一种隧道围岩破碎区探测装置及方法

技术领域

本发明涉及矿井勘探技术领域，具体涉及一种隧道围岩破碎区探测装置及方法。

背景技术

钻爆法开挖地效率高且经济效益显著，是地下工程掘进和资源开采常用的破岩手段。尽管如此，钻爆法施工引起的弊端也很显著，如：爆破对围岩及其应力状态的扰动太大、高初始应力快速卸荷等均会诱发围岩出现不同程度的损伤、破裂，导致地下工程灾害频发，严重威胁作业人员和设备安全，影响施工进度。此外，围岩的损伤破裂加剧也会导致后期支护难度增大、支护成本增加。因此，探明围岩开挖后的损伤破裂程度及破碎带的分布范围不仅能够指导前期的爆破开挖设计，还能为后期的围岩支护设计提供理论支撑，是大型地下工程和深地工程建设亟待解决的现实难题。

目前，对隧道围岩进行钻孔摄像法常用的方法是采用分段式金属管将摄像装置沿着钻孔缓慢推入孔底，获取钻孔内壁的围岩破裂状态，评价。

然而，当遇到的钻孔垂直于隧道开挖面的切面时，有可能会出现部分岩体因应力消散而导致破裂膨胀，钻孔并不是设想的一条笔直的通道，当所用推动装置进入此类型的钻孔时，会因为因自身扭转而产生内部应力发生弯折，从而导致摄像装置无法进入钻孔深部，使监控装置得到的画面不全、偏移，成像效果差，从而导致隧道围岩破碎区探测不全。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种隧道围岩破碎区探测装置及方法，可以适合不同深度钻孔内部的成像，解决因摄像头旋转而导致成像质量差的问题。

一种隧道围岩破碎区探测装置及方法，包括探测钻孔、双层管、辅助移动装置及采集装置；所述双层管的一端设置有阀门，且所述双层管远离所述阀门的一端延伸至所述探测钻孔内；所述辅助移动装置包括底座、驱动组件、多个滑轮、多个传动组件及多个调节组件；所述底座与所述双层管位于所述探测钻孔内的一端连接，所述底座内开设有容纳槽，所述驱动组件、传动组件和调节组件均设置于所述容纳槽内，所述调节组件的一端贯穿所述容纳槽并冒出所述底座外，且所述调节组件位于所述底座外的一端与所述滑轮连接；所述驱动组件驱动所述传动组件运动并驱动所述调节组件沿所述底座水平方向运动；所述采集装置设置于所述底座远离所述双层管的一端。

进一步的，所述双层管朝向所述底座的一端设置有螺纹盲孔，所述底座上设置有螺纹通孔，所述螺纹盲孔和所述螺纹通孔连接。

进一步的，所述驱动组件包括驱动件和主动齿轮，所述驱动件设置于所述容纳槽内，且所述驱动件的输出端与所述主动齿轮连接，所述主动齿轮与所述传动组件配合设置。

进一步的，所述传动组件包括传动杆、第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述传动杆安装于所述容纳槽内，且所述传动杆的外侧与所述第一从动齿轮连接，所述第一从动齿轮与所述主动齿轮啮合，所述第二从动齿轮位于所述第一从动齿轮下方，且与所述传动杆的外侧连接，所述第二从动齿轮与所述调节组件配合设置。

进一步的，所述调节组件包括齿条和安装座，所述齿条安装于所述容纳槽内，且所述齿条与所述第二从动齿轮啮合，所述齿条位于所述底座外的一端与所述安装座连接，所述安装座与所述滑轮连接。

进一步的，所述滑轮、传动组件和调节组件均设置有四个，且所述滑轮、传动组件和调节组件均以底座为中心圆形阵列。

进一步的，所述滑轮内部通过安装轴设置有四个刀轮。

进一步的，所述采集装置包括摄像组件和照明组件，所述摄像组件和所述照明组件均设置于所述底座上，且所述摄像组件通过导线连接有图像显示装置。

进一步的，所述双层管的一端设置有多个卡扣，多个所述卡扣沿所述双层管的垂直方向呈等间距设置。

一种隧道围岩破碎区探测方法，采用如上述任意一项所述的一种隧道围岩破碎区探测装置，包括以下步骤：

在隧道开挖面进行钻孔得到探测钻孔；

将采集装置与双层管连接；

将采集装置用双层管连接放入探测钻孔内；所述采集装置一端位于探测钻孔内部；

将采集装置用双层管推入探测钻孔内，辅以辅助移动装置，达到所需的深度；

按一定长度间隔开始向孔外拉动双层管，通过采集装置采集孔壁内的图片或视频。

采用上述技术方案的发明，具有如下优点：

1、本发明通过探测钻孔、双层管、阀门、底座、滑轮、驱动组件、传动组件、调节组件和采集装置的配合设置，通过阀门将双层管的夹层内充入高压气体，得到一定硬度的双层管，避免双层管缠绕而引起的检测探头偏转；同时，采用可调节延伸长度的滑轮，能够配合双层管快速进入孔内的深部，并使采集装置处于孔内相对稳定的位置，最终达到成像效果完整性高、可视化强的效果。

2、本发明根据钻孔的情况充入相应的高压气体，使得该成像系统不仅可以对竖直的钻孔的图像采集，同时也可以完成对向上以及倾斜向下的钻孔的图像采集，适用性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一种隧道围岩破碎区探测装置的剖视结构示意图；

图2为本发明一种隧道围岩破碎区探测装置中双层管的剖视结构示意图；

图3为本发明一种隧道围岩破碎区探测装置中双层管的结构示意图；

图4为本发明一种隧道围岩破碎区探测装置中底座的剖视结构示意图；

图5为本发明一种隧道围岩破碎区探测装置中底座的俯视结构示意图；

图6为本发明一种隧道围岩破碎区探测方法的流程图。

附图标记：

探测钻孔1、

双层管2、阀门21、卡扣22、

底座31、滑轮32、刀轮321、

驱动件41、主动齿轮42、

传动杆51、第一从动齿轮52、第二从动齿轮53、

齿条61、安装座62、

摄像组件71、照明组件72、图像显示装置73。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。

如图1～图6所示，本发明的一种隧道围岩破碎区探测装置及方法，包括探测钻孔1、双层管2、辅助移动装置及采集装置；双层管2的底端右侧设置有阀门21，且双层管2远离阀门21的一端延伸至探测钻孔1内；辅助移动装置包括底座31、驱动组件、多个滑轮32、多个传动组件及多个调节组件；底座31与双层管2位于探测钻孔1内的一端可拆卸连接，底座31内开设有容纳槽，驱动组件、传动组件和调节组件均设置于容纳槽内，调节组件远离容纳槽中心点的一端贯穿容纳槽并冒出底座31外，且调节组件位于底座31外的一端与滑轮32连接；驱动组件驱动传动组件运动并驱动调节组件沿底座31水平方向运动；采集装置设置于底座31远离双层管2的一端。

双层管2为双层空心胶管外径15mm，内径10mm，有利于减轻双层管2的重量，方便工作人员握持，同时可弯曲缠绕，便于存放和运输，防止双层管2过长而不易存放和运输。

通过探测钻孔1、双层管2、阀门21、底座31、滑轮32、驱动组件、传动组件、调节组件和采集装置的配合设置，通过阀门21将双层管2的夹层内充入高压气体，得到具有一定硬度的双层管2，避免双层管2缠绕而引起的检测探头偏转；同时，采用可调节调节长度的滑轮32，能够配合双层管2快速进入孔内的深部，并使采集装置处于孔内相对稳定的位置，最终达到成像效果完整性高、可视化强的效果。

双层管2朝向底座31的一端设置有螺纹盲孔外径10mm，径厚2mm，内径8mm，底座31的底端设置有螺纹通孔，螺纹盲孔和螺纹通孔连接。通过设置螺纹盲孔和螺纹通孔，能够方便将双层管2和底座31进行安装和拆卸，方便使用。

驱动组件包括驱动件41和主动齿轮42，驱动件41设置为驱动电机，驱动件41安装于容纳槽内的顶端，且驱动件41的输出端与主动齿轮42固定连接，主动齿轮42与传动组件配合设置。通过设置驱动件41和主动齿轮42，启动驱动件41，驱动件41的输出轴转动，从而带动主动齿轮42进行旋转，继而驱动传动组件进行运转，便于操作人员通过驱动件41自动对滑轮32的延伸长度进行调节，进而方便提高工作效率。

在另一实施例中，驱动件41设置为驱动杆，操作人员可先转动驱动杆，从而带动主动齿轮42进行旋转，再驱动传动组件进行运转，并通过调节组件对滑轮32的延伸长度进行调节，当达到预设调节长度时，再将该装置整体放入探测钻孔1进行工作。

传动组件包括传动杆51、第一从动齿轮52和第二从动齿轮53，传动杆51转动安装于容纳槽内，且传动杆51的外侧与第一从动齿轮52固定连接，第一从动齿轮52与主动齿轮42啮合，第二从动齿轮53位于第一从动齿轮52的正下方，且第二从动齿轮53与传动杆51的外侧固定连接，第二从动齿轮53与调节组件配合设置。通过设置传动杆51、第一从动齿轮52和第二从动齿轮53，当主动齿轮42进行旋转时，会带动第一从动齿轮52进行旋转，从而通过传动的方式带动转动杆和第二从动齿轮53进行转动，继而驱动调节组件进行运动，通过齿轮的方式进行传动，有利于提高传动效果，且使得该装置在使用过程中保持一个较好的稳定性，进而进一步提高了工作效率。

调节组件包括齿条61和安装座62，齿条61滑动安装于容纳槽内，且齿条61与第二从动齿轮53啮合，齿条61位于底座31外的一端与安装座62固定连接，安装座62的顶端与滑轮32的底端安装。通过设置齿条61和安装座62，当第二从动齿轮53进行转动时，会带动齿条61在容纳槽内进行滑动，从而推动安装座62和滑轮32相对底座31进行移动，有利于调节滑轮32的使用长度，以适应不同的孔径大小，方便辅助双层管2进入探测钻孔1内部，同时在采集装置使用的过程中对其起到固定作用，以采集装置的提高采集效果。

容纳槽内开设有四个导向槽(图中未展示)，四个导向槽以底座31为中心圆形阵列，导向槽内滑动安装有导向块(图中未展示)，导向块的顶端与齿条61的底端固定连接。通过设置导向槽和导向块，能够对齿条61的滑动起到限位作用，从而避免齿条61偏移初始滑动位置，同时也能够限制齿条61的滑动，进而避免齿条61滑出容纳槽内部，提高了滑动效率。

滑轮32、传动组件和调节组件均设置有四个，且滑轮32、传动组件和调节组件均以底座31为中心圆形阵列。根据孔径大小操作人员能够通过驱动件41同步调节四个滑轮32的使用长度，使其采集装置能够在孔内保持相对稳定的位置，同时四个滑轮32与孔壁接触面同步接触，也利于双层管2的快速进出。

滑轮32内部通过安装轴设置有四个刀轮321，且四个刀轮321以安装轴为中心圆形阵列。通过设置刀轮321，有利于防止其滑轮32变形，提高对采集装置的固定效果。

采集装置包括摄像组件71(摄像仪)和照明组件72(照明灯)，摄像组件71和照明组件72均设置于底座31的顶端，照明组件72按梅花形分布且直径3mm，且摄像组件71通过导线连接有图像显示装置73。由摄像组件71为图像显示装置73提供画面，由照明组件72为摄像组件71提供光源。

底座31的外侧安装有半球形玻璃罩，实现了对摄像组件71的保护，防止污泥贴附着在摄像组件71上而影响图像采集，提高该成采集装置的成像效果。

双层管2的前端设置有多个卡扣22，多个卡扣22沿双层管2的垂直方向呈等间距设置，卡扣22为正五边形，与双层管2接触一边压弯使其紧贴双层管2，边长5mm，厚2mm。通过将数据导线固定于双层管2外侧的卡扣22，防止因孔内岩石的摩擦而导致断线事故。

一种隧道围岩破碎区探测方法，采用如上述任意一项的一种隧道围岩破碎区探测装置，包括以下步骤：

步骤S110：在隧道开挖面进行钻孔得到探测钻孔1；

具体地，钻孔所得的岩芯用于分析围岩破碎程度、裂隙分布状态，从而大致确定双层管2和辅助移动装置的长度；

步骤S120：将采集装置与双层管2连接；

具体地，双层管2的螺纹盲孔与底座31进行连接；

步骤S130：将采集装置用双层管2连接放入探测钻孔1内；采集装置一端位于探测钻孔1内部；

步骤S140：将采集装置用双层管2推入探测钻孔1内，辅以辅助移动装置，达到所需的深度；

具体地，其中，辅助移动装置根据孔径大小，可对滑轮32进行长度的调节。进一步的，根据推入钻孔内的距离，选择相对体积的高压气体充入双层管2的夹层中获得相应程度的硬度。

步骤S150：按一定长度间隔开始向孔外拉动双层管2，通过采集装置采集孔壁内的图片或视频。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。