)明提供了一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置第一較佳實(shí)施例。如圖4A所 示，該監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置可應(yīng)用于現(xiàn)有的錨桿鉆機(jī)，例如其可連接于圖1所示 的錨桿鉆機(jī)上，其主要涉及錨桿鉆機(jī)的動(dòng)力頭1、鉆頭7、操縱機(jī)構(gòu)5以及動(dòng)力頭1后端的輸 液管路13、動(dòng)力頭1內(nèi)的孔道14和鉆桿12的中空通道形成的輸液通道，該監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀 態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置包括中央處理器3、輸出單元4，還包括監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭1行進(jìn)的與所述中央處理 器3通信連接的傳感器2，其數(shù)據(jù)輸出到中央處理器3經(jīng)中央處理器3處理后轉(zhuǎn)換為鉆頭7 的鉆進(jìn)速度，然后傳輸給所述輸出單元4。該第一較佳實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)時(shí)測(cè)量并輸出動(dòng) 力頭1的行進(jìn)速度這一主要參數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例工作過(guò)程見(jiàn)圖4B錨桿鉆機(jī)就位，準(zhǔn)備工作完成后，啟動(dòng)鉆機(jī)，操作 操縱機(jī)構(gòu)5使其處于鉆進(jìn)狀態(tài)，動(dòng)力頭1驅(qū)動(dòng)鉆桿12和鉆頭7向地層鉆進(jìn)，同時(shí)，傳感器2 監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭1的行進(jìn)，并將數(shù)據(jù)傳遞給中央處理器3，中央處理器3從傳感器2獲取數(shù)據(jù)并 進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換為動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度后傳送給輸出單元4。在正常鉆進(jìn)或提升時(shí)，鉆頭7的行進(jìn)速度與動(dòng)力頭1相等，輸出單元4可以將這個(gè)速度在顯示器上即時(shí)顯示，供施工操作和 管理人員檢查，也可以打印出來(lái)作為施工記錄保存，還可以存入數(shù)據(jù)卡帶回辦公室進(jìn)行數(shù) 據(jù)分析和整理。實(shí)施例二 如圖2所示，其為本發(fā)明可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)第二較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。為了實(shí)時(shí)測(cè)算鉆孔過(guò)程中每一時(shí)刻鉆頭的深度，在上述第一較佳實(shí)施例的基礎(chǔ)上 于操縱機(jī)構(gòu)5增設(shè)監(jiān)測(cè)單元6，用以采集操縱機(jī)構(gòu)5的工作狀態(tài)信號(hào)，所述監(jiān)測(cè)單元6與中 央處理器3通信連接，如圖2所示。中央處理器3從監(jiān)測(cè)單元6獲取信號(hào)識(shí)別鉆機(jī)的工作狀 態(tài)并根據(jù)鉆機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)傳感器2的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，計(jì)算鉆頭7的深度后傳遞給輸 出單元4顯示并打印出來(lái)。監(jiān)測(cè)單元6用于監(jiān)測(cè)并采集操縱機(jī)構(gòu)5的工作狀態(tài)信號(hào)，它根據(jù) 各種不同型號(hào)的錨桿鉆機(jī)操縱機(jī)構(gòu)5的不同，可以有多種不同形式，對(duì)于液壓控制閥操縱 柄的操縱機(jī)構(gòu)5，一是可以采用電路將每個(gè)控制閥的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)連接到中央處理器 3 ；二是可以在各個(gè)控制閥的油路上安裝油壓傳感器，并設(shè)置電路將各油壓傳感器數(shù)據(jù)傳送 到中央處理器3，中央處理器3根據(jù)油壓值與設(shè)計(jì)值的比較判斷各個(gè)控制閥的狀態(tài)；三是可 以在各個(gè)控制閥的油路上安裝流量傳感器，并設(shè)置電路將其數(shù)據(jù)傳送到中央處理器3，中央 處理器3根據(jù)所測(cè)流量與設(shè)計(jì)值的比較判斷各個(gè)控制閥的工作狀態(tài)；對(duì)于電鈕操作的操縱 機(jī)構(gòu)5，則更簡(jiǎn)單，只需設(shè)置電路將各操作電鈕的電信號(hào)傳送到中央處理器3即可。錨桿鉆 機(jī)鉆孔的一個(gè)最大特點(diǎn)，它是利用多根很短的鉆桿(單根長(zhǎng)度1.5m左右)一邊鉆進(jìn)一邊接 桿，動(dòng)力頭1時(shí)而給進(jìn)或提升，時(shí)而裝桿、卸桿、上扣或卸扣，這些狀態(tài)反復(fù)交錯(cuò)進(jìn)行。因此， 不能簡(jiǎn)單地按動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度或行程簡(jiǎn)單地計(jì)算，而應(yīng)根據(jù)中央處理器3從監(jiān)測(cè)單元 6獲得的信號(hào)識(shí)別鉆機(jī)的工作狀態(tài)，將裝桿、卸桿、上扣和卸扣時(shí)的動(dòng)力頭行程剔除，將動(dòng)力 頭1有效給進(jìn)(下行)或提升(上行)行程累計(jì)計(jì)算得到鉆頭7的深度位置。傳感器2可 以采用行程傳感器，也可以采用速度傳感器，兩者的鉆頭深度計(jì)算公式略有差別而已。當(dāng)采用行程傳感器時(shí)，可按以下公式計(jì)算
當(dāng)采用速度傳感器時(shí)，可按以下公式計(jì)算 以上兩式中，Si為第i時(shí)段末的鉆頭深度；Δ Ii為第i時(shí)段傳感器2測(cè)得的動(dòng)力 頭1的行程；Vi為第i時(shí)段傳感器2測(cè)得的動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度；Δ ti為第i時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)； k為鉆機(jī)工作狀態(tài)系數(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)單元6的信號(hào)，按下式取值 本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是能在鉆孔過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并輸出鉆頭的深度和行進(jìn)速度這兩 個(gè)主要參數(shù)。如圖5A所示，其為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置第二較佳實(shí)施例的原 理結(jié)構(gòu)示意圖。為了實(shí)時(shí)測(cè)算鉆孔過(guò)程中每一時(shí)刻鉆頭的深度，其在監(jiān)測(cè)裝置第一較佳實(shí) 施例的基礎(chǔ)上，增設(shè)用于采集操縱機(jī)構(gòu)5的工作狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)測(cè)單元6，其信號(hào)輸出到與其 通信連接的所述中央處理器3，中央處理器3識(shí)別操縱機(jī)構(gòu)5的工作狀態(tài)對(duì)傳感器2的數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭7的深度后傳送給所述輸出單元4。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是能在鉆孔過(guò)程中 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并輸出鉆頭的深度和行進(jìn)速度這兩個(gè)主要參數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例工作過(guò)程見(jiàn)圖5B，錨桿鉆機(jī)就位準(zhǔn)備工作完成后，啟動(dòng)鉆機(jī)，操作 操縱機(jī)構(gòu)5，使其處于給進(jìn)(下行鉆進(jìn))狀態(tài)，動(dòng)力頭1驅(qū)動(dòng)鉆桿12和鉆頭7向地層鉆進(jìn)， 同時(shí)，傳感器2監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭1的行進(jìn)，監(jiān)測(cè)單元6監(jiān)測(cè)操縱機(jī)構(gòu)5的狀態(tài)，中央處理器3從 傳感器2和監(jiān)測(cè)單元6獲取數(shù)據(jù)計(jì)算動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度和鉆頭的深度，并傳送給輸出單 元。當(dāng)動(dòng)力頭1給進(jìn)一節(jié)鉆桿的深度后操作操縱機(jī)構(gòu)5使其處于卸扣狀態(tài)，動(dòng)力頭卸下鉆 桿絲扣，并快速上行到頂之后，將一節(jié)鉆桿置于上桿位置，操作操縱機(jī)構(gòu)5使其處于上扣狀 態(tài)和裝桿狀態(tài)，動(dòng)力頭扣上鉆桿絲扣并旋緊，在此過(guò)程中，傳感囂2監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭1的行進(jìn)并 即時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給中央處理器3，中央處理器3將其處理轉(zhuǎn)換為動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度后傳遞 給輸出單元4，但同時(shí)由于監(jiān)測(cè)單元6監(jiān)測(cè)操縱機(jī)構(gòu)6的各個(gè)工作狀態(tài)并傳送給中央處理 器3，中央處理器3識(shí)別這些工作狀態(tài)為卸扣、上扣、裝桿狀態(tài)(k = 0)，并不將傳感器2的 數(shù)據(jù)計(jì)入深度計(jì)算，因此在這個(gè)過(guò)程中鉆頭7的深度是不會(huì)發(fā)生變化的。當(dāng)鉆桿旋緊裝好 之后，操作操縱機(jī)構(gòu)5使其處于給進(jìn)狀態(tài)，新一節(jié)鉆桿的鉆進(jìn)又開(kāi)始了。這樣反復(fù)操作，直 至鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度為止。其工作原理見(jiàn)圖5B。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，必要時(shí)完成錨桿的安 裝等工序之后，即可開(kāi)始退回鉆桿工作，其操作和監(jiān)測(cè)流程與鉆進(jìn)類(lèi)似，只需用“提升狀態(tài)” 和“卸桿狀態(tài)”分別“替代”鉆進(jìn)時(shí)的“鉆進(jìn)狀態(tài)”和“裝桿狀態(tài)”即可。實(shí)施例三圖3為本發(fā)明可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)第三較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。采 用高壓噴射擴(kuò)孔法施工擴(kuò)大頭錨桿時(shí)，高壓泵通過(guò)輸液管路13向鉆頭7提供高壓液體在錨 桿設(shè)計(jì)的某一段長(zhǎng)度范圍進(jìn)行高壓噴射擴(kuò)孔。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)孔壓力、流量、估算擴(kuò)大頭的 長(zhǎng)度和直徑，在上述第二較佳實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖3，在動(dòng)力頭1的輸液管路13上增設(shè)液 體壓力傳感器8和流量傳感器9，兩者均與中央處理器3通信連接，中央處理器將液體壓力 傳感器8和流量傳感器9的測(cè)量值傳送給輸出單元4顯示并打印。在本實(shí)施例中，液體壓 力傳感器8和流量傳感器9還可以選擇安裝在所述動(dòng)力頭1后端的輸液管路13、動(dòng)力頭1內(nèi)的孔道14和鉆桿12的中空孔道所形成的輸液通道上的任意位置處，如動(dòng)力頭1和輸液 管13接頭之間等，均可以實(shí)現(xiàn)與安裝于輸液管路13上相同的目的。在本實(shí)施例中，可以將 鉆頭深度以及相應(yīng)深度處動(dòng)力頭1的行進(jìn)速度(亦即鉆頭的鉆進(jìn)或提升速度)、液體壓力傳 感器8 (如可采用德州儀器的壓力傳感器40-20MA型等)測(cè)量的壓力值和流量傳感器9 (如 可采用貝特智能流量計(jì)等)測(cè)量的流量值一同顯示并打印出來(lái)，可以非常好地實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)U(kuò) 大頭錨桿的施工質(zhì)量。另外，當(dāng)需要了解鉆頭7的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，還可以在動(dòng)力頭1或者鉆桿 12上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)并與中央處理器3通信連接，監(jiān)測(cè)鉆頭7的轉(zhuǎn)速并一同顯示和打印出 來(lái)。顯示和打印的格式見(jiàn)下表。
高壓噴射或者其他水力擴(kuò)孔形式的擴(kuò)大頭錨桿，其擴(kuò)大頭的長(zhǎng)度可按下式計(jì)算Ld = I S2-S1式中，Ld為擴(kuò)大頭長(zhǎng)度；Sp S2分別為液體壓力傳感器8測(cè)得的較高壓力值(大于 或等于設(shè)計(jì)壓力值)起始和終止時(shí)對(duì)應(yīng)的鉆頭深度。擴(kuò)大頭的直徑可根據(jù)水泥漿灌注量按下式估算其平均值 式中，，D2為擴(kuò)大頭計(jì)算平均直徑；V為水泥漿灌注量；Di為灌注水泥漿時(shí)鉆孔的凈 直徑；L為鉆孔總長(zhǎng)度；Ld為擴(kuò)大頭長(zhǎng)度。水泥漿灌注量V可由中央處理器3根據(jù)流量傳感器9的測(cè)量值按下列公式計(jì)算 式中，Qi為第i時(shí)段的流量；Ati為第i時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)；η為水泥漿灌注時(shí)的有效時(shí) 段數(shù)。水泥漿灌注的起止時(shí)段可人工通過(guò)鍵盤(pán)輸入，也可以在輸液管路13上安裝介質(zhì)分類(lèi) 傳感器自動(dòng)識(shí)別。在本實(shí)施例中，液體壓力傳感器(8)和流量計(jì)(9)還可以設(shè)置在向鉆機(jī)供液的泵 機(jī)上。第三較佳實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)，是能全面地監(jiān)測(cè)并輸出鉆孔過(guò)程中任一時(shí)刻的鉆頭深 度、行進(jìn)速度、壓力、流量等主要參數(shù)，并能計(jì)算擴(kuò)大頭的長(zhǎng)度和直徑，有利于工程管理和質(zhì)
量保證。上述各實(shí)施方案中，輸出單元4可以是顯示器、打印機(jī)、數(shù)據(jù)卡等，還可以同時(shí)包括 顯示器、打印機(jī)和數(shù)據(jù)卡。如圖6A所示，其為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置第三較佳實(shí)施例的原 理結(jié)構(gòu)示意圖。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)孔壓力、流量、估算擴(kuò)大頭的長(zhǎng)度和直徑，在監(jiān)測(cè)裝置第二 較佳實(shí)施例的基礎(chǔ)上，增設(shè)用于安裝于動(dòng)力頭1的輸液管路13上的液體壓力傳感器8，其信 號(hào)傳輸給與其通信連接的中央處理器3 ；還增設(shè)安裝于動(dòng)力頭1的輸液管路13上的流量傳 感器9，其信號(hào)傳輸給與其通信連接的中央處理器3。中央處理器3根據(jù)所述壓力傳感器8 測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算擴(kuò)大頭長(zhǎng)度；根據(jù)所述壓力傳感器8和流量傳感器9的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算擴(kuò)大頭 直徑，二者的計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸給所述輸出單元4。在本實(shí)施例中，液體壓力傳感器8和流量傳 感器9還可以選擇安裝在所述動(dòng)力頭1后端的輸液管路13、動(dòng)力頭1內(nèi)的孔道14和鉆桿 12的中空孔道所形成的輸液通道上的任意位置處，如動(dòng)力頭1和輸液管13接頭之間等，均 可以實(shí)現(xiàn)與安裝于輸液管路13上相同的目的。該第三較佳實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)，是能全面地監(jiān)測(cè) 并輸出鉆孔過(guò)程中任一時(shí)刻的鉆頭深度、行進(jìn)速度、壓力、流量等主要參數(shù)，并能計(jì)算擴(kuò)大 頭的長(zhǎng)度和直徑，有利于工程管理和質(zhì)量保證。本發(fā)明實(shí)施例工作過(guò)程鉆機(jī)鉆孔過(guò)程與上述第二實(shí)施例相同，只是增加了對(duì)鉆 機(jī)輸液通道全過(guò)程的壓力傳感器8和流量傳感器9的監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送給中央處理器3， 可以計(jì)算擴(kuò)大頭長(zhǎng)度和直徑，見(jiàn)圖6B。例如，如某工程普通段鉆孔設(shè)計(jì)漿壓為< IMPa，擴(kuò)大 頭段擴(kuò)孔設(shè)計(jì)漿壓為30MPa，鉆孔總長(zhǎng)28m，鉆管內(nèi)徑0. 12m，壓力傳感器8監(jiān)測(cè)得到的漿壓 大于等于30MPa時(shí)的最大孔深和最小孔深分別為28m和25m，流量傳感器9測(cè)得的流量值為 60L/min，注水泥漿時(shí)長(zhǎng)為30min，則擴(kuò)大頭長(zhǎng)度計(jì)算值為L(zhǎng)d = 28-25 = 3m，注漿量為 擴(kuò)大頭直徑本發(fā)明實(shí)施例監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置的各較佳實(shí)施例中，數(shù)據(jù)的計(jì)算方式 可參照可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)的各較佳實(shí)施例。綜上，本發(fā)明的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)及監(jiān)測(cè)裝置可以實(shí)時(shí)地自動(dòng)監(jiān)測(cè) 鉆孔工作狀態(tài)，尤其是可以將鉆頭的深度位置和對(duì)應(yīng)的有關(guān)參數(shù)如動(dòng)力頭行進(jìn)速度、液體 壓力等動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)；當(dāng)采用水力擴(kuò)孔法施工擴(kuò)大頭錨桿時(shí)可以比較客觀地計(jì)算擴(kuò)大頭 長(zhǎng)度和直徑并顯示出來(lái)，可以比較好地解決錨桿施工這種隱蔽性極強(qiáng)的地下作業(yè)施工管理 和質(zhì)量保證的老大難問(wèn)題。以上所述，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù) 構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利 要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，包括鉆機(jī)機(jī)架、用于驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭的動(dòng)力頭及操縱機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器、通信連接于所述傳感器的中央處理器以及通信連接于所述中央處理器的輸出單元，所述中央處理器從所述傳感器獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換為動(dòng)力頭的行進(jìn)速度后傳遞給輸出單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，其特征在于，還包括可即 時(shí)監(jiān)測(cè)所述操縱機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)單元，所述監(jiān)測(cè)單元與所述中央處理器通信連接，所述監(jiān)測(cè)單 元用于采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳遞給中央處理器，中央處理器對(duì)所述傳感器的數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳遞給所述輸出單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，其特征在于，所述動(dòng)力 頭和鉆桿內(nèi)所設(shè)有的可相互連通的中空孔并與外接的輸液管路共同構(gòu)成輸液通道，在所述 輸液通道上安裝有液體壓力傳感器，所述液體壓力傳感器與所述中央處理器通信連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，其特征在于，于所述輸液 通道上還安裝有流量傳感器，所述流量傳感器與所述中央處理器通信連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，其特征在于，所述中央處 理器根據(jù)所述液體壓力傳感器和所述流量傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算錨桿擴(kuò)大頭長(zhǎng)度和直徑。
6.一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)，包括鉆機(jī)機(jī)架、用于驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭的動(dòng)力 頭及操縱機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器、可即時(shí)監(jiān)測(cè)操縱機(jī)構(gòu)的 監(jiān)測(cè)單元、通信連接于傳感器和監(jiān)測(cè)單元的中央處理器以及通信連接于中央處理器的輸出 單元，所述監(jiān)測(cè)單元用于采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳遞給中央處理器，中央處理器 對(duì)所述傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳遞給所述輸出單元。
7.—種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)錨桿鉆機(jī)鉆頭的工作狀態(tài)，所述鉆 頭與鉆桿連接，由操縱機(jī)構(gòu)及動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括中央處理器、通信連接于中央 處理器的輸出單元，以及可監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器，所述傳感器與所述中央處理器通信 連接，傳感器的數(shù)據(jù)輸出到中央處理器經(jīng)中央處理器處理后轉(zhuǎn)換為鉆頭的鉆進(jìn)速度，然后 傳輸給所述輸出單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括用于 采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)測(cè)單元，所述監(jiān)測(cè)單元將監(jiān)測(cè)的信號(hào)輸出到與其通信連 接的所述中央處理器，由中央處理器根據(jù)操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì) 算鉆頭的深度后傳送給所述輸出單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括一 安裝于鉆機(jī)輸液通道上的液體壓力傳感器，所述液體壓力傳感器與所述中央處理器通信連 接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括一安 裝于鉆機(jī)輸液通道上的流量傳感器，所述流量傳感器與所述中央處理器通信連接。
11.一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)錨桿鉆機(jī)鉆頭的工作狀態(tài)，所述 鉆頭與鉆桿連接，由操縱機(jī)構(gòu)及動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感 器、監(jiān)測(cè)操縱機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)單元、通信連接于傳感器和監(jiān)測(cè)單元的中央處理器以及通信連接 于中央處理器的輸出單元，所述監(jiān)測(cè)單元采集操縱機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳遞給中央處理 器，由中央處理器對(duì)所述傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算鉆頭的深度后傳遞給所述輸出單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)的錨桿鉆機(jī)及監(jiān)測(cè)裝置。該錨桿鉆機(jī)包括鉆機(jī)機(jī)架、用于驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭的動(dòng)力頭、操縱機(jī)構(gòu)，其還包括用于監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的傳感器、通信連接于傳感器的中央處理器，以及通信連接于中央處理器的輸出單元，中央處理器從傳感器獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換為動(dòng)力頭的行進(jìn)速度后傳遞給輸出單元。該監(jiān)測(cè)裝置包括中央處理器、輸出單元，其還包括監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭行進(jìn)的與所述中央處理器通信連接的傳感器，其數(shù)據(jù)輸出到中央處理器經(jīng)中央處理器處理后轉(zhuǎn)換為鉆頭的鉆進(jìn)速度，然后傳輸給所示輸出單元。本發(fā)明可以實(shí)時(shí)地自動(dòng)監(jiān)測(cè)鉆孔工作狀態(tài)，可以比較好地解決錨桿施工這種隱蔽性極強(qiáng)的地下作業(yè)施工管理和質(zhì)量保證的老大難問(wèn)題。
文檔編號(hào)E21D20/00GK101886519SQ20101023066
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者曾慶義 申請(qǐng)人:曾慶義