一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，包括鉆頭、鉆桿、傳動裝置、鉆桿氣動馬達、可伸縮氣腿；側(cè)面還設(shè)置有操縱臂、氣動閥門、連通氣動閥門的進氣管路、安裝在操縱臂上的指示燈和控制按鈕；圍巖松動自動識別系統(tǒng)接收鉆速傳感器發(fā)送的鉆頭的當前實際鉆速；接收位置傳感器發(fā)送的當前鉆桿位置的數(shù)據(jù)并計算得到當前鉆孔深度；根據(jù)鉆速傳感器返回的當前實際鉆速來判斷鉆頭當前位置是否進入到穩(wěn)定地層，并判斷當鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求；若判斷鉆速傳感器所檢測的當前實際鉆速大于或等于穩(wěn)定圍巖的鉆頭標準鉆速值，且當前鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求，則判定當前圍巖為穩(wěn)定圍巖。
【專利說明】一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉆井孔裝備領(lǐng)域，尤其涉及一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿 型振動錨桿鉆機。

【背景技術(shù)】
[0002] 在鉆井作業(yè)中，錨桿鉆機通常用于煤礦巷道圍巖的鉆孔操作。錨桿鉆機既可進行 錨桿鉆孔工作，還可進行錨桿樹脂錨固劑的攪拌工作，同時，也可實現(xiàn)錨桿螺母的安裝擰 緊、對錨桿施加預緊力工作。大部分錨桿鉆機由氣腿部件、氣動馬達、傳動裝置、操縱臂等組 件實現(xiàn)錨桿鉆機的支撐、動力源、帶動鉆桿轉(zhuǎn)動、鉆機操控與頂進等核心功能。
[0003] 常規(guī)錨桿鉆機只具備轉(zhuǎn)動和進給功能，在實際工程中，就是利用這兩種基本功能 進行錨桿孔的鉆進工作。眾所周知，煤礦井下巷道修筑通常采用爆破方式進行掘進開挖，然 后采用"三錨"（錨桿、錨網(wǎng)、錨索）支護實現(xiàn)爆破后的松動圍巖保持自身穩(wěn)定。然而，如何 有效實施可靠的"三錨"支護是保持圍巖穩(wěn)定的根基。根據(jù)錨桿錨固支護理論可知，要實現(xiàn) 錨桿的有效錨固，就必須使得錨桿錨固段有效地錨固在穩(wěn)定巖層里。這也即是說，錨桿鉆孔 必須穿透過松動圍巖，一直鉆進至穩(wěn)定巖層一定深度范圍內(nèi)。
[0004] 因此，常規(guī)錨桿鉆機在鉆進過程中較難實現(xiàn)對松動圍巖范圍自動識別，對鉆進深 度的自動實時準確記錄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆 機，以解決上述問題。本發(fā)明基于上述不足，在錨桿鉆機上實現(xiàn)上述兩種功能的新型智能錨 桿鉆機。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供了一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，所述可 識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機自左至右依次包括鉆頭、鉆桿、傳動裝 置、鉆桿氣動馬達、可伸縮氣腿；所述可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機 的側(cè)面還設(shè)置有操縱臂、氣動閥門、連通所述氣動閥門的進氣管路、以及安裝在所述操縱臂 上的指不燈和控制按鈕；其中：
[0008] 所述傳感器組件敷設(shè)在錨桿鉆機上，并與圍巖松動自動識別系統(tǒng)電連接；所述中 央控制器敷設(shè)在錨桿鉆機上，分別與所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)、所述氣動閥門、所述指示 燈和所述控制按鈕電連接；
[0009] 所述傳感器組件包括鉆速傳感器和位置傳感器；
[0010] 所述鉆桿的一端與所述鉆頭固定連接，另一端所述傳動裝置固定；所述鉆桿氣動 馬達用于驅(qū)動所述傳動裝置進而帶動與所述傳動裝置同軸固定連接的所述鉆桿和鉆頭旋 轉(zhuǎn)鉆孔；
[0011] 所述鉆速傳感器，用于監(jiān)測鉆頭接觸當前圍巖地層后的當前實際鉆速，并將所述 鉆頭的當前實際鉆速發(fā)送給所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)；
[0012] 所述位置傳感器，用于監(jiān)測鉆桿推進距離，進而確定鉆桿位置，并將當前鉆桿位置 發(fā)送給所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)；
[0013] 所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)，用于接收所述鉆速傳感器發(fā)送的所述鉆頭的當前實 際鉆速；接收所述位置傳感器發(fā)送的當前鉆桿位置的數(shù)據(jù)并計算得到當前鉆孔深度；根據(jù) 所述鉆速傳感器返回的當前實際鉆速來判斷鉆頭當前位置是否進入到穩(wěn)定地層，并判斷當 鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求；若判斷所述鉆速傳感器所檢測的當前實際鉆速大于或等 于穩(wěn)定圍巖的鉆頭標準鉆速值，且當前鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求，則判定當前圍巖 為穩(wěn)定圍巖，并向所述中央控制器發(fā)送判斷信號；
[0014] 所述中央控制器，用于接收判斷信號后，控制所述氣動馬達和所述氣動閥門停止 鉆孔操作；
[0015] 所述氣動閥門，用于接收所述中央控制器發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿 的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟停或調(diào)節(jié)所述氣動 馬達驅(qū)動鉆頭的鉆速。
[0016] 較佳地，所述氣動閥門，還用于接收控制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣 腿的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟停或調(diào)節(jié)所述氣 動馬達驅(qū)動鉆頭的鉆速。
[0017] 較佳地，所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)，還用于在所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)判定 當前圍巖為穩(wěn)定圍巖時，將顯示信號發(fā)送給所述指示燈；
[0018] 所述指示燈用于控制穩(wěn)定圍巖對應(yīng)的指示燈閃爍。
[0019] 較佳地，所述圍巖自動識別系統(tǒng)包括本安電源模塊，信號處理模塊，通信模塊，存 儲模塊，光電耦合模塊；
[0020] 所述存儲模塊，用于將所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲起來，便于監(jiān) 測數(shù)據(jù)的離線分析。
[0021] 較佳地，所述中央控制器包括本安電源模塊，控制器模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊，指示燈 接口模塊，控制按鈕模塊。
[0022] 較佳地，所述中央控制器，還用于在接收到需要停機的信號后，發(fā)送停機指令，并 控制所述氣動閥門關(guān)閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例的優(yōu)點在于：
[0024] 本發(fā)明提供的一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，分析上 述結(jié)構(gòu)原理可知：圍巖松動自動識別系統(tǒng)，用于接收所述鉆速傳感器發(fā)送的所述鉆頭的當 前實際鉆速；接收所述位置傳感器發(fā)送的當前鉆桿位置的數(shù)據(jù)并計算得到當前鉆孔深度； 根據(jù)所述鉆速傳感器返回的當前實際鉆速來判斷鉆頭當前位置是否進入到穩(wěn)定地層，并判 斷當鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求；若判斷所述鉆速傳感器所檢測的當前實際鉆速大于 或等于穩(wěn)定圍巖的鉆頭標準鉆速值，且當前鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求，則判定當前 圍巖為穩(wěn)定圍巖，并向所述中央控制器發(fā)送判斷信號。
[0025] 這樣一來，圍巖松動自動識別系統(tǒng)結(jié)合中央控制器以及氣動閥門，最終實現(xiàn)控制 可伸縮氣腿的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟?；蛘{(diào) 節(jié)所述氣動馬達驅(qū)動鉆頭的鉆速的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實施例一提供的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿 鉆機的俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明實施例一提供的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿 鉆機中的各個組件關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明實施例一提供的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿 鉆機中的圍巖松動自動識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明實施例一提供的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿 鉆機中的中央控制器的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明實施例一提供的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿 鉆機中的圍巖松動自動識別系統(tǒng)的處理流程示意圖。

【具體實施方式】
[0031] 下面通過具體的實施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0032] 實施例一
[0033] 參見圖1，本發(fā)明實施例一提供了一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振 動錨桿鉆機，所述可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機自左至右依次包括 鉆頭1、鉆桿2、傳動裝置3、鉆桿氣動馬達4、可伸縮氣腿5 ;所述可識別圍巖松動范圍的智 能氣動支腿型振動錨桿鉆機的側(cè)面還設(shè)置有操縱臂6、氣動閥門7、連通所述氣動閥門7的 進氣管路8、以及安裝在所述操縱臂6上的指示燈9和控制按鈕10 ;其中：
[0034] 傳感器組件敷設(shè)在錨桿鉆機上，并與圍巖松動自動識別系統(tǒng)電連接；中央控制器 11敷設(shè)在錨桿鉆機上，分別與所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)12、所述氣動閥門7、所述指示燈 9和所述控制按鈕10電連接；
[0035] 所述傳感器組件包括鉆速傳感器13和位置傳感器14 ;
[0036] 所述鉆桿2的一端與所述鉆頭1固定連接，所述鉆桿2的另一端所述傳動裝置3 固定；所述鉆桿氣動馬達4用于驅(qū)動所述傳動裝置3進而帶動與所述傳動裝置3同軸固定 連接的所述鉆桿2和鉆頭1旋轉(zhuǎn)鉆孔；
[0037] 所述鉆速傳感器13,用于監(jiān)測鉆頭接觸當前圍巖地層后的當前實際鉆速，并將所 述鉆頭的當前實際鉆速發(fā)送給所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)；
[0038] 所述位置傳感器14,用于監(jiān)測鉆桿推進距離，進而確定鉆桿位置，并將當前鉆桿位 置發(fā)送給所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)12 ;
[0039] 所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)12(具體參見圖3)，用于接收所述鉆速傳感器發(fā)送 的所述鉆頭的當前實際鉆速；接收所述位置傳感器發(fā)送的當前鉆桿位置的數(shù)據(jù)并計算得到 當前鉆孔深度；根據(jù)所述鉆速傳感器返回的當前實際鉆速來判斷鉆頭當前位置是否進入到 穩(wěn)定地層，并判斷當鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求；若判斷所述鉆速傳感器所檢測的當 前實際鉆速大于或等于穩(wěn)定圍巖的鉆頭標準鉆速值，且當前鉆孔深度符合錨桿錨固深度要 求，則判定當前圍巖為穩(wěn)定圍巖，并向所述中央控制器發(fā)送判斷信號；
[0040] 所述中央控制器11，用于接收判斷信號后，控制所述氣動馬達和所述氣動閥門停 止鉆孔操作；
[0041 ] 所述氣動閥門7，用于接收所述中央控制器發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿 的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟停或調(diào)節(jié)所述氣動 馬達驅(qū)動鉆頭的鉆速。
[0042] 較佳地，所述氣動閥門還用于接收控制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣 腿的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟停或調(diào)節(jié)所述氣 動馬達驅(qū)動鉆頭的鉆速。
[0043] 較佳地，所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)還用于在所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)判定當 前圍巖為穩(wěn)定圍巖時，將顯示信號發(fā)送給所述指示燈；
[0044] 所述指示燈用于控制穩(wěn)定圍巖對應(yīng)的指示燈閃爍。
[0045] 需要說明的是，圍巖松動自動識別系統(tǒng)在判定當前圍巖為穩(wěn)定圍巖或是不穩(wěn)定圍 巖，都將通過指示燈進行顯示；這樣工作人員也可以通過對指示燈的顯示，從而了解到當前 圍巖的質(zhì)量。
[0046] 較佳地，所述圍巖自動識別系統(tǒng)包括本安電源模塊，信號處理模塊，通信模塊，存 儲模塊，光電耦合模塊；
[0047] 所述存儲模塊，用于將所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲起來，便于監(jiān) 測數(shù)據(jù)的離線分析。
[0048] 參見圖4,所述中央控制器包括本安電源模塊，控制器模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊，指示燈 接口模塊，控制按鈕模塊。
[0049] 較佳地，所述中央控制器，還用于在接收到需要停機的信號后，發(fā)送停機指令，并 控制所述氣動閥門關(guān)閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
[0050] 下面對本發(fā)明實施例提供的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆 機結(jié)構(gòu)做進一步詳細說明：
[0051] 在鉆機工作過程中，傳感器組件將監(jiān)測參量傳入圍巖松動自動識別系統(tǒng)，圍巖松 動自動識別系統(tǒng)對監(jiān)測量進行數(shù)據(jù)處理后得到錨桿鉆機的巖層性質(zhì)狀態(tài)以及鉆進深度，并 將判斷結(jié)果傳入中央控制器。位置傳感器通過檢測鉆桿位置，進而確定鉆桿推進距離；鉆速 傳感器用于檢測鉆桿鉆速。錨桿鉆機的鉆桿鉆速受圍巖地質(zhì)條件影響，圍巖越堅硬，鉆桿鉆 速越小；反之，圍巖越松動，鉆桿鉆速越大。
[0052] 傳感器組件安置于在貼近鉆桿的保護殼上。鉆桿向前鉆動過程中，位置傳感器和 鉆速傳感器實時監(jiān)測鉆桿的位置和鉆速，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至圍巖松動自動識別系統(tǒng)。圍 巖松動自動識別系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，當鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求且鉆速傳感 器所檢測的鉆速顯示當前圍巖為穩(wěn)定圍巖時，圍巖松動自動識別系統(tǒng)將判斷結(jié)果傳輸給鉆 機控制器。
[0053] 中央控制器接收到圍巖松動自動識別系統(tǒng)發(fā)送過來的判斷信號后，鉆機中央控制 器給出鉆孔工作停止指示信號，操作人員根據(jù)鉆孔停止指示信號決定是否停止鉆孔。停止 鉆孔時，中央控制器控制氣動閥門停止進氣。
[0054] 圍巖松動自動識別系統(tǒng)接收到位置傳感器和鉆速傳感器返回的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進 行分析，首先根據(jù)位置傳感器傳回的鉆桿位置數(shù)據(jù)計算出當前鉆孔深度，當鉆孔深度符合 錨桿錨固深度要求時，根據(jù)鉆速傳感器返回的鉆桿鉆速來判斷鉆頭當前位置是否進入到穩(wěn) 定地層。圍巖松動自動識別系統(tǒng)同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)存入存儲單元，便于監(jiān)測數(shù)據(jù)的離線分析 (上述關(guān)于圍巖松動自動識別系統(tǒng)的處理流程可參見圖5)。
[0055] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，其特征在于，所述可識 別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機自左至右依次包括鉆頭、鉆桿、傳動裝置、 鉆桿氣動馬達、可伸縮氣腿；所述可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機的 側(cè)面還設(shè)置有操縱臂、氣動閥門、連通所述氣動閥門的進氣管路、以及安裝在所述操縱臂上 的指不燈和控制按鈕；其中： 傳感器組件敷設(shè)在錨桿鉆機上，并與圍巖松動自動識別系統(tǒng)電連接；中央控制器敷設(shè) 在錨桿鉆機上，分別與所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)、所述氣動閥門、所述指示燈和所述控制 按鈕電連接； 所述傳感器組件包括鉆速傳感器和位置傳感器； 所述鉆桿的一端與所述鉆頭固定連接，另一端所述傳動裝置固定；所述鉆桿氣動馬達 用于驅(qū)動所述傳動裝置進而帶動與所述傳動裝置同軸固定連接的所述鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆 孔； 所述鉆速傳感器，用于監(jiān)測鉆頭接觸當前圍巖地層后的當前實際鉆速，并將所述鉆頭 的當前實際鉆速發(fā)送給所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)； 所述位置傳感器，用于監(jiān)測鉆桿推進距離，進而確定鉆桿位置，并將當前鉆桿位置發(fā)送 給所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)； 所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)，用于接收所述鉆速傳感器發(fā)送的所述鉆頭的當前實際鉆 速；接收所述位置傳感器發(fā)送的當前鉆桿位置的數(shù)據(jù)并計算得到當前鉆孔深度；根據(jù)所述 鉆速傳感器返回的當前實際鉆速來判斷鉆頭當前位置是否進入到穩(wěn)定地層，并判斷當鉆孔 深度符合錨桿錨固深度要求；若判斷所述鉆速傳感器所檢測的當前實際鉆速大于或等于穩(wěn) 定圍巖的鉆頭標準鉆速值，且當前鉆孔深度符合錨桿錨固深度要求，則判定當前圍巖為穩(wěn) 定圍巖，并向所述中央控制器發(fā)送判斷信號； 所述中央控制器，用于接收判斷信號后，控制所述鉆桿氣動馬達和所述氣動閥門停止 鉆孔操作； 所述氣動閥門，用于接收所述中央控制器發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿的啟 停或調(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述氣動馬達 驅(qū)動鉆頭的鉆速。
2. 如權(quán)利要求1所述的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，其特征 在于， 所述氣動閥門，還用于接收控制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿的啟?；?調(diào)節(jié)所述可伸縮氣腿的伸縮速率以及控制所述氣動馬達的啟?；蛘{(diào)節(jié)所述氣動馬達驅(qū)動 鉆頭的鉆速。
3. 如權(quán)利要求1所述的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，其特征 在于， 所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)，還用于在所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)判定當前圍巖為穩(wěn) 定圍巖時，將顯示信號發(fā)送給所述指示燈； 所述指示燈用于控制穩(wěn)定圍巖對應(yīng)的指示燈閃爍。
4. 如權(quán)利要求1所述的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，其特征 在于， 所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)包括本安電源模塊，信號處理模塊，通信模塊，存儲模塊， 光電耦合模塊； 所述存儲模塊，用于將所述圍巖松動自動識別系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲起來，便于監(jiān)測數(shù) 據(jù)的離線分析。
5. 如權(quán)利要求1所述的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，其特征 在于， 所述中央控制器包括本安電源模塊，控制器模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊，指示燈接口模塊，控 制按鈕模塊。
6. 如權(quán)利要求1所述的可識別圍巖松動范圍的智能氣動支腿型振動錨桿鉆機，其特征 在于， 所述中央控制器，還用于在接收到需要停機的信號后，發(fā)送停機指令，并控制所述氣動 閥門關(guān)閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
【文檔編號】E21B45/00GK104088620SQ201410365963
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】吳宇, 曹曉華, 馬利軍, 劉蕾 申請人:江蘇中礦立興能源科技有限公司