一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：包括pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、聲波信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置、信號(hào)接收及處理裝置、定位器、連接器、錨桿、錨桿托盤(pán)和緊固螺母；所述pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、連接器、錨桿、錨桿托盤(pán)和緊固螺母依次連接固定，所述的鉆桿上設(shè)有聲波信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置，應(yīng)力傳感器和聲波信號(hào)接收裝置分別與信號(hào)發(fā)射裝置相連，信號(hào)發(fā)射裝置將應(yīng)力傳感器和聲波信號(hào)接收裝置采集的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)接收及處理裝置。本發(fā)明能夠自動(dòng)識(shí)別圍巖松動(dòng)圈，可以節(jié)約大量的錨桿材料，并達(dá)到較好的錨固效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地下工程錨桿支護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]井下巷道開(kāi)挖后破壞了原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)，從而會(huì)引起巷道周邊徑向應(yīng)力下降為零，圍巖強(qiáng)度明顯下降，并出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)這種集中應(yīng)力超過(guò)圍巖強(qiáng)度之后，在巷道周邊圍巖所形成的破碎帶便是圍巖松動(dòng)圈。其物理狀態(tài)表現(xiàn)為巖體裂縫的增加及其應(yīng)力水平的降低。因而在目前的錨桿支護(hù)系統(tǒng)中，往往需要了解圍巖的松動(dòng)圈的范圍后才能進(jìn)行合理支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)。
[0003]圍巖松動(dòng)圈通常具有一定的形狀，當(dāng)圍巖為各項(xiàng)同性時(shí)，垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力相等則為圓形，否則為橢圓形；當(dāng)圍巖非同性時(shí)，松動(dòng)圈不規(guī)則。隨著巷道開(kāi)挖向深部進(jìn)行，圍巖力學(xué)特性往往表現(xiàn)為非線性的，這也就導(dǎo)致了蝶形等各種松動(dòng)圈形狀的出現(xiàn)。在錨桿錨固理論中，要實(shí)現(xiàn)錨桿的有效錨固，就必須使錨桿錨頭錨固在松動(dòng)圈以外的巖層中，以達(dá)到安全支護(hù)的目的。由于目前深部地下工程中松動(dòng)圈形狀的不規(guī)則，為節(jié)約錨桿材料和為達(dá)到較好的錨固效果，通常需要對(duì)巷道圍巖不同位置松動(dòng)圈進(jìn)行測(cè)量。
[0004]目前錨桿安裝時(shí)很難實(shí)現(xiàn)松動(dòng)圈的自動(dòng)識(shí)別，通常是由工人憑借經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)鉆孔聲音和進(jìn)孔的難易度來(lái)確定，有時(shí)確定的松動(dòng)圈范圍不夠準(zhǔn)確，存在著較大的安全隱患。另夕卜，準(zhǔn)確識(shí)別需要提前進(jìn)行單獨(dú)的松動(dòng)圈范圍的測(cè)定，工序繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:包括Pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、聲波信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置、信號(hào)接收及處理裝置、定位器、連接器、錨桿、錨桿托盤(pán)和緊固螺母;所述Pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、連接器、錨桿、錨桿托盤(pán)和緊固螺母依次連接固定，所述的鉆桿上設(shè)有聲波信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置，應(yīng)力傳感器和聲波信號(hào)接收裝置分別與信號(hào)發(fā)射裝置相連，信號(hào)發(fā)射裝置將應(yīng)力傳感器和聲波信號(hào)接收裝置采集的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)接收及處理裝置。
[0007]上述的帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)中，所述的聲波信號(hào)接收裝置在鉆桿兩側(cè)各有一個(gè)，在其周?chē)O(shè)有防震器，聲波信號(hào)接收裝置通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)發(fā)射裝置相連。
[0008]上述的帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)中，所述的鉆桿上設(shè)有定位器。
[0009]上述的帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)中，所述的信號(hào)接收及處理裝置包括信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、指示燈，信號(hào)接收模塊、存儲(chǔ)模塊以及電平轉(zhuǎn)換模塊分別與信號(hào)處理模塊相連，電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接指示燈。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明在錨桿支護(hù)系統(tǒng)中加裝應(yīng)力傳感器以及聲波信號(hào)接收裝置，并將采集的應(yīng)力和聲波信號(hào)通過(guò)發(fā)送裝置發(fā)送到信號(hào)接收及處理裝置，這樣錨桿支護(hù)系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別圍巖松動(dòng)圈，免去工人憑借經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)鉆孔聲音和進(jìn)孔的難易度來(lái)確定松動(dòng)圈范圍，導(dǎo)致有時(shí)松動(dòng)圈范圍不夠準(zhǔn)確，存在著較大的安全隱患的問(wèn)題。另外，由于目前深部地下工程中松動(dòng)圈形狀的不規(guī)則，自動(dòng)識(shí)別松動(dòng)圈后能夠節(jié)約大量的錨桿材料，同時(shí)達(dá)到較好的錨固效果。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明中pdc鉆頭側(cè)面示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明中pdc鉆頭頂部示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明中聲波信號(hào)接收裝置斷面圖(A-A斷面)。
[0015]圖5為本發(fā)明中定位器剖面圖(B-B斷面)。
[0016]圖6為本發(fā)明中信號(hào)接收及處理裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017]具體實(shí)施方法
[0018]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明從左到右依次為pdc鉆頭1、帶應(yīng)力傳感器墊片(應(yīng)力傳感器)2，鉆桿3、聲波信號(hào)接收裝置4、信號(hào)發(fā)射裝置7、定位器8、連接器9、錨桿10、錨桿托盤(pán)11和緊固螺母12;本發(fā)明外端有錨桿鉆機(jī)13提供鉆進(jìn)動(dòng)力，另外還有信號(hào)接收及處理裝置14，用于聲波信號(hào)和應(yīng)力信號(hào)的無(wú)線接收，15為指示燈。
[0020]所述pdc鉆頭I通過(guò)螺紋連接安裝在鉆桿3上，主要包括復(fù)合片17和刀翼18，水眼16，其中水眼16是用來(lái)輸送注漿材料的，如圖2，3所示，其中pdc鉆頭I與鉆桿3連接處有裝有應(yīng)力傳感器的墊片2，用于收集pdc鉆頭I垂直方向的應(yīng)力，其信息通過(guò)導(dǎo)線6傳送給信號(hào)發(fā)射裝置7;
[0021]如圖4所示，鉆桿3上裝有聲波信號(hào)接收裝置4，所述聲波信號(hào)接收裝置4在鉆桿3兩側(cè)各有一個(gè)，在其周?chē)蟹勒鹌?，信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線6傳送給信號(hào)發(fā)射裝置7;
[0022]所述信號(hào)發(fā)射裝置7亦裝在鉆桿3上，位于鉆桿3中間段，所述的信號(hào)發(fā)射裝置7接收應(yīng)力傳感器2和聲波信號(hào)接收裝置4傳來(lái)的信息，并經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，通過(guò)信號(hào)發(fā)射模塊短距離傳輸信號(hào)給信號(hào)接收及處理裝置14;
[0023]如圖5所示，定位器8安裝在鉆桿3上，用于使鉆桿3對(duì)中；
[0024]所述的連接器9用來(lái)連接鉆桿3和錨桿10;
[0025]所述錨桿10外露端有錨桿托盤(pán)11通過(guò)緊固螺母12與錨桿10緊固；
[0026]所述錨桿鉆機(jī)13與錨桿10外露端連接，驅(qū)動(dòng)整個(gè)錨桿10向前鉆進(jìn)，所述錨桿鉆機(jī)13的運(yùn)行由氣動(dòng)馬達(dá)19控制。
[0027]所述的信號(hào)接收及處理裝置14包括信號(hào)接收模塊、信號(hào)分析模塊、存儲(chǔ)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、指示燈，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖6所示。所述存儲(chǔ)模塊可以存儲(chǔ)應(yīng)力信號(hào)和聲波信號(hào)，便于離線處理和分析。所述信號(hào)接收及處理裝置14接收信號(hào)發(fā)射裝置7發(fā)射過(guò)來(lái)的聲波信號(hào)和應(yīng)力信號(hào)，分別傳輸至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，并由信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，當(dāng)聲波信號(hào)和應(yīng)力信號(hào)均判斷鉆孔超出了圍巖松動(dòng)圈，則判定當(dāng)前圍巖為穩(wěn)定圍巖，并將顯示信號(hào)輸出給指示燈15，此時(shí)指示燈15閃爍，工人依據(jù)具體情況關(guān)閉錨桿鉆機(jī)。
[0028]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:在本銷(xiāo)桿支護(hù)系統(tǒng)工作時(shí)，銷(xiāo)桿鉆機(jī)氣腿20升起，與銷(xiāo)桿10外露端銜接，開(kāi)啟氣動(dòng)馬達(dá)19，鉆孔開(kāi)始，此時(shí)應(yīng)力傳感器2收集pdc鉆頭I垂直方向的應(yīng)力，聲波信號(hào)收集裝置收集鉆孔中的聲波信號(hào)，分別通過(guò)導(dǎo)線6傳輸?shù)叫盘?hào)發(fā)射裝置7，經(jīng)過(guò)信號(hào)發(fā)射裝置7的處理，將聲波信號(hào)和應(yīng)力信號(hào)通過(guò)無(wú)線信號(hào)發(fā)射傳送給信號(hào)接收及處理裝置14，當(dāng)信號(hào)接收及處理裝置14接收到聲波和應(yīng)力的信號(hào)后，首先對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后進(jìn)行信號(hào)的分析處理，當(dāng)兩者均判定鉆頭進(jìn)入圍巖穩(wěn)定區(qū)時(shí)，通過(guò)指示燈15做顯示，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇停止鉆進(jìn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:包括PdC鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、聲波信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置、信號(hào)接收及處理裝置、定位器、連接器、錨桿、錨桿托盤(pán)和緊固螺母;所述Pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、連接器、錨桿、錨桿托盤(pán)和緊固螺母依次連接固定，所述的鉆桿上設(shè)有聲波信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置，應(yīng)力傳感器和聲波信號(hào)接收裝置分別與信號(hào)發(fā)射裝置相連，信號(hào)發(fā)射裝置將應(yīng)力傳感器和聲波信號(hào)接收裝置采集的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)接收及處理裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的聲波信號(hào)接收裝置在鉆桿兩側(cè)各有一個(gè)，在其周?chē)O(shè)有防震器，聲波信號(hào)接收裝置通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)發(fā)射裝置相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的鉆桿上設(shè)有定位器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自鉆式可識(shí)別松動(dòng)圍巖鉆頭的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號(hào)接收及處理裝置包括信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、指示燈，信號(hào)接收模塊、存儲(chǔ)模塊以及電平轉(zhuǎn)換模塊分別與信號(hào)處理模塊相連，電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接指示燈。
【文檔編號(hào)】E21D20/00GK105937402SQ201610271842
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】余偉健, 劉迅, 王衛(wèi)軍
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)