專利名稱：深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超前地質(zhì)預報技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置及方法。
背景技術(shù)：
隧道工程作為一種地質(zhì)工程，隧道設計和施工前的工程地質(zhì)勘察，雖然在一定程度上對隧道的地質(zhì)狀況進行了預測和預報，但由于巖體的復雜性，勘察資料與隧道開挖后的實際情況可能會有較大的出入。我國水利水電、交通領(lǐng)域中有大量隧道工程，地質(zhì)災害是制約隧道施工的關(guān)鍵因素，往往由于隧道前方地質(zhì)情況不明、勘察資料無法完全準確反映施工掌子面前方的地質(zhì)條件，導致施工帶有很大盲目性，因而經(jīng)常出現(xiàn)無法預料的地質(zhì)災害，如突水、突泥、坍塌、巖爆和有害氣體等，這些由于開挖而誘發(fā)的各類地質(zhì)災害具有不可選擇性、復雜性、特殊性及突發(fā)性，災害一旦發(fā)生，輕則沖毀機具，淹沒隧道，正常施工被迫中斷；重則造成重大人員傷亡，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失，甚至有些地下工程會因此被迫停建或改線，常常成為制約隧道修建的最主要因素。因此，隧道巖土工程勘察和隧道施工地質(zhì)超前預報是隧道施工過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。常規(guī)的隧道巖土工程勘察方法包括工程地質(zhì)鉆探、原位測試和室內(nèi)試驗等，其存在缺陷是1.室內(nèi)試驗周期長，耗資大，而且實驗室環(huán)境下測定的巖體力學參數(shù)可能與實際現(xiàn)場數(shù)值有出入，因為實驗室內(nèi)脫離了原始的環(huán)境場，不存在應力、溫度等約束條件，所以，室內(nèi)試驗很難獲得未擾動下的物理力學參數(shù)。2.以往的超前地質(zhì)預報方法,如TSP(tunnel seismic prediction的簡稱)、地質(zhì)雷達等不能獲取隧道前方30范圍內(nèi)的水體情況，鉆孔往往存在“一孔之見”或“三孔之見”的局限性，也就是說，一個鉆孔鉆不到前方地質(zhì)內(nèi)的水體，有時三個鉆孔也鉆不到，無法全面準確地獲取掌子面前方水體的存在情況。3.常規(guī)的隧道巖體力學參數(shù)都是通過提前鉆孔取芯，然后再進行實驗室內(nèi)測得的，但是，深埋的長大隧道不便于在隧道開挖前鉆取巖芯，即使有部分巖芯，也無法代表整個隧道的地質(zhì)情況，隧道實時鉆孔監(jiān)測可以獲取隧道各個部位的巖體力學參數(shù)和巖性變化情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和不足；提供一種深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置；本發(fā)明將鉆孔與鉆孔雷達相結(jié)合，利用傳感器技術(shù)，實時采集鉆機鉆進的過程中轉(zhuǎn)速、鉆頭位移、扭矩、推進力、打擊能以及泵壓等參數(shù)，通過對鉆進參數(shù)的分析，可以實現(xiàn)對前方30米內(nèi)地質(zhì)體中巖體物理力學參數(shù)、節(jié)理裂隙分布及產(chǎn)狀的準確預報，準確的判斷探測鉆孔周圍IOm范圍內(nèi)有無水體情況，本發(fā)明無需進行室內(nèi)試驗，在現(xiàn)場便可以完成勘察工作，成本低、占用施工時間短，可以將履帶式鉆機直接開到隧道掌子面前方，在鉆機鉆進的同時得到相應的巖土體力學參數(shù)。
同時本發(fā)明還提供了深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置，包括鉆機、感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，感應系統(tǒng)安裝在鉆機上，感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)依次連接，所述的感應系統(tǒng)包括鉆頭位移采集單元、轉(zhuǎn)速采集單元和壓力采集單元。所述鉆機包括鉆架，鉆架與滑塊連接，鉆架上設有動力頭輔助裝置，動力頭輔助裝置與動力頭連接，動力頭與鉆桿連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器、單片機，A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機對接收的數(shù)字信號進行處理、并傳向數(shù)據(jù)終端，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為計算機或者外部顯示終端。所述鉆頭位移采集單元包括位移傳感器，轉(zhuǎn)速采集單元包括轉(zhuǎn)速傳感器，壓力采集單元包括壓力傳感器，所述位移傳感器為激光測距傳感器，所述激光測距傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器通過接頭及電纜與A/D轉(zhuǎn)換器連接，單片機與上位機連接，激光測距傳感器安裝在鉆架頂部額頭上，轉(zhuǎn)速傳感器的探頭設于鉆機的動力頭上，鉆桿上設有探針，探針與轉(zhuǎn)速傳感器配合；壓力傳感器通過液壓分支與液壓管接頭連接，液壓管接頭與液壓管連接，液壓泵通過液壓管與動力頭輔助裝置連接，液壓管的一端與壓力滑塊連接、另一端與液壓表連接，液壓管上設有壓力表鉆架。壓力滑塊用于失控情況下，控制液體的流速，防止液壓過大損傷壓力傳感器。鉆機采用RPD-150C型鉆機，RPD-150C型鉆機與柴油發(fā)動機連接。鉆機通過5個液壓缸實現(xiàn)大范圍作業(yè)，鉆進速度快，更換鉆桿無需人工，可實現(xiàn)150米鉆探、取芯，最大口徑 225mm。深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測方法，包括以下步驟I)利用激光測距傳感器對鉆頭位移進行測量；2)利用轉(zhuǎn)速傳感器對鉆頭轉(zhuǎn)速進行測量；3)利用壓力傳感器對鉆頭壓力進行測量。所述鉆頭位移測量步驟I)包括以下步驟⑴激光測距傳感器安裝在鉆架頂部額頭上，鉆頭的動力頭輔助裝置推動鉆機動力頭、鉆桿鉆入巖土體；⑵動力頭向前移動，使激光測距傳感器與標準靶之間距離逐漸縮小；⑶激光測距傳感器發(fā)射激光束，校準激光測距傳感器與標準靶的間距，測得動力頭的移動距離，即是鉆頭的位移；⑷激光測距傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號；(5) A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機；(6)單片機通過將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。所述鉆頭轉(zhuǎn)速測量步驟2)包括以下步驟⑴鉆頭動力頭輔助裝置提供動力使鉆機動力頭推動鉆桿鉆入巖土體，同時動力頭跟隨著鉆桿一起轉(zhuǎn)動；⑵鉆桿帶動探針一起轉(zhuǎn)動,探針轉(zhuǎn)動的信息由轉(zhuǎn)速傳感器記錄下來、并通過解譯得到探針的轉(zhuǎn)動速度；
⑶根據(jù)探針轉(zhuǎn)動速度得到鉆頭的轉(zhuǎn)速參數(shù)；⑷轉(zhuǎn)速傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及轉(zhuǎn)速傳感器電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號；(5) A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機；(6)單片機將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。所述鉆頭壓力測量步驟3)包括以下步驟⑴液壓傳感器安裝在液壓分支上，液壓泵為動力輸入裝置，通過液壓管傳輸給動力頭輔助裝置，再由動力頭輔助裝置推動動力頭進行鉆探；⑵動力頭向前移動，液體通過滑塊和壓力計之間的液壓管，流至與液壓管接頭，給液壓傳感器一定的壓力；⑶對步驟(2)得到的壓力通過計算標定，得到鉆頭前進時所受壓力參數(shù)；⑷液壓傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)線傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號；(5) A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機；(6)單片機將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。本發(fā)明工作原理本發(fā)明利用傳感器技術(shù)，實時采集鉆機鉆進的過程中轉(zhuǎn)速、鉆頭位移、扭矩、推進力、打擊能以及泵壓等參數(shù)，通過對鉆進參數(shù)的分析，可以實現(xiàn)對前方30米內(nèi)地質(zhì)體中巖體物理力學參數(shù)、節(jié)理裂隙分布及產(chǎn)狀的準確預報，并配合鉆孔雷達技術(shù)，探測鉆孔周圍10范圍內(nèi)有無水體情況。工作時，儀器鉆進系統(tǒng)通過動力頭的旋轉(zhuǎn)推進力將鉆桿鉆入巖土體內(nèi)部，隨著鉆桿的鉆進，感應系統(tǒng)實時地采集轉(zhuǎn)速、鉆頭位移、扭矩等數(shù)據(jù)，傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號，A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機，單片機在數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)內(nèi)將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明將鉆孔與鉆孔雷達相結(jié)合，利用傳感器技術(shù)，實時采集鉆機鉆進的過程中轉(zhuǎn)速、鉆頭位移、扭矩、推進力、打擊能以及泵壓等參數(shù)，實現(xiàn)對前方30米內(nèi)地質(zhì)體中巖體物理力學參數(shù)、節(jié)理裂隙分布及產(chǎn)狀的準確預報，準確的判斷隧道前方30米內(nèi)、探測鉆孔周圍IOm范圍內(nèi)有無水體情況，探測準確度聞。2.本發(fā)明無需進行室內(nèi)試驗，能夠在現(xiàn)場完成勘察工作，通過將履帶式鉆機直接開到隧道掌子面前方，在鉆機鉆進的同時得到相應的巖土體力學參數(shù)，操作簡單、測量方便、成本低和耗時短的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的效果示意圖；圖2是本發(fā)明的鉆頭位移參數(shù)采集示意圖；圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)速參數(shù)采集示意圖；圖4是本發(fā)明的壓力參數(shù)采集示意圖；圖5是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理流程圖；其中，1.鉆架頂部額頭，2.激光測距傳感器，3.激光束，4.標準靶，5.滑塊，6.動力頭輔助裝置，7.動力頭，8.鉆桿，9.巖土體，10.探針，11.轉(zhuǎn)速傳感器，12.轉(zhuǎn)速傳感器電纜，13.液壓傳感器，14.壓力傳感器電纜，15.壓力表，16.壓力滑塊，17.液壓管，18.液壓分支，19.液壓管接頭，20. A/D轉(zhuǎn)換器，21.單片機，22.上位機。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。結(jié)合圖1至圖5，一種深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置，包括鉆機、感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，感應系統(tǒng)安裝在鉆機上，感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)依次連接，所述的感應系統(tǒng)包括鉆頭位移采集單元、轉(zhuǎn)速采集單元和壓力采集單元。所述鉆機包括鉆架，鉆架與滑塊5連接，鉆架上設有動力頭輔助裝置6，動力頭輔助裝置6與動力頭7連接，動力頭7與鉆桿8連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器、單片機，A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機對接收的數(shù)字信號進行處理、并傳向數(shù)據(jù)終端，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為計算機或者外部顯示終端。安放在測試現(xiàn)場、實驗室或者較遠處的辦公室。所述鉆頭位移采集單元包括位移傳感器，轉(zhuǎn)速采集單元包括轉(zhuǎn)速傳感器11，壓力采集單元包括壓力傳感器13，所述位移傳感器為激光測距傳感器2，所述激光測距傳感器
2、轉(zhuǎn)速傳感器11、壓力傳感器13通過接頭及電纜與A/D轉(zhuǎn)換器20連接，單片機21與上位機22連接，激光測距傳感器2安裝在鉆架頂部額頭I上，轉(zhuǎn)速傳感器11的探頭設于鉆機的動力頭上，鉆桿8上設有探針10，探針10與轉(zhuǎn)速傳感器11配合；壓力傳感器13通過液壓分支18與液壓管接頭19連接，液壓管接頭19與液壓管17連接，液壓泵通過液壓管17與動力頭輔助裝置6連接，液壓管17與一端與壓力滑塊16連接、另一端與液壓表連接，液壓管17上設有壓力表15。鉆機采用RPD-150C型鉆機，RPD-150C型鉆機與柴油發(fā)動機連接。鉆機通過5個液壓缸實現(xiàn)大范圍作業(yè)，鉆進速度快，更換鉆桿無需人工，可實現(xiàn)150米鉆探、取芯，最大口徑225mm,感應系統(tǒng)安裝在鉆機或者鉆架上，用于獲得鉆機的鉆進參數(shù)，包括鉆頭位移采集單元、轉(zhuǎn)速采集單元和壓力采集單元；深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測方法，包括以下步驟I)利用激光測距傳感器2對鉆頭位移進行測量；2)利用轉(zhuǎn)速傳感器11對鉆頭轉(zhuǎn)速進行測量；3)利用壓力傳感器13對鉆頭壓力進行測量。所述鉆頭位移進行測量步驟包括⑴激光測距傳感器2安裝在鉆架頂部額頭I上，鉆頭的動力頭輔助裝置6推動鉆機動力頭7、鉆桿8鉆入巖土體9 ；⑵動力頭7向前移動，使激光測距傳感器2與標準靶4之間距離逐漸縮?。虎羌す鉁y距傳感器2發(fā)射激光束3，校準激光測距傳感器2與標準靶4的間距，測得動力頭7的移動距離，即是鉆頭的位移；⑷激光測距傳感器2將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器20，生成模擬信號；(5) A/D轉(zhuǎn)換器20將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機21 ；
(6)單片機21通過將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機22上；如圖3所示，所述鉆頭轉(zhuǎn)速測量步驟包括本發(fā)明的轉(zhuǎn)速采集單元分為以下步驟⑴鉆頭動力頭輔助裝置6提供動力使鉆機動力頭7推動鉆桿8鉆入巖土體9，同時動力頭7跟隨著鉆桿8一起轉(zhuǎn)動；⑵鉆桿8帶動探針10 —起轉(zhuǎn)動,探針10轉(zhuǎn)動的信息由轉(zhuǎn)速傳感器11記錄下來、并通過解譯得到探針的轉(zhuǎn)動速度；⑶根據(jù)探針轉(zhuǎn)動速度得到鉆頭的轉(zhuǎn)速參數(shù)；⑷轉(zhuǎn)速傳感器11將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及轉(zhuǎn)速傳感器電纜12傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器20,生成模擬信號；(5) A/D轉(zhuǎn)換器20將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機21 ；(6)單片機21將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機23上；如圖4所示，所述鉆頭壓力測量步驟包括⑴液壓傳感器13安裝在液壓分支18上，液壓泵為動力輸入裝置，通過液壓管17傳輸給動力頭輔助裝置，再由動力頭輔助裝置推動動力頭進行鉆探；⑵動力頭向前移動，液體通過滑塊16和壓力計15之間的液壓管，流至與液壓管接頭19，給液壓傳感器13 —定的壓力；⑶對步驟(2)得到的壓力通過計算標定，得到鉆頭前進時所受壓力參數(shù)；⑷液壓傳感器13將得到的模擬數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)線14傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器20，生成模擬
信號;(5) A/D轉(zhuǎn)換器20將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機21 ；(6)單片機21通過已經(jīng)輸入的功能程序，將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機22上；如圖5所示，本發(fā)明包括儀器鉆進系統(tǒng)、感應系統(tǒng)C、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)B和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)A，儀器鉆進系統(tǒng)采用RPD-150C鉆機，柴油發(fā)動機作為動力單元，鉆機通過5個液壓缸實現(xiàn)大范圍作業(yè)，鉆進速度快，更換鉆桿無需人工，可實現(xiàn)150米鉆探、取芯，最大口徑225mm，感應系統(tǒng)C安裝在鉆機或者鉆架上，用于獲得鉆機的鉆進參數(shù)，包括鉆頭位移采集單元、轉(zhuǎn)速采集單元和壓力采集單元；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)B用于進行數(shù)據(jù)的傳輸與轉(zhuǎn)化，包括1)A/D轉(zhuǎn)換器20，將傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，2)單片機21，執(zhí)行編好的功能程序，處理得到的數(shù)字信號，最終傳向數(shù)據(jù)終端；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)A安放在測試現(xiàn)場、實驗室或者較遠處的辦公室，可以是上位機22或者外部顯示終端。工作時，儀器鉆進系統(tǒng)通過動力頭的旋轉(zhuǎn)推進力將鉆桿鉆入巖土體內(nèi)部，隨著鉆桿的鉆進，感應系統(tǒng)實時地采集轉(zhuǎn)速、鉆頭位移、扭矩等數(shù)據(jù)，傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器20，生成模擬信號，A/D轉(zhuǎn)換器20將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機21，單片機21通過已經(jīng)輸入的功能程序，在數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)A內(nèi)將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機22上。上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置，其特征是，包括鉆機、感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，感應系統(tǒng)安裝在鉆機上，感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)依次連接，所述的感應系統(tǒng)包括鉆頭位移采集單元、轉(zhuǎn)速采集單元和壓力采集單J Li ο
2.如權(quán)利要求1所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置，其特征是，所述鉆機包括鉆架，鉆架與滑塊連接，鉆架上設有動力頭輔助裝置，動力頭輔助裝置與動力頭連接，動力頭與鉆桿連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器、單片機，A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機對接收的數(shù)字信號進行處理、并傳向數(shù)據(jù)終端，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為計算機或者外部顯示終端。
3.如權(quán)利要求1所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置，其特征是，所述鉆頭位移采集單元包括位移傳感器，轉(zhuǎn)速采集單元包括轉(zhuǎn)速傳感器，壓力采集單元包括壓力傳感器，所述位移傳感器為激光測距傳感器，所述激光測距傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器通過接頭及電纜與A/D轉(zhuǎn)換器連接，單片機與上位機連接，激光測距傳感器安裝在鉆架頂部額頭上，轉(zhuǎn)速傳感器的探頭設于鉆機的動力頭上，鉆桿上設有探針，探針與轉(zhuǎn)速傳感器配合；壓力傳感器通過液壓分支與液壓管接頭連接，液壓管接頭與液壓管連接，液壓泵通過液壓管與動力頭輔助裝置連接，液壓管的一端與壓力滑塊連接、另一端與液壓表連接，液壓管上設有壓力表鉆架。
4.如權(quán)利要求1所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置，其特征是，所述鉆機采用RPD-150C型鉆機，RPD-150C型鉆機與柴油發(fā)動機連接。
5.利用權(quán)利要求1至4任意一項所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置的方法，其特征是，包括以下步驟 1)利用激光測距傳感器對鉆頭位移進行測量； 2)利用轉(zhuǎn)速傳感器對鉆頭轉(zhuǎn)速進行測量； 3)利用壓力傳感器對鉆頭壓力進行測量。
6.如權(quán)利要求5所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置方法，其特征是，所述鉆頭位移測量步驟I)包括 (I)激光測距傳感器安裝在鉆架頂部額頭上，鉆頭的動力頭輔助裝置推動鉆機動力頭、鉆桿鉆入巖土體； ⑵動力頭向前移動，使激光測距傳感器與標準靶之間距離逐漸縮?。? ⑶激光測距傳感器發(fā)射激光束，進行校準與標準靶的間距，測得動力頭的移動距離，即是鉆頭的位移； ⑷激光測距傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號; (5)A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機； (6)單片機通過將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。
7.如權(quán)利要求5所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置方法，其特征是，所述鉆頭轉(zhuǎn)速測量步驟2)包括 (1)鉆頭動力頭輔助裝置提供動力使鉆機動力頭推動鉆桿鉆入巖土體，同時動力頭跟隨著鉆桿一起轉(zhuǎn)動；⑵鉆桿帶動探針一起轉(zhuǎn)動，探針轉(zhuǎn)動的信息由轉(zhuǎn)速傳感器記錄下來、并通過解譯得到探針的轉(zhuǎn)動速度； ⑶根據(jù)探針轉(zhuǎn)動速度得到鉆頭的轉(zhuǎn)速參數(shù)； ⑷轉(zhuǎn)速傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通過接頭及轉(zhuǎn)速傳感器電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號； (5)A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機； (6)單片機將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。
8.如權(quán)利要求5所述的深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置方法，其特征是，所述鉆頭壓力測量步驟3)包括 ⑴液壓傳感器安裝在液壓分支上，液壓泵為動力輸入裝置，通過液壓管傳輸給動力頭輔助裝置，再由動力頭輔助裝置推動動力頭進行鉆探； ⑵動力頭向前移動，液體通過滑塊和壓力計之間的液壓管，流至與液壓管接頭，給液壓傳感器一定的壓力； ⑶對步驟(2)得到的壓力通過計算標定，得到鉆頭前進時所受壓力參數(shù)； ⑷液壓傳感器將得到的模擬數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)線傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號； (5)A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機； (6)單片機將數(shù)字信號以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深長隧道不良地質(zhì)和巖體力學性質(zhì)超前探測裝置和方法，包括鉆機、感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，感應系統(tǒng)安裝在鉆機上，感應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)依次連接，所述的感應系統(tǒng)包括鉆頭位移采集單元、轉(zhuǎn)速采集單元和壓力采集單元。本發(fā)明將鉆孔與鉆孔雷達相結(jié)合，利用傳感器技術(shù)，實時采集鉆機鉆進的過程中轉(zhuǎn)速、鉆頭位移、扭矩、推進力、打擊能以及泵壓等參數(shù)，實現(xiàn)對前方30米內(nèi)地質(zhì)體中巖體物理力學參數(shù)、節(jié)理裂隙分布及產(chǎn)狀的準確預報，準確的探測鉆孔周圍10m范圍內(nèi)有無水體情況，成本低、占用施工時間短。
文檔編號G01V11/00GK103018788SQ201210529458
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者李術(shù)才, 薛翊國, 田昊, 李海燕, 劉斌, 劉人太 申請人:山東大學