深部巖體綜合變孔徑測孔機器人及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明是涉及深部巖體內部結構測試及分析領域中的鉆孔聲波和聲發射測試設備，具體是指一種深部巖體綜合變孔徑測孔機器人，本發明還涉及這種裝置的使用方法。
【背景技術】
[0002]現階段，我國的礦產資源、水電輸水隧洞和地下廠房、交通隧洞等都在往深部發展，這些工程需要在具有較大埋深的山體或地下巖體中開挖。這些巖體工程在施工和運營期間的穩定性問題是巖石力學工作者最為關心的問題，而巖體的變形特征和規律則是判斷圍巖是否處于安全穩定狀態的直接體現。
[0003]鉆孔測試是觀察和測量巖體變形特征和規律的常用方法。該種方法需要在圍巖內鉆設一定孔徑的鉆孔，利用推桿將探測元件持續推入鉆孔內，分別獲得沿鉆孔軸線方向的圍巖破裂信息。常用的探測元件有鉆孔攝像頭、聲波探頭、聲發射探頭等，其中聲波探頭和聲發射探頭在使用時均需用耦合介質與巖體接觸才能發揮作用。鉆孔測試中常用的耦合介質是水，而傳統的方法是在整個鉆孔內充滿水并需要進行封堵。
[0004]目前，隨著巖體工程埋深的增大，高地應力災害和高放射性污染愈發嚴重。高地應力條件下的強動力沖擊巖爆和高放射性污染物對鉆孔測試操作人員的生命安全造成了極大的威脅。另外，傳統的鉆孔測試需要用數根連接桿將探測元件連續推入鉆孔內部以獲得整個鉆孔軸線方向的孔壁圍巖信息，有時還需充水并進行封堵，需要耗費較大的體力和時間。
【發明內容】
[0005]本發明的第一目的是:針對上述現有問題提供一種結構簡單、使用方便、可適應多種孔徑和角度并且可遠程控制的巖體工程綜合變孔徑測孔機器人驅動裝置，該驅動裝置可同時搭載鉆孔攝像頭、聲波探頭和聲發射探頭，也可以只搭載其二或其一，以保證危險環境下操作人員的生命安全，并且省時省力，檢測結果更準確。
[0006]本發明設計的一種深部巖體綜合變孔徑測孔機器人，它的頭部主要包括鉆孔攝像頭、驅動輪和頭部水囊；中部主要包括電機;底部主要包括底部水囊和從動輪;整體的外部為外殼；
[0007]所述的鉆孔攝像頭設置在透明管內的底座上，透明管的最前端以堵頭封閉，透明管的前端內部同軸安裝有反射鏡;探頭底座同軸安裝在中間軸的前方;鉆孔攝像頭后方的數據線利用外部的六邊形的外殼連接監控設備；
[0008]在所述的中心軸上同軸套裝一個彈簧和一個支桿滑座;該中心軸的底部同軸套裝在連接軸的頂部；
[0009]在支桿滑座上以中間軸為圓心均勻安裝三組行走驅動裝置;每組行走驅動裝置主要包括頭部驅動輪、驅動連接板、渦輪和渦輪支撐座；頭部拉緊板的一端安裝在支桿滑座上，另一端安裝在驅動連接板中部的齒輪的異側面;每個驅動連接板的兩端分別安裝驅動輪和渦輪;每個渦輪通過渦輪軸和渦輪緊固軸安裝在渦輪支撐座上;每個渦輪緊固軸上渦輪的兩側還分別設置有渦輪調整件；
[0010]所述的每個渦輪的外輪面與連接軸的頂部接觸，且三個渦輪的接觸點位于同一個圓周上;頭部立板的中心貫穿套裝在連接軸的頸部;三個渦輪支撐座和三個驅動定位軸以連接軸為圓心均勻相間安裝套裝在頭部立板上；
[0011]在該深部巖體綜合變孔徑測孔機器人的中部，穿過水囊支撐架的連接軸通過其底部設置的動密封件連接電機；
[0012]連接軸同軸套裝在水囊支撐架和頭部水囊的中心；頭部水囊內設置有檢測探頭；在頭部水囊底部設置有充水管;充水管的兩端分別連接頭部水囊和底部水囊;充水支管的一端以三通的方式連接在充水管中部，充水支管的另一端延伸出整個裝置的底部與外部的注水栗相連；
[0013]在水囊支撐架上的底部水囊內設置有檢測探頭；
[0014]在底部水囊的后方也設置有同軸套裝的底部中心軸、彈簧和支桿滑座;底部的支桿滑座上以底部中心軸為圓心均勻相間安裝三個底部拉緊板和三個驅動定位軸;每個底部拉緊板的一端安裝在支桿滑座上，另一端安裝在一個從動連接板中部;每個從動連接板的兩端分別安裝從動輪和從動支撐座上;三個從動支撐座和三個底部定位軸均勻相間安裝在頭底板立板上；
[0015]上述技術方案中，所述的頭部水囊和底部水囊中的檢測探頭分別為聲波探頭或聲發射探頭;它們的導線由側面引出后與相應設備聲波儀或聲發射儀器連接；
[0016]上述技術方案中，所述的外殼內設置一個或多個傳感器，該傳感器為定位傳感器。
[0017]上述技術方案中，所述的頭部水囊和底部水囊為材料相同、外徑相同的圓環形，夕卜部直徑范圍是50mm?150mm。
[0018]上述技術方案中，所述的頭部水囊和底部水囊的外部直徑大于鉆孔直徑。
[0019]本發明的第二目的在于提供一種采用上述深部巖體綜合變孔徑測孔機器人的使用方法，包括以下步驟:
[0020]步驟一:將深部巖體綜合變孔徑測孔機器人放入探孔內，記錄其初始位置；
[0021 ] 步驟二:通過控制裝置操控該驅動裝置行進；
[0022]步驟三:進行聲波或聲發射監測時，通過驅動裝置上的傳感器返回的位置信息，將驅動裝置行進到預定位置處停下；
[0023]步驟四:對頭部水囊和底部水囊進行充水使其膨脹與孔壁緊貼，然后操控聲波儀或聲發射儀器進行測試；
[0024]定點位置的測試完成后，將頭部水囊和底部水囊的水抽出，使水囊收縮，操控驅動裝置行進到下一測試段；
[0025]步驟五:全部測試完畢后，操控驅動裝置退出鉆孔。
[0026]上述技術方案中，所述的頭部水囊和底部水囊的外側突出部分涂上密封劑。
[0027]本發明所設計的深部巖體綜合變孔徑測孔機器人與現有的技術相比，有以下幾點改進:
[0028]1、該測孔機器人可進行遠程控制。只需將測孔機器人放入探孔的孔口處，操作人員可在較安全的位置控制該測孔機器人的行進速度，并可對其進行定位，記錄相關監測信息。
[0029]2、該測孔機器人可適用于多種孔徑的鉆孔，也可適用于變孔徑的鉆孔;可以適應測孔機器人外輪廓直徑土 5cm范圍內的鉆孔。
[0030]3、該測孔機器人可應用于干孔和有水孔的測試，且在干孔中的優勢更大。利用測孔機器人搭載的底部和頂部的兩個水囊與孔壁緊密貼合，聲波發射換能器及接收器和與孔壁直接通過水耦合，能量傳遞損失極小，保證了聲波的良好耦合和環形發射、環形接收的特性，從而實現測試結果準確可信。每個水囊都是封閉式的小空間，局部水環境所需要的水很少。在同一探孔內的每個測試點的用水可以接著下個測試點使用，僅僅在移動該測孔機器人時需要將水囊內的水適當減少，便于移動，實際使用過程中的水量損耗很小。
[0031]本發明適用強，用水量極少，使用簡便，可應用于深部巖體圍巖鉆孔測試，也可用于其他工程中的管道監測領域，是一種使用更廣泛，操作更便捷，測試結果更準確的綜合管道測試系統裝置。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明深部巖體綜合變孔徑測孔機器人整體結構示意圖。
[0033]圖2為深部巖體綜合變孔徑測孔機器人前半部分的結構示意圖。
[0034]圖3為深部巖體綜合變孔徑測孔機器人后半部分的結構示意圖。
[0035]圖4是圖2中A-A處的剖面俯視結構示意圖。
[0036]圖中:堵頭I，反射鏡2，透明管3，鉆孔攝像頭4，探頭底座5，彈簧6，支桿滑座7，驅動定位軸8，驅動輪9，驅動連接板10，齒輪11，頭部拉緊板12，渦輪13，渦輪軸13.1，渦輪緊固軸13.2，渦輪調整件13.3，渦桿13.4，渦輪支撐座14，中間軸15，頭