[發(fā)明專利]一種地下工程用智能鉆孔裝置及掘進機

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• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112196569A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 滿軻;劉曉麗;黃進;王振偉;郭占峰;陳輝;王向陽;董亞峰;柳宗旭
• 申請（專利權）人: 清華大學;北方工業(yè)大學
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10;E21D9/00;E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發(fā)明公開了一種地下工程用智能鉆孔裝置及掘進機，其中，鉆孔裝置包括鉆孔機構、檢測模塊和控制模塊，鉆孔機構設在固定盤上，包括在固定盤上可軸向伸縮的鉆桿、用于驅動鉆桿軸向伸縮和軸向旋轉的驅動組件；檢測模塊用于檢測鉆孔機構鉆進待開挖巖體過程中的巖屑、以及待開挖巖體的巖體物理力學參數(shù)，分析巖屑的塊度大小及重量分布規(guī)律；控制模塊用于根據(jù)巖屑的塊度大小及重量分布規(guī)律，調整驅動組件驅動鉆桿軸向伸縮和/或軸向旋轉的參數(shù)。本發(fā)明鉆孔機構的參數(shù)調整與待開挖巖體的地質條件實時高匹配，進而更好的發(fā)揮鉆孔裝置的機械性能，使其到達了快速鉆進的目的。

技術領域

本發(fā)明屬于掘進機技術領域，特別涉及一種地下工程用智能鉆孔裝置及掘進機。

背景技術

無論是對于鉆爆法施工，還是對于機械法掘進，鉆孔施工對于工程建設均具有重要的意義，其決定了工程的進度、經(jīng)濟性與安全性等方面。但是在完整極硬巖施工工況下(裂隙不發(fā)育、巖體完整性高，巖石單軸抗壓強度大于150MPa)，鉆孔施工對硬巖的適應性差，不能充分發(fā)揮鉆孔機械的自身性能，導致工程掘進效率低，延緩工程進度與周期。特別是在面對復雜地質情況下，鉆孔裝置對地質敏感性差，可匹配性弱，發(fā)生卡鉆、掉鉆、鉆頭報廢等情形屢見不鮮。

現(xiàn)有的用于鉆孔掘進的裝置，其僅僅依靠刀頭的機械性能，根據(jù)刀頭的機械作用原理，鉆進待開挖巖體。而在面對完整性好、強度高的硬巖時，僅僅依靠刀頭的楔、切、壓等力學作用并不能快速的切割巖體，往往產生了巖體磨成巖粉、堵塞鉆孔等情形，大大降低了鉆進效率。

因此，一種能夠在不同硬巖情形的掘進工況下實現(xiàn)高效破巖的鉆孔裝置亟待研究。

發(fā)明內容

針對以上現(xiàn)有技術存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種地下工程用智能鉆孔裝置及掘進機，其中，鉆孔裝置可根據(jù)待開挖巖體的巖體物理力學參數(shù)、以及巖屑的塊度大小及重量分布規(guī)律，對鉆桿軸向伸縮和/或軸向旋轉的參數(shù)進行實時調整，以便鉆孔裝置發(fā)揮更好的機械性能，使其達到快速鉆進的目的。本發(fā)明一方面提供了一種地下工程用智能鉆孔裝置，包括：

鉆孔機構，設在固定盤上，包括在所述固定盤上可軸向伸縮的鉆桿、用于驅動所述鉆桿軸向伸縮和軸向旋轉的驅動組件；

檢測模塊，用于檢測所述鉆孔機構鉆進所述待開挖巖體過程中的巖屑、以及所述待開挖巖體的巖體物理力學參數(shù)，分析巖屑的塊度大小及重量分布規(guī)律；

控制模塊，用于根據(jù)所述巖屑的塊度大小及重量分布規(guī)律，調整所述驅動組件驅動所述鉆桿軸向伸縮和/或軸向旋轉的參數(shù)。

進一步的，所述鉆孔機構還包括設在所述鉆桿遠離自由端的一端的連接件；所述驅動組件包括與所述連接件連接的旋轉驅動軸、以及用于帶動所述鉆桿軸向運動的水平驅動件。

進一步的，所述水平驅動件為液壓泵；所述驅動組件還包括與旋轉驅動軸的伺服電機，所述伺服電機用于帶動所述鉆桿軸向旋轉。

進一步的，所述鉆孔機構上還設有封堵元件，所述封堵元件由高強度碳鋼材料制成，且所述高強度碳鋼材料的含碳量低于0.7％、強度高于所述固定盤強度的30％以上。

進一步的，所述檢測模塊包括巖屑檢測單元，所述巖屑檢測單元包括：

圖像采集組件，用于對在所述鉆孔機構鉆進所述待開挖巖體過程中的巖屑進行形貌采集；

稱重組件，用于對所述巖屑的進行稱重，并將獲得的所述巖屑重量進行分級；

量化分析組件，用于根據(jù)所述巖屑的形貌和重量分級，分析所述巖屑的塊度大小及重量分布規(guī)律。

進一步的，所述檢測模塊包括還參數(shù)分析單元，所述參數(shù)分析單元包括：

參數(shù)檢測組件，用于檢測所述巖屑的密度、孔隙率、單軸抗壓強度、耐磨性、脆性，確定所述待開挖巖體的巖體物理力學參數(shù)；