一種帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)的制作方法

本實用新型涉及地下工程錨桿支護領(lǐng)域，尤其涉及一種帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

井下巷道開挖后破壞了原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)，從而會引起巷道周邊徑向應(yīng)力下降為零，圍巖強度明顯下降，并出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當這種集中應(yīng)力超過圍巖強度之后，在巷道周邊圍巖所形成的破碎帶便是圍巖松動圈。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系統(tǒng)中，往往需要了解圍巖的松動圈的范圍后才能進行合理支護參數(shù)的設(shè)計。

圍巖松動圈通常具有一定的形狀，當圍巖為各項同性時，垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力相等則為圓形，否則為橢圓形；當圍巖非同性時，松動圈不規(guī)則。隨著巷道開挖向深部進行，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圈形狀的出現(xiàn)。在錨桿錨固理論中，要實現(xiàn)錨桿的有效錨固，就必須使錨桿錨頭錨固在松動圈以外的巖層中，以達到安全支護的目的。由于目前深部地下工程中松動圈形狀的不規(guī)則，為節(jié)約錨桿材料和為達到較好的錨固效果，通常需要對巷道圍巖不同位置松動圈進行測量。

目前錨桿安裝時很難實現(xiàn)松動圈的自動識別，通常是由工人憑借經(jīng)驗，依據(jù)鉆孔聲音和進孔的難易度來確定，有時確定的松動圈范圍不夠準確，存在著較大的安全隱患。另外，準確識別需要提前進行單獨的松動圈范圍的測定，工序繁瑣，費時費力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)。

本實用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)，其特征在于：包括pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、聲波信號接收裝置、信號發(fā)射裝置、信號接收及處理裝置、定位器、連接器、錨桿、錨桿托盤和緊固螺母；所述pdc鉆頭、帶應(yīng)力傳感器墊片、鉆桿、連接器、錨桿、錨桿托盤和緊固螺母依次連接固定，所述的鉆桿上設(shè)有聲波信號接收裝置、信號發(fā)射裝置，應(yīng)力傳感器和聲波信號接收裝置分別與信號發(fā)射裝置相連，信號發(fā)射裝置將應(yīng)力傳感器和聲波信號接收裝置采集的信號發(fā)送到信號接收及處理裝置。

上述的帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)中，所述的聲波信號接收裝置在鉆桿兩側(cè)各有一個，在其周圍設(shè)有防震器，聲波信號接收裝置通過導(dǎo)線與信號發(fā)射裝置相連。

上述的帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)中，所述的鉆桿上設(shè)有定位器。

上述的帶自鉆式可識別松動圍巖鉆頭的錨桿支護系統(tǒng)中，所述的信號接收及處理裝置包括信號接收模塊、信號處理模塊、存儲模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、指示燈，信號接收模塊、存儲模塊以及電平轉(zhuǎn)換模塊分別與信號處理模塊相連，電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接指示燈。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型在錨桿支護系統(tǒng)中加裝應(yīng)力傳感器以及聲波信號接收裝置，并將采集的應(yīng)力和聲波信號通過發(fā)送裝置發(fā)送到信號接收及處理裝置，這樣錨桿支護系統(tǒng)能夠自動識別圍巖松動圈，免去工人憑借經(jīng)驗，依據(jù)鉆孔聲音和進孔的難易度來確定松動圈范圍，導(dǎo)致有時松動圈范圍不夠準確，存在著較大的安全隱患的問題。另外，由于目前深部地下工程中松動圈形狀的不規(guī)則，自動識別松動圈后能夠節(jié)約大量的錨桿材料，同時達到較好的錨固效果。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)示意圖。

圖2為本實用新型中pdc鉆頭側(cè)面示意圖。

圖3為本實用新型中pdc鉆頭頂部示意圖。

圖4為本實用新型中聲波信號接收裝置斷面圖(A-A斷面)。

圖5為本實用新型中定位器剖面圖(B-B斷面)。

圖6為本實用新型中信號接收及處理裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實施方法

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步的詳細描述。

如圖1所示，本實用新型從左到右依次為pdc鉆頭1、帶應(yīng)力傳感器墊片(應(yīng)力傳感器)2，鉆桿3、聲波信號接收裝置4、信號發(fā)射裝置7、定位器8、連接器9、錨桿10、錨桿托盤11和緊固螺母12；本實用新型外端有錨桿鉆機13提供鉆進動力，另外還有信號接收及處理裝置14，用于聲波信號和應(yīng)力信號的無線接收，15為指示燈。

所述pdc鉆頭1通過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是用來輸送注漿材料的，如圖2，3所示，其中pdc鉆頭1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1垂直方向的應(yīng)力，其信息通過導(dǎo)線6 傳送給信號發(fā)射裝置7；

如圖4所示，鉆桿3上裝有聲波信號接收裝置4，所述聲波信號接收裝置4在鉆桿3兩側(cè)各有一個，在其周圍有防震器5，信號通過導(dǎo)線6傳送給信號發(fā)射裝置7；

所述信號發(fā)射裝置7亦裝在鉆桿3上，位于鉆桿3中間段，所述的信號發(fā)射裝置7接收應(yīng)力傳感器2和聲波信號接收裝置4傳來的信息，并經(jīng)過信號處理后，通過信號發(fā)射模塊短距離傳輸信號給信號接收及處理裝置14；

如圖5所示，定位器8安裝在鉆桿3上，用于使鉆桿3對中；

所述的連接器9用來連接鉆桿3和錨桿10；

所述錨桿10外露端有錨桿托盤11通過緊固螺母12與錨桿10緊固；

所述錨桿鉆機13與錨桿10外露端連接，驅(qū)動整個錨桿10向前鉆進，所述錨桿鉆機13的運行由氣動馬達19控制。

所述的信號接收及處理裝置14包括信號接收模塊、信號分析模塊、存儲模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、指示燈，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖6所示。所述存儲模塊可以存儲應(yīng)力信號和聲波信號，便于離線處理和分析。所述信號接收及處理裝置14接收信號發(fā)射裝置7發(fā)射過來的聲波信號和應(yīng)力信號，分別傳輸至存儲模塊進行存儲，并由信號處理模塊進行信號處理，當聲波信號和應(yīng)力信號均判斷鉆孔超出了圍巖松動圈，則判定當前圍巖為穩(wěn)定圍巖，并將顯示信號輸出給指示燈15，此時指示燈15閃爍，工人依據(jù)具體情況關(guān)閉錨桿鉆機。

本實用新型的工作過程如下：在本錨桿支護系統(tǒng)工作時，錨桿鉆機氣腿20升起，與錨桿10外露端銜接，開啟氣動馬達19，鉆孔開始，此時應(yīng)力傳感器2收集pdc鉆頭1垂直方向的應(yīng)力，聲波信號收集裝置收集鉆孔中的聲波信號，分別通過導(dǎo)線6傳輸?shù)叫盘柊l(fā)射裝置7，經(jīng)過信號發(fā)射裝置7的處理，將聲波信號和應(yīng)力信號通過無線信號發(fā)射傳送給信號接收及處理裝置14，當信號接收及處理裝置14接收到聲波和應(yīng)力的信號后，首先對相關(guān)信號進行存儲，然后進行信號的分析處理，當兩者均判定鉆頭進入圍巖穩(wěn)定區(qū)時，通過指示燈15做顯示，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇停止鉆進。