鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，屬于巖體物理參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，以克服現(xiàn)有鉆孔成像儀裝置采用數(shù)據(jù)線傳輸過(guò)程復(fù)雜、機(jī)械化程度低、測(cè)量結(jié)果精度低以及人工推送鉆桿導(dǎo)致攝取影像模糊或有黑線條等的缺點(diǎn)。包括鉆孔成像儀主機(jī)及與其無(wú)線連接的鉆孔成像儀探頭，鉆孔成像儀探頭設(shè)置于居中器中間，居中器尾部與推桿的一端相連，推桿還與探頭推進(jìn)裝置相連，在探頭推進(jìn)裝置的作用下通過(guò)推桿推進(jìn)鉆孔成像儀探頭，探頭推進(jìn)裝置中還設(shè)置有深度計(jì)數(shù)器，深度計(jì)數(shù)器與鉆孔成像儀主機(jī)無(wú)線相連，將深度計(jì)數(shù)器測(cè)量的深度信號(hào)發(fā)送給鉆孔成像儀主機(jī)，還包括與鉆孔成像儀主機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明適用于礦山開采、土木、隧道施工過(guò)程中。
【專利說(shuō)明】
鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于巖體物理參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]煤炭是我國(guó)的主體能源，煤礦產(chǎn)業(yè)也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中其他相關(guān)企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，在我國(guó)一直都有著重要的地位。近10年來(lái)，隨著資源利用的加劇，地球淺部資源日益減少，資源開采逐漸向深部拓展，國(guó)內(nèi)外礦山逐步進(jìn)入深部資源開采狀態(tài)。然而，我國(guó)煤礦地質(zhì)條件極其復(fù)雜，隨著煤礦開采深度逐漸增大，深部煤層開采具有高應(yīng)力、高井溫、高井深、 瓦斯含量高、滲透性低、煤礦變化梯度大等特點(diǎn)，且隨著深度的增加，瓦斯突出、冒頂?shù)戎靥卮笫鹿实母怕室仓饾u增大，而瓦斯主要通過(guò)煤層空隙或裂隙流動(dòng)，因此煤巖體空隙和裂隙的空間產(chǎn)狀對(duì)瓦斯在煤層中的流動(dòng)規(guī)律有決定性因素。為了探明瓦斯在煤層孔裂隙間的流動(dòng)規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中通常采用鉆孔成像儀探測(cè)孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀，探究工作面高強(qiáng)度開采條件下煤巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)分布特征及演化規(guī)律，以避免井下瓦斯突出、冒頂及片方等災(zāi)害事故的發(fā)生。
[0003]目前，廣泛運(yùn)用的探測(cè)鉆孔裂隙空間產(chǎn)狀的鉆孔成像儀裝置，包括探頭、推桿、深度計(jì)數(shù)器、鉆孔成像儀主機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸線。探測(cè)鉆孔裂隙時(shí)，首先利用數(shù)據(jù)傳輸線通過(guò)深度計(jì)數(shù)器將鉆孔成像儀與探頭連接好，打開主機(jī)，然后使用手持式推桿將探頭逐漸向孔底推進(jìn)，測(cè)量鉆孔的裂隙空間產(chǎn)狀。然而，該方法存在以下不足:
[0004]1.每次進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，鉆孔內(nèi)采用有線方式連接使得儀器連接繁瑣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率低下；
[0005]2.進(jìn)行探測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸線與孔壁摩擦容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)線損壞，且探頭容易卡死在鉆孔孔內(nèi)，在攜帶和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易損壞，降低實(shí)驗(yàn)效率，且增大了實(shí)驗(yàn)成本，影響監(jiān)測(cè)進(jìn)程，延誤整個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間；
[0006]3.深度計(jì)數(shù)器的原理是通過(guò)數(shù)據(jù)線與深度計(jì)數(shù)器帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)記錄深度，這種深度記數(shù)方式人為影響因素大，測(cè)量精度低，增大監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差；
[0007]4.采用的手持式推桿，不能保證緩慢勻速地推進(jìn)探頭，導(dǎo)致記錄的圖像不完整或生成的圖片有黑線等缺點(diǎn)，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果。
[0008]因此，現(xiàn)在亟需一種高精度、高機(jī)械化且能夠使得探頭平穩(wěn)推進(jìn)的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的鉆孔成像儀裝置采用數(shù)據(jù)線傳輸過(guò)程復(fù)雜、機(jī)械化程度低、測(cè)量結(jié)果精度低以及人工推送鉆桿導(dǎo)致攝取影像模糊或有黑線條等的缺點(diǎn)，提供一種鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，包括鉆孔成像儀主機(jī)及與其無(wú)線連接的鉆孔成像儀探頭，鉆孔成像儀探頭設(shè)置于居中器中間，居中器用于使得鉆孔成像儀探頭的中心線與鉆孔中心線重合，居中器尾部與推桿的一端相連，推桿還與探頭推進(jìn)裝置相連，在探頭推進(jìn)裝置的作用下通過(guò)推桿推進(jìn)鉆孔成像儀探頭，探頭推進(jìn)裝置中還設(shè)置有深度計(jì)數(shù)器，深度計(jì)數(shù)器與鉆孔成像儀主機(jī)無(wú)線相連，將深度計(jì)數(shù)器測(cè)量的深度信號(hào)發(fā)送給鉆孔成像儀主機(jī)，還包括與鉆孔成像儀主機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。
[0011]進(jìn)一步的，鉆孔成像儀探頭依次包括玻璃透光管、照明及攝像單元、三維羅盤、信號(hào)板、無(wú)線傳輸單元，還包括電池，三維羅盤用于測(cè)量鉆孔的方位角、傾角以及鉆孔成像儀探頭的滾角，照明及攝像單元分別與信號(hào)板及電池相連，三維羅盤及無(wú)線傳輸單元分別與信號(hào)板相連，無(wú)線傳輸單元又與電池相連，信號(hào)板將三維羅盤測(cè)量的鉆孔方位角、傾角以及鉆孔成像儀探頭的滾角的數(shù)據(jù)信號(hào)與照明及攝像單元獲得的視頻信號(hào)整合，并通過(guò)無(wú)線傳輸單元無(wú)線傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)。
[0012]優(yōu)選的，鉆孔成像儀探頭還包括設(shè)置于其外部的保護(hù)殼，其材質(zhì)為硬質(zhì)塑料，照明及攝像單元包括照明模塊及攝像模塊，照明模塊為L(zhǎng)ED發(fā)光二極管，攝像模塊為防震高清針孔攝像頭，電池為電鎳氫井下專用防爆電池。
[0013]進(jìn)一步的，居中器包括位于鉆孔成像儀探頭前端的前端導(dǎo)輪單元和后端的后端導(dǎo)輪單元，前端導(dǎo)輪單元包括相互垂直的第一滾輪和第二滾輪，第一滾輪位于第二滾輪前端， 第二滾輪位于鉆孔成像儀探頭前端，后端導(dǎo)輪單元包括繞軸平行布置的第三滾輪和第四滾輪，第三滾輪的圓心和第四滾輪的圓心通過(guò)連接軸相連，第一滾輪的圓心、第二滾輪的圓心以及連接軸的中軸線與鉆孔成像儀探頭的中心線位于同一水平線上，各個(gè)滾輪的直徑與鉆孔孔徑相適配。
[0014]進(jìn)一步的，推桿的數(shù)目為若干根，每一個(gè)推桿的前端設(shè)置有螺桿，后端設(shè)置有螺紋凹槽，所述螺桿與螺紋凹槽相適配，每?jī)筛茥U之間通過(guò)前一推桿的螺紋凹槽和后一推桿的螺桿相互連接，推桿底側(cè)設(shè)置有底部凹槽，底部凹槽內(nèi)設(shè)有齒槽。
[0015]優(yōu)選的，探頭推進(jìn)裝置包括底座，底座上設(shè)置有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)安裝有動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置與電源開關(guān)相連，動(dòng)力裝置通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與推桿箱相連，所述推桿箱中設(shè)置有用于放置推桿的推桿腔，還包括用于支撐推桿箱并能夠調(diào)節(jié)推桿箱角度的撐桿，推桿腔下方設(shè)置有用于推進(jìn)推桿的推進(jìn)齒輪，推進(jìn)齒輪與齒槽相適配，推進(jìn)齒輪還分別與深度計(jì)數(shù)器及壓力傳感器相連，壓力傳感器還與電源開關(guān)相連，當(dāng)推桿卡死在鉆孔內(nèi)，推進(jìn)齒輪的壓力超過(guò)壓力傳感器的限值則會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電源開關(guān)關(guān)閉探頭推進(jìn)裝置。
[0016]具體的，底座包括矩形框架和設(shè)置在矩形框架上的金屬墊板，撐桿為可伸縮的液壓撐桿，所述撐桿的長(zhǎng)度方向與推桿腔長(zhǎng)度方向所成角度的范圍為45-90°，推桿腔長(zhǎng)度方向與水平方向所成角度的范圍為0_90°，推桿腔內(nèi)設(shè)置有與推桿耦合的卡槽，動(dòng)力裝置為轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可調(diào)的馬達(dá)，推進(jìn)齒輪個(gè)數(shù)為兩個(gè)，二者靠皮帶傳動(dòng)連接。
[0017]優(yōu)選的，深度計(jì)數(shù)器包括感應(yīng)單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和無(wú)線發(fā)射單元，感應(yīng)單元包括貼合在推進(jìn)齒輪上的感應(yīng)芯片，其精度為〇.1mm，其計(jì)數(shù)原理如下:通過(guò)感應(yīng)單元與齒輪上的感應(yīng)芯片，測(cè)定齒輪轉(zhuǎn)數(shù)n，則鉆孔深度為1 = nnd，其中，d為齒輪直徑(mm);轉(zhuǎn)換單元將測(cè)得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線發(fā)射單元傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)。[〇〇18]進(jìn)一步的，鉆孔成像儀主機(jī)包括主控制單元以及分別與主控制單元相連的圖像顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元及無(wú)線接收單元，無(wú)線接收單元與鉆孔成像儀探頭的無(wú)線傳輸單元和深度計(jì)數(shù)器的無(wú)線發(fā)射單元相連，圖像顯示單元用于顯示視頻圖像，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于將鉆孔成像儀探頭攝取的視頻信號(hào)和深度計(jì)數(shù)器測(cè)量的深度信號(hào)整合轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。
[0019]進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與鉆孔成像儀主機(jī)相連。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，測(cè)量精度高、機(jī)械化程度高、能夠?qū)崿F(xiàn)高速無(wú)線傳輸，現(xiàn)場(chǎng)易于布置裝置，減少布線帶來(lái)的麻煩，鉆孔成像儀探頭攝取帶有探頭傾角和滾角參數(shù)的視頻信號(hào)，通過(guò)無(wú)線高速傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)；同時(shí)通過(guò)探頭推進(jìn)裝置可以保證平穩(wěn)推進(jìn)鉆孔成像儀探頭，確保視頻信號(hào)清晰可見(jiàn)，無(wú)需人工推送鉆桿，避免探頭攝取的影像模糊或有黑線條等，且利用深度計(jì)數(shù)器能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量鉆孔深度，可以提高鉆孔深度數(shù)據(jù)精度。本發(fā)明適用于測(cè)量巖體物理參數(shù)，可廣泛使用在礦山開采、土木、隧道施工過(guò)程中?！靖綀D說(shuō)明】[0021 ]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明鉆孔成像儀探頭與居中器的前視圖；
[0023]圖3是本發(fā)明中鉆孔成像儀探頭與居中器的俯視圖；
[0024]圖4是本發(fā)明中推桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明中探頭推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6是本發(fā)明中推桿箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]其中，1為居中器，2為鉆孔成像儀探頭，2-1為保護(hù)殼，2-2為玻璃透光管，2-3為照明及攝像單元，2-4為三維羅盤，2-5為信號(hào)板，2-6為無(wú)線傳輸單元，2-7為電池，3為推桿，3-1為螺桿，3-2為螺紋凹槽，3-3為齒槽，4為探頭推進(jìn)裝置，4-1為底座，4-2為機(jī)箱，4-3為動(dòng)力裝置，4-4為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，4-5為推桿箱，4-6為撐桿，5為鉆孔成像儀主機(jī)，6為數(shù)據(jù)線，7為計(jì)算機(jī)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，包括鉆孔成像儀主機(jī)5及與其無(wú)線連接的鉆孔成像儀探頭2,為了保證傳輸速率，設(shè)置其無(wú)線輸出速度高達(dá)10Mbps， 鉆孔成像儀探頭2設(shè)置于居中器1中間，即鉆孔成像儀探頭兩端與居中器相連，居中器1用于使得鉆孔成像儀探頭2的中心線與鉆孔中心線重合，防止因鉆孔成像儀探頭2搖晃而導(dǎo)致攝取的視頻信號(hào)模糊，居中器1尾部與推桿3的一端相連，推桿3還與探頭推進(jìn)裝置4相連，在探頭推進(jìn)裝置4的作用下通過(guò)推桿3推進(jìn)鉆孔成像儀探頭2,探頭推進(jìn)裝置4中還設(shè)置有深度計(jì)數(shù)器4-7,深度計(jì)數(shù)器4-7與鉆孔成像儀主機(jī)5無(wú)線相連，將深度計(jì)數(shù)器4-7測(cè)量的深度信號(hào)發(fā)送給鉆孔成像儀主機(jī)5,還包括與鉆孔成像儀主機(jī)5相連的計(jì)算機(jī)7,所述計(jì)算機(jī)7可以通過(guò)數(shù)據(jù)線6與鉆孔成像儀主機(jī)5相連，也可以所述計(jì)算機(jī)7通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式與鉆孔成像儀主機(jī)5。[〇〇3〇]如圖2和3所示，鉆孔成像儀探頭2依次包括玻璃透光管2-2、照明及攝像單元2-3、三維羅盤2-4、信號(hào)板2-5、無(wú)線傳輸單元2-6,還包括電池2-7,三維羅盤2-4用于測(cè)量鉆孔的方位角、傾角以及鉆孔成像儀探頭2的滾角。無(wú)線傳輸單元2-6即無(wú)線發(fā)射單元，可以將探測(cè)到的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至鉆孔成像儀主機(jī)，其無(wú)線輸出速度高達(dá)10Mbps。鉆孔成像儀探頭2還包括設(shè)置于其外部的保護(hù)殼2-1，其材質(zhì)為硬質(zhì)塑料，成本低廉，且不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成信號(hào)衰減;照明及攝像單元2-3包括照明模塊及攝像模塊，照明模塊為L(zhǎng)ED發(fā)光二極管，用于孔內(nèi)照明，光源照明度不小于30Lux距鏡頭3cm處;攝像模塊為防震高清針孔攝像頭，攝像頭參數(shù):彩色低照度700Lines，0.lLux，68萬(wàn)像素;光源強(qiáng)度可連續(xù)可調(diào)，從而保證對(duì)各種探測(cè)鉆孔孔壁可清晰成像;寬視角:攝像頭視角寬，可實(shí)現(xiàn)水平360度全景成像，無(wú)需調(diào)焦；電池2-7 為電鎳氫井下專用防爆電池，安全性高，且蓄電能力相對(duì)較好。照明及攝像單元2-3分別與信號(hào)板2-5及電池2-7相連，三維羅盤2-4及無(wú)線傳輸單元2-6分別與信號(hào)板2-5相連，無(wú)線傳輸單元2-6又與電池2-7相連，信號(hào)板2-5將三維羅盤2-4測(cè)量的鉆孔方位角、傾角以及鉆孔成像儀探頭的滾角的數(shù)據(jù)信號(hào)與照明及攝像單元2-3獲得的視頻信號(hào)整合，并通過(guò)無(wú)線傳輸單元2-6無(wú)線傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)5。
[0031]居中器1包括位于鉆孔成像儀探頭2前端的前端導(dǎo)輪單元和后端的后端導(dǎo)輪單元， 前端導(dǎo)輪單元包括相互垂直的第一滾輪和第二滾輪，第一滾輪位于第二滾輪前端，第二滾輪位于鉆孔成像儀探頭2前端，后端導(dǎo)輪單元包括繞軸平行布置的第三滾輪和第四滾輪，后端導(dǎo)輪單元的滾輪可以繞軸旋轉(zhuǎn)，第三滾輪的圓心和第四滾輪的圓心通過(guò)連接軸相連，第一滾輪的圓心、第二滾輪的圓心以及連接軸的中軸線與鉆孔成像儀探頭2的中心線位于同一水平線上，各個(gè)滾輪的直徑與鉆孔孔徑相適配。具體而言，連接軸的長(zhǎng)度為0.4m，前端導(dǎo)輪單元由兩個(gè)直徑65mm直徑視鉆孔孔徑而定的滾輪組成，每個(gè)重約0.2kg。居中器的滾輪直徑可以根據(jù)鉆孔孔徑選擇，前后導(dǎo)輪單元的滾輪直徑與鉆孔孔徑相當(dāng)，使鉆孔成像儀探頭中心線與鉆孔中心線重合，保證鉆孔成像儀探頭在孔內(nèi)平穩(wěn)推送，防止因鉆孔成像儀探頭搖晃而導(dǎo)致攝取的視頻信號(hào)不清晰。[〇〇32]如圖4所示，推桿3的數(shù)目為若干根，每一個(gè)推桿3的前端設(shè)置有螺桿3-1，后端設(shè)置有螺紋凹槽3-2,所述螺桿3-1與螺紋凹槽3-2相適配，每?jī)筛茥U之間通過(guò)前一推桿的螺紋凹槽3-2和后一推桿的螺桿3-1相互連接，具體而言，包括第一推桿與若干根后續(xù)推桿，第一推桿的前端的螺桿3-1與居中器相連，后續(xù)推桿依次與前一推桿的螺紋凹槽3-2中進(jìn)行螺紋連接。推桿3底側(cè)設(shè)置有底部凹槽，底部凹槽內(nèi)設(shè)有齒槽3-3，這樣能保護(hù)齒槽3-3，防止齒槽損壞，通過(guò)齒輪傳動(dòng)將鉆孔成像儀探頭推入鉆孔內(nèi)。齒槽與探頭推進(jìn)裝置4中的推進(jìn)齒輪相適配，通過(guò)探頭推進(jìn)裝置4中的推進(jìn)齒輪傳動(dòng)將鉆孔成像儀探頭推入鉆孔內(nèi)，而后通過(guò)逐漸推進(jìn)推桿將鉆孔成像儀探頭推到鉆孔預(yù)定位置?？紤]到推桿的耐用性及其承重力及支撐力，優(yōu)選金屬材質(zhì)的推桿，選用60根備用數(shù)量可根據(jù)孔深而定，尺寸為底面直徑X高:￠18 X 1000mm，每根重約0.3kg。
[0033]如圖5及6所示，探頭推進(jìn)裝置4包括底座4-1，底座優(yōu)選為金屬材質(zhì)，以便增強(qiáng)支撐力，底座4-1包括矩形框架和設(shè)置在矩形框架上的金屬墊板，底座4-1的墊板上可承壓石塊， 可以保證推進(jìn)裝置在推桿推進(jìn)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橥屏^(guò)大而側(cè)翻;底座4-1上設(shè)置有機(jī)箱4-2,機(jī)箱4-2內(nèi)安裝有動(dòng)力裝置4-3,動(dòng)力裝置4-3與電源開關(guān)相連，動(dòng)力裝置4-3通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4-4與推桿箱4-5相連，具體是與推桿箱4-5的推進(jìn)齒輪相連，所述推桿箱4-5中設(shè)置有用于放置推桿3的推桿腔，推桿腔長(zhǎng)度方向與水平方向所成角度的范圍為0-90°，還包括用于支撐推桿箱4-5并能夠調(diào)節(jié)推桿箱4-5角度的撐桿4-6，撐桿4-6為可伸縮的液壓撐桿，能夠根據(jù)鉆孔傾角調(diào)節(jié)推桿箱的仰角，所述撐桿4-6的長(zhǎng)度方向與推桿腔長(zhǎng)度方向所成角度的范圍為45-90°，推桿腔內(nèi)設(shè)置有與推桿耦合的卡槽，可以防止推桿推動(dòng)過(guò)程中脫落;推桿腔下方設(shè)置有用于推進(jìn)推桿的推進(jìn)齒輪，推進(jìn)齒輪個(gè)數(shù)優(yōu)選為兩個(gè)，即圖6中的兩個(gè)齒輪，用于推進(jìn)推桿，二者靠皮帶傳動(dòng)連接，以便使得運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)一致，保證推桿平穩(wěn)推進(jìn)，推進(jìn)齒輪與齒槽相適配，推進(jìn)齒輪還分別與深度計(jì)數(shù)器4-7及壓力傳感器相連，壓力傳感器還與電源開關(guān)相連，深度計(jì)數(shù)器只需要與圖中標(biāo)明的一個(gè)推進(jìn)齒輪相連，通過(guò)推進(jìn)齒輪上貼一片壓力感應(yīng)器與深度計(jì)數(shù)器感應(yīng)，測(cè)量推進(jìn)齒輪的轉(zhuǎn)速。壓力傳感器直接與推進(jìn)齒輪相連，測(cè)試推進(jìn)齒輪壓力。當(dāng)推桿3卡死在鉆孔內(nèi)，即無(wú)法推進(jìn)探頭，但是齒輪還在運(yùn)轉(zhuǎn)，所以會(huì)對(duì)齒輪產(chǎn)生壓力，其推進(jìn)齒輪的壓力超過(guò)壓力傳感器的限值則會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電源開關(guān)關(guān)閉探頭推進(jìn)裝置。
[0034]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4-4包括兩組分別有皮帶相連的齒輪組，其中的一個(gè)齒輪與一個(gè)推進(jìn)齒輪同軸設(shè)置，具體包括皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，其皮帶傳動(dòng)設(shè)有保護(hù)殼體，防止裝置損壞及裝置對(duì)人員造成傷害。動(dòng)力裝置4-3為轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可調(diào)的馬達(dá)，馬達(dá)采用110V/0.13A的交流電。[〇〇35]深度計(jì)數(shù)器4-7的原理是通過(guò)測(cè)量齒輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴣?lái)監(jiān)測(cè)探頭實(shí)時(shí)推進(jìn)深度；具體包括感應(yīng)單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和無(wú)線發(fā)射單元，計(jì)數(shù)精度為0.1mm，感應(yīng)單元包括貼合在推進(jìn)齒輪上的感應(yīng)芯片(未在圖上示出)。深度計(jì)數(shù)器原理如下:已知齒輪直徑d(mm)，通過(guò)感應(yīng)單元與齒輪上的感應(yīng)芯片，可以測(cè)定齒輪轉(zhuǎn)數(shù)n。則鉆孔深度:l=nJid(mm)或l = nJidX l(T3(m)，括號(hào)中的內(nèi)容為單位;轉(zhuǎn)換單元將測(cè)得深度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線發(fā)射單元傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)。[0〇36]鉆孔成像儀主機(jī)5包括主控制單元以及分別與主控制單元相連的圖像顯示單元、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元及無(wú)線接收單元，無(wú)線接收單元與鉆孔成像儀探頭2的無(wú)線傳輸單元2-6和深度計(jì)數(shù)器的無(wú)線發(fā)射單元相連，圖像顯示單元用于顯示圖像，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于將鉆孔成像儀探頭2攝取的視頻信號(hào)和深度計(jì)數(shù)器測(cè)量的深度信號(hào)整合轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。
[0037]計(jì)算機(jī)7上的后處理軟件能夠根據(jù)鉆孔成像儀主機(jī)1整合的帶有鉆孔方位角和傾角以及鉆孔成像儀探頭2滾角圖像數(shù)據(jù)的前后兩張圖像進(jìn)行自動(dòng)匹配和拼接，得到連續(xù)完整的鉆孔孔壁平面圖和三維柱狀圖，即得到連續(xù)完整的鉆孔孔壁空間裂隙網(wǎng)絡(luò)圖。后處理軟件可顯示、輸出平面展開圖和立體柱狀圖，立體柱狀圖可360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，展開圖上可直接進(jìn)行巖芯描述，裂縫的傾向、傾角和寬度可直接自動(dòng)計(jì)算提取，寬度精度可達(dá)0.1mm，方位角度精度可達(dá)〇.1度。圖像可轉(zhuǎn)換為JPG、BMP和TOF等多種格式文件。
[0038]本發(fā)明的使用方法包括以下步驟:[〇〇39]1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在巷道內(nèi)合適位置鉆取上行鉆孔，孔徑為75mm，鉆孔孔深33m，方位角45°，傾角24°，清掃孔內(nèi)碎肩，保證孔壁干凈。
[0040]2.將所有待使用的推桿、居中器、鉆孔成像儀探頭、鉆孔成像儀主機(jī)都擺放在孔正下方對(duì)應(yīng)區(qū)域;并在巷道內(nèi)布置好供探頭推進(jìn)裝置使用的插線板。
[0041]3.將居中器分別接在鉆孔成像儀探頭兩端，在居中器下端接上穿過(guò)探頭推進(jìn)裝置的推桿，且使得探頭推進(jìn)裝置的推桿箱的方向與鉆孔的方位角保持一致，啟動(dòng)探頭推進(jìn)裝置，調(diào)節(jié)探頭推進(jìn)裝置的液壓撐桿，將鉆孔成像儀探頭對(duì)準(zhǔn)鉆孔，推送到孔口位置。
[0042]4.啟動(dòng)深度計(jì)數(shù)器，同時(shí)打開鉆孔成像儀主機(jī)，正確設(shè)置采集參數(shù)，以0.0lm/s的速度，勻速推進(jìn)鉆孔成像儀探頭，開始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。[〇〇43]5.手動(dòng)給探頭推進(jìn)裝置接lm長(zhǎng)的推桿，當(dāng)鉆孔成像儀推送到孔底時(shí)，其對(duì)探頭推進(jìn)裝置施加壓力超過(guò)限制時(shí)，則探頭推進(jìn)裝置就會(huì)自動(dòng)停止，此時(shí)在鉆孔成像儀主機(jī)保存錄制的視頻圖像數(shù)據(jù)，關(guān)閉鉆孔成像儀主機(jī)，并啟動(dòng)探頭推進(jìn)裝置的反向退出開關(guān)，將推桿逐一退出孔內(nèi)。[〇〇44]6.完成數(shù)據(jù)采集后，將所有設(shè)備都收拾整理好。
[0045]7.打開鉆孔成像儀主機(jī)，將其中整合的與鉆孔深度對(duì)應(yīng)的視頻圖像數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，即視頻圖像數(shù)據(jù)是深度值與視頻信號(hào)整合得到的對(duì)應(yīng)深度的視頻圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)處理得到連續(xù)完整的鉆孔孔壁平面圖和三維柱狀圖以及裂隙產(chǎn)狀和分布。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，包括鉆孔成像儀主機(jī)(5)及與其無(wú)線 連接的鉆孔成像儀探頭(2)，鉆孔成像儀探頭(2)設(shè)置于居中器(1)中間，居中器(1)用于使 得鉆孔成像儀探頭(2)的中心線與鉆孔中心線重合，居中器(1)尾部與推桿(3)的一端相連， 推桿(3)還與探頭推進(jìn)裝置(4)相連，在探頭推進(jìn)裝置(4)的作用下通過(guò)推桿(3)推進(jìn)鉆孔成 像儀探頭(2)，探頭推進(jìn)裝置(4)中還設(shè)置有深度計(jì)數(shù)器(4-7)，深度計(jì)數(shù)器(4-7)與鉆孔成 像儀主機(jī)(5)無(wú)線相連，將深度計(jì)數(shù)器(4-7)測(cè)量的深度信號(hào)發(fā)送給鉆孔成像儀主機(jī)(5)，還 包括與鉆孔成像儀主機(jī)(5)相連的計(jì)算機(jī)(7)。2.如權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，鉆孔成像儀探頭 (2)依次包括玻璃透光管(2-2)、照明及攝像單元(2-3)、三維羅盤(2-4)、信號(hào)板(2-5)、無(wú)線 傳輸單元(2-6)，還包括電池(2-7)，三維羅盤(2-4)用于測(cè)量鉆孔的方位角、傾角以及鉆孔 成像儀探頭(2)的滾角，照明及攝像單元(2-3)分別與信號(hào)板(2-5)及電池(2-7)相連，三維 羅盤(2-4)及無(wú)線傳輸單元(2-6)分別與信號(hào)板(2-5)相連，無(wú)線傳輸單元(2-6)又與電池 (2-7)相連，信號(hào)板(2-5)將三維羅盤(2-4)測(cè)量的鉆孔方位角、傾角以及鉆孔成像儀探頭的 滾角的數(shù)據(jù)信號(hào)與照明及攝像單元(2-3)獲得的視頻信號(hào)整合，并通過(guò)無(wú)線傳輸單元(2-6) 無(wú)線傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)(5)。3.如權(quán)利要求2所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，鉆孔成像儀探頭 (2)還包括設(shè)置于其外部的保護(hù)殼(2-1)，其材質(zhì)為硬質(zhì)塑料，照明及攝像單元(2-3)包括照 明模塊及攝像模塊，照明模塊為L(zhǎng)ED發(fā)光二極管，攝像模塊為防震高清針孔攝像頭，電池(2-7)為電鎳氫井下專用防爆電池。4.如權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，居中器(1)包括 位于鉆孔成像儀探頭(2)前端的前端導(dǎo)輪單元和后端的后端導(dǎo)輪單元，前端導(dǎo)輪單元包括 相互垂直的第一滾輪和第二滾輪，第一滾輪位于第二滾輪前端，第二滾輪位于鉆孔成像儀 探頭(2)前端，后端導(dǎo)輪單元包括繞軸平行布置的第三滾輪和第四滾輪，第三滾輪的圓心和 第四滾輪的圓心通過(guò)連接軸相連，第一滾輪的圓心、第二滾輪的圓心以及連接軸的中軸線 與鉆孔成像儀探頭(2)的中心線位于同一水平線上，各個(gè)滾輪的直徑與鉆孔孔徑相適配。5.如權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，推桿(3)的數(shù)目 為若干根，每一個(gè)推桿(3)的前端設(shè)置有螺桿(3-1)，后端設(shè)置有螺紋凹槽(3-2)，所述螺桿 (3-1)與螺紋凹槽(3-2)相適配，每?jī)筛茥U之間通過(guò)前一推桿的螺紋凹槽(3-2)和后一推 桿的螺桿(3-1)相互連接，推桿(3)底側(cè)設(shè)置有底部凹槽，底部凹槽內(nèi)設(shè)有齒槽(3-3)。6.如權(quán)利要求5所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，探頭推進(jìn)裝置 (4)包括底座(4-1)，底座(4-1)上設(shè)置有機(jī)箱(4-2)，機(jī)箱(4-2)內(nèi)安裝有動(dòng)力裝置(4-3)，動(dòng) 力裝置(4-3)與電源開關(guān)相連，動(dòng)力裝置(4-3)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(4-4)與推桿箱(4-5)相連，所 述推桿箱(4-5)中設(shè)置有用于放置推桿(3)的推桿腔，還包括用于支撐推桿箱(4-5)并能夠 調(diào)節(jié)推桿箱(4-5)角度的撐桿(4-6)，推桿腔下方設(shè)置有用于推進(jìn)推桿的推進(jìn)齒輪，推進(jìn)齒 輪與齒槽相適配，推進(jìn)齒輪還分別與深度計(jì)數(shù)器(4-7)及壓力傳感器相連，壓力傳感器還與 電源開關(guān)相連，當(dāng)推桿(3)卡死在鉆孔內(nèi)，推進(jìn)齒輪的壓力超過(guò)壓力傳感器的限值則會(huì)自動(dòng) 觸發(fā)電源開關(guān)關(guān)閉探頭推進(jìn)裝置。7.如權(quán)利要求6所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，底座(4-1)包括 矩形框架和設(shè)置在矩形框架上的金屬墊板，撐桿(4-6)為可伸縮的液壓撐桿，所述撐桿(4-6)的長(zhǎng)度方向與推桿腔長(zhǎng)度方向所成角度的范圍為45-90°，推桿腔長(zhǎng)度方向與水平方向所 成角度的范圍為0-90°，推桿腔內(nèi)設(shè)置有與推桿耦合的卡槽，動(dòng)力裝置(4-3)為轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 可調(diào)的馬達(dá)，推進(jìn)齒輪個(gè)數(shù)為兩個(gè)，二者靠皮帶傳動(dòng)連接。8.如權(quán)利要求6所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，深度計(jì)數(shù)器(4-7)包括感應(yīng)單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和無(wú)線發(fā)射單元，感應(yīng)單元包括貼合在推進(jìn)齒輪上的感應(yīng) 芯片，其精度為〇.1mm，其計(jì)數(shù)原理如下:通過(guò)感應(yīng)單元與齒輪上的感應(yīng)芯片，測(cè)定齒輪轉(zhuǎn)數(shù) n，則鉆孔深度為1=1131(1，其中，d為齒輪直徑(mm);轉(zhuǎn)換單元將測(cè)得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò) 無(wú)線發(fā)射單元傳輸給鉆孔成像儀主機(jī)。9.如權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，鉆孔成像儀主機(jī) (5)包括主控制單元以及分別與主控制單元相連的圖像顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元及無(wú)線接 收單元，無(wú)線接收單元與鉆孔成像儀探頭(2)的無(wú)線傳輸單元(2-6)和深度計(jì)數(shù)器(4-7)的 無(wú)線發(fā)射單元相連，圖像顯示單元用于顯示圖像，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于將鉆孔成像儀探頭(2) 攝取的視頻信號(hào)和深度計(jì)數(shù)器測(cè)量的深度信號(hào)整合轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)進(jìn) 行儲(chǔ)存。10.如權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)裂隙空間產(chǎn)狀的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)(7) 通過(guò)數(shù)據(jù)線(6)與鉆孔成像儀主機(jī)(5)相連。
【文檔編號(hào)】E21B47/04GK106014382SQ201610547489
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】高明忠, 李安強(qiáng), 張茹, 賈哲強(qiáng), 謝晶, 邱治強(qiáng), 汪文勇
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)