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；側面還設置有操縱臂、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接收鉆速傳感器發送的鉆頭的當前實際鉆速；接收位置傳感器發送的當前鉆桿位置的數據并計算得到當前鉆孔深度；根據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

【技術領域】
[0001] 本發明涉及鉆井孔裝備領域，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】
[0002] 在鉆井作業中，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 件實現錨桿鉆機的支撐、動力源、帶動鉆桿轉動、鉆機操控與頂進等核心功能。
[0003] 常規錨桿鉆機只具備轉動和進給功能，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、錨索）支護實現爆破后的松動圍巖保持自身穩定。然而，如何 有效實施可靠的"三錨"支護是保持圍巖穩定的根基。根據錨桿錨固支護理論可知，要實現 錨桿的有效錨固，就必須使得錨桿錨固段有效地錨固在穩定巖層里。這也即是說，錨桿鉆孔 必須穿透過松動圍巖，一直鉆進至穩定巖層一定深度范圍內。
[0004] 因此，常規錨桿鉆機在鉆進過程中較難實現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。


【發明內容】

[0005] 本發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。本發明基于上述不足，在錨桿鉆機上實現上述兩種功能的新型智能錨 桿鉆機。
[0006] 為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
[0007] 本發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 的側面還設置有操縱臂、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在錨桿鉆機上，并與圍巖松動自動識別系統電連接；所述中 央控制器敷設在錨桿鉆機上，分別與所述圍巖松動自動識別系統、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 轉鉆孔；
[0011] 所述鉆速傳感器，用于監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送給所述圍巖松動自動識別系統；
[0012] 所述位置傳感器，用于監測鉆桿推進距離，進而確定鉆桿位置，并將當前鉆桿位置 發送給所述圍巖松動自動識別系統；
[0013] 所述圍巖松動自動識別系統，用于接收所述鉆速傳感器發送的所述鉆頭的當前實 際鉆速；接收所述位置傳感器發送的當前鉆桿位置的數據并計算得到當前鉆孔深度；根據 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 為穩定圍巖，并向所述中央控制器發送判斷信號；
[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送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿 的啟?；蛘{節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{節所述氣動 馬達驅動鉆頭的鉆速。
[0016] 較佳地，所述氣動閥門，還用于接收控制按鈕發送控制指令后，控制所述可伸縮氣 腿的啟?；蛘{節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{節所述氣 動馬達驅動鉆頭的鉆速。
[0017] 較佳地，所述圍巖松動自動識別系統，還用于在所述圍巖松動自動識別系統判定 當前圍巖為穩定圍巖時，將顯示信號發送給所述指示燈；
[0018] 所述指示燈用于控制穩定圍巖對應的指示燈閃爍。
[0019] 較佳地，所述圍巖自動識別系統包括本安電源模塊，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的監測數據存儲起來，便于監 測數據的離線分析。
[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，發送停機指令，并 控制所述氣動閥門關閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
[0023] 與現有技術相比，本發明實施例的優點在于：
[0024] 本發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 述結構原理可知：圍巖松動自動識別系統，用于接收所述鉆速傳感器發送的所述鉆頭的當 前實際鉆速；接收所述位置傳感器發送的當前鉆桿位置的數據并計算得到當前鉆孔深度； 根據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 圍巖為穩定圍巖，并向所述中央控制器發送判斷信號。
[0025] 這樣一來，圍巖松動自動識別系統結合中央控制器以及氣動閥門，最終實現控制 可伸縮氣腿的啟?；蛘{節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{ 節所述氣動馬達驅動鉆頭的鉆速的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本發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 鉆機的俯視結構不意圖；
[0027] 圖2是本發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系結構示意圖；
[0028] 圖3是本發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的結構原理圖；
[0029] 圖4是本發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構原理圖；
[0030] 圖5是本發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合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0032] 實施例一
[0033] 參見圖1，本發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面還設置有操縱臂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] 傳感器組件敷設在錨桿鉆機上，并與圍巖松動自動識別系統電連接；中央控制器 11敷設在錨桿鉆機上，分別與所述圍巖松動自動識別系統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旋轉鉆孔；
[0037] 所述鉆速傳感器13,用于監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送給所述圍巖松動自動識別系統；
[0038] 所述位置傳感器14,用于監測鉆桿推進距離，進而確定鉆桿位置，并將當前鉆桿位 置發送給所述圍巖松動自動識別系統12 ;
[0039] 所述圍巖松動自動識別系統12(具體參見圖3)，用于接收所述鉆速傳感器發送 的所述鉆頭的當前實際鉆速；接收所述位置傳感器發送的當前鉆桿位置的數據并計算得到 當前鉆孔深度；根據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定圍巖，并向所述中央控制器發送判斷信號；
[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送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿 的啟停或調節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{節所述氣動 馬達驅動鉆頭的鉆速。
[0042] 較佳地，所述氣動閥門還用于接收控制按鈕發送控制指令后，控制所述可伸縮氣 腿的啟?；蛘{節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節所述氣 動馬達驅動鉆頭的鉆速。
[0043] 較佳地，所述圍巖松動自動識別系統還用于在所述圍巖松動自動識別系統判定當 前圍巖為穩定圍巖時，將顯示信號發送給所述指示燈；
[0044] 所述指示燈用于控制穩定圍巖對應的指示燈閃爍。
[0045] 需要說明的是，圍巖松動自動識別系統在判定當前圍巖為穩定圍巖或是不穩定圍 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 圍巖的質量。
[0046] 較佳地，所述圍巖自動識別系統包括本安電源模塊，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的監測數據存儲起來，便于監 測數據的離線分析。
[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，發送停機指令，并 控制所述氣動閥門關閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
[0050] 下面對本發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 機結構做進一步詳細說明：
[0051] 在鉆機工作過程中，傳感器組件將監測參量傳入圍巖松動自動識別系統，圍巖松 動自動識別系統對監測量進行數據處理后得到錨桿鉆機的巖層性質狀態以及鉆進深度，并 將判斷結果傳入中央控制器。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 鉆速傳感器實時監測鉆桿的位置和鉆速，并將監測數據傳輸至圍巖松動自動識別系統。圍 巖松動自動識別系統對監測數據進行分析，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定圍巖時，圍巖松動自動識別系統將判斷結果傳輸給鉆 機控制器。
[0053] 中央控制器接收到圍巖松動自動識別系統發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接收到位置傳感器和鉆速傳感器返回的數據后，對數據進 行分析，首先根據位置傳感器傳回的鉆桿位置數據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 定地層。圍巖松動自動識別系統同時將監測數據存入存儲單元，便于監測數據的離線分析 (上述關于圍巖松動自動識別系統的處理流程可參見圖5)。
[0055] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
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 側面還設置有操縱臂、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： 傳感器組件敷設在錨桿鉆機上，并與圍巖松動自動識別系統電連接；中央控制器敷設 在錨桿鉆機上，分別與所述圍巖松動自動識別系統、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鉆 孔； 所述鉆速傳感器，用于監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 的當前實際鉆速發送給所述圍巖松動自動識別系統； 所述位置傳感器，用于監測鉆桿推進距離，進而確定鉆桿位置，并將當前鉆桿位置發送 給所述圍巖松動自動識別系統； 所述圍巖松動自動識別系統，用于接收所述鉆速傳感器發送的所述鉆頭的當前實際鉆 速；接收所述位置傳感器發送的當前鉆桿位置的數據并計算得到當前鉆孔深度；根據所述 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 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 定圍巖，并向所述中央控制器發送判斷信號； 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送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿的啟 ?；蛘{節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{節所述氣動馬達 驅動鉆頭的鉆速。
2. 如權利要求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送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿的啟?；?調節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{節所述氣動馬達驅動 鉆頭的鉆速。
3. 如權利要求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，還用于在所述圍巖松動自動識別系統判定當前圍巖為穩 定圍巖時，將顯示信號發送給所述指示燈； 所述指示燈用于控制穩定圍巖對應的指示燈閃爍。
4. 如權利要求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的監測數據存儲起來，便于監測數 據的離線分析。
5. 如權利要求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，電平轉換模塊，指示燈接口模塊，控 制按鈕模塊。
6. 如權利要求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，發送停機指令，并控制所述氣動 閥門關閉，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 優先權日:2014年7月29日
【發明者】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