一種地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置的製作方法

2023-10-10 23:50:14

專利名稱：一種地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及地下工程鑽探注漿領域中鑽孔產狀的量測技術，主要提出一種快速、準確測量正在施工鑽孔、或依照設計現場定位時鑽孔產狀的量測裝置。
背景技術：
鑽探工程是地下工程開挖及運營期重要活動之一，涉及到地下水害的治理、圍巖注漿加固、礦產探查及水源探查等領域。鑽探工程設計及鑽孔產狀確定對相關工程實施往往具有決定性作用。如注漿工程因鑽孔產狀信息錯誤引起堵水效果欠佳、或圍巖加固範圍出現偏差；井下探礦工程因鑽孔產狀誤差致使礦產資源規模及儲量估算失實；井下富水區探查因鑽孔產狀誤差而影響到含水層評價結果。目前地下工程鑽孔產狀確定的方法主要有三種，即羅盤法、掛線定位法及坡度規法。羅盤測量方位角操作簡便，但精度低，抗幹擾能力弱，尤其是在一些金屬礦山或定位精度要求較高的工程內難以利用；掛線法測量方位角精度相對較高，但效率低下、操作復 雜，且隨著倒角次數增加誤差逐漸積累，在一些時間緊迫的工程中難以發揮作用，如地下水害治理等搶險工程。此外，鑽孔傾角可利用羅盤或坡度規進行測量，但不能和方位角測量設備完好地結合為整套裝置，功效性差。因此，地下工程鑽孔產狀的精確、快速定位成為了一個必須解決的難題。
發明內容本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種地下工程鑽孔產狀快速量測裝置，使其可實現正在施工鑽孔及現場鑽孔定位時產狀快速、精確定位，提高鑽探工程效率，保障相關工程質量。為實現上述目的，本實用新型採用下述技術方案:一種地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，包括側壁水平固定器、可伸縮懸臂、夾角量測裝置、鑽杆夾持器及傾角量測裝置；所述側壁水平固定器包括橫杆和鉸鏈，橫杆上設置管水準器；所述可伸縮懸臂包括內框架和外框架，外框架通過所述鉸鏈與橫杆連接，外框架上設置圓水準器，外框架的兩側邊上設有滑槽，內框架通過旋鈕裝置沿滑槽與外框架滑動連接；所述夾角量測裝置包括1/4圓的夾角量測器，夾角量測器的圓弧邊上設有夾角量測器刻槽，夾角量測器外側邊一端通過螺栓與內框架連接，另一端通過第一旋緊螺栓與內框架連接，且第一旋緊螺栓位於夾角量測器刻槽內，工作時夾角量角測器以螺栓為中心轉動，第一旋緊螺栓在夾角量測器刻槽內滑動；所述傾角量測裝置包括傾角量測器，傾角量測器通過第二旋緊螺栓垂直設置在夾角量測器外側邊的中心處；所述鑽杆夾持器包括第二橫杆和用於固定鑽杆的夾持器，夾持器固定在第二橫杆上，第二橫杆通過第二旋緊螺栓與夾角量測器的外側邊連接，且夾持器橫杆能夠繞第二旋緊螺栓轉動。所述外框架包括左豎杆和右豎杆，左豎杆和右豎杆的上下兩端分別通過第一垂直連杆和第二垂直連杆連接，左豎杆和右豎杆的內側均設有滑槽；所述內框架包括左滑杆和右滑杆，左、右滑杆分別通過滑槽與左豎杆和右豎杆滑動連接，左、右滑杆的下端通過第三垂直連杆連接；所述旋鈕裝置包括旋鈕和旋杆；旋杆穿過左、右豎杆並與左、右滑杆相接觸，旋杆和左、右滑杆的接觸面通過相互嚙合的齒相連。所述旋杆橫截面為齒輪狀，兩端固定旋鈕，旋杆穿過左、右豎杆並固定在左、右滑杆上，旋鈕轉動時，帶動旋杆上齒條做圓周運動，通過與左、右豎杆上滑槽上表面齒條的咬合力實現左、右滑杆的同速伸縮。所述夾角量角器上設有刻度，該刻度為在90度範圍被均勻劃分且精度為I度。所述第三垂直連杆的右端設有夾角觀測槽，該夾角觀測槽與夾角量角器上的刻度相對應。所述傾角量測器上沿其圓周設置兩半圓的傾角量測器刻槽，沿傾角量測器刻槽周邊設有刻度，所述夾持器橫杆上設有與傾角量測器刻槽相匹配的旋轉導向軸。所述刻度在傾角量測器上水平兩端設置為O度，豎直兩端設置為90度，之間精度為I度。所述夾持器包括左、右夾持器。本實用新型還提供了一種地下工程施工鑽孔產狀組合量測方法，其具體工藝步驟如下:1)根據鑽杆 與隧道或巷道側壁空間關係確定合適的量測位置，確定側壁與鑽杆距離d ；2)旋轉旋鈕裝置，左、右滑杆向外延伸，調整內框架外側邊距離側壁長度至d，即夾持器大致達到了連接鑽杆的位置；3)將橫杆外側邊緊貼側壁，若側壁凹凸不平，在橫杆與側壁間墊一木板，確保橫杆長邊方向與隧道或巷道軸向平行，初步調整橫杆，使氣泡處於管水準器中心，即橫杆呈水平狀態，且軸向與隧道或巷道軸向平行；通過鉸鏈轉動調整可伸縮懸臂的外框架，使左滑杆及右中圓水準器氣泡居中，使外框架處於與隧道或巷道中軸面相垂直的水平面內；鉸鏈的旋轉保證了裝置可適應於側壁弧度變化，滿足不同位置的量測需要；旋轉夾角量測器，使夾持器橫杆達到可連接鑽杆的位置；旋轉鑽杆夾持器使之與鑽杆平行，將夾持器固定在鑽杆上；4)微調旋鈕，保證可伸縮懸臂矩形框架長度精確滿足要求；微調鉸鏈，使左右滑杆、中圓水準器氣泡居中，使可伸縮懸臂處在平面嚴格水平；微調夾角量測器角度和鑽杆夾持器角度，使夾持器橫杆與鑽杆嚴格平行，分別旋緊第一旋緊螺栓及第二旋緊螺栓，固定夾角量測器及鑽杆夾持器位置；5)通過第二垂直連杆右端夾角觀測槽讀取數值，即為鑽孔與隧道或巷道軸向夾角；讀取旋轉導向軸指示刻度，即為鑽孔傾角。根據上述方法，若現場不具備直接讀取的條件，在4)步驟後鬆動旋鈕和夾持器，將量測裝置取下，再進行讀取數據。根據上述方法，根據隧道或巷道軸線方位角數據，計算鑽孔方位角，求取鑽孔產狀；方位角計算時，應遵循「左減右加」的原則，即鑽孔偏離在隧道或巷道軸線右側，則鑽孔方位角為軸線方位角與求取夾角之和；鑽孔偏離在軸線方位左側，則鑽孔方位角為軸線方位與求取夾角之差；最終結果應加上或減去360度，並落在(Γ360度區間內。本實用新型利用面面角求解的幾何原理，計算鑽孔軸線所在平面與隧道或巷道中軸面夾角，利用夾持器橫杆在鑽孔軸線所在平面內的旋轉計算鑽孔傾角，原理方法具有普遍適用性。本實用新型用於任意產狀鑽孔放線，或施工鑽孔的現場量測，方便快捷。本實用新型與掛線方位角測量法相比，通過刻度讀數、計算確定鑽孔方位角，操作過程簡單，可快捷完成多個不同方位鑽孔的測量和放線，而掛線法需要針對每個鑽孔分別實施控制測量，過程繁瑣，效率低。同時，本實用新型避免了掛線方位角測量法掛線過程中多次操作誤差累計的缺點，具有高精度的優點。本實用新型與羅盤方位角測量相比，不受現場條件及磁偏角的影響，適應能力強，精度高，尤其適應於羅盤無法正常使用的金屬礦山等環境。此外，本實用新型將鑽孔方位角測量與傾角測量實現完好融合，可一次性測量鑽孔方位角、傾角等產狀，具有精度高、適應能力強、快捷方便及組合性的特點，可滿足不同條件下鑽孔產狀的測量。

圖1施工鑽孔產狀組合量測裝置主體結構示意圖；圖2施工鑽孔產狀組合量測裝置A-A』線斷面圖；圖3施工鑽孔產狀組合量測裝置B-B』線斷面圖；圖4可伸縮懸臂矩形框架閉合及延伸圖；圖5夾角量測器及傾角量測器俯視圖；圖6傾角量測器刻度分布及量測示意圖；圖7旋杆與左滑杆/右滑杆接觸面示意圖；圖8夾角量測器工作狀態中的示意圖；圖9圓形傾角量測器工作狀態中的示意圖。其中，1.橫杆；2.管水準器；3.鉸鏈；4.第一垂直連杆；5-1.左豎杆,5-2.右滑杆，6-1.右豎杆，6-2.右滑杆，7.固定螺栓，8.圓水準器，9.旋鈕，10.旋杆，11.左垂直連杆刻槽，12.右垂直連杆刻槽，13.螺栓，14.第一旋緊螺栓，15.夾角觀測槽，16.夾角量測器，17.夾角量測器刻槽，18.圓形傾角量測器，19.傾角量測器刻槽，20.第二旋緊螺栓，21.夾持器橫杆，22.第一夾持器,23.第二夾持器,24.第二垂直連杆,25.旋轉導向軸,26.第三垂直連杆，27.鑽杆。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1-7所示，一種施工鑽孔產狀組合量測裝置，由側壁水平固定器、可伸縮懸臂、夾角量測裝置、鑽杆加持器及傾角量測裝置組成。所述的側壁水平固定器由橫杆I和鉸鏈3構成，其中心處設置管水準器2 ;所述可伸縮懸臂由外框架和內框架組成，所述外框架包括左豎杆5-1和右豎杆6-1，左豎杆5-1和右豎杆6-1的上下兩端分別通過第一垂直連杆4和第二垂直連杆24連接，左豎杆5-1和右豎杆6-1的內側均設有滑槽；所述內框架包括左滑杆5-2和右滑杆6-2,左、右滑杆5-2、6-2分別通過滑槽與左豎杆5-1和右豎杆6-1滑動連接，左、右滑杆5-2、6-2的下端通過第三垂直連杆26連接；所述旋鈕裝置包括旋鈕9和旋杆10 ;旋杆10穿過左、右豎杆5-1、6-1並與左、右滑杆5-2、6-2相接觸，旋杆10和左、右滑杆5-2、6-2的接觸面通過相互嚙合的齒相連。所述旋杆10兩端固定旋鈕9，穿過左、右豎杆5-1、6-1並固定在左、右滑杆5-2、6-2上，通過旋鈕轉動9時旋杆10上齒條與滑槽上表面齒條間的咬合力使左、右滑杆5-2、6-2同速伸縮。左豎杆5-1和右豎杆6-1的中心位置均設置圓水準器8，左豎杆5_1和右豎杆6_1通過螺栓7與第一垂直連杆4、第二垂直連杆24組成穩固矩形框架。左、右滑杆5-2、6-2通過旋鈕9和旋杆10沿左、右滑杆5-2、6-2內側的凹槽同速伸縮；所述夾角量測裝置包括1/4圓的夾角量測器16，90度範圍被均勻劃分且精度為I度。夾角量測器16的圓弧邊上設有夾角量測器刻槽17，夾角量測器16外側邊一端通過螺栓13與左滑杆5-2的下端連接，另一端通過第一旋緊螺栓14與右滑杆6-2的下端連接，且第一旋緊螺栓14位於夾角量測器刻槽17內，工作時夾角量角測器16以螺栓13為中心轉動，第一旋緊螺栓14在夾角量測器刻槽17內滑動，測量時，旋緊第一旋緊螺栓14以沿夾角量測器刻槽17固定夾角量測器16。所述第三垂直連杆26的右端設有夾角觀測槽15，該夾角觀測槽15與夾角量角器16上的刻度相對應，夾角觀測槽15內顯示刻度值即為鑽孔夾角值。所述傾角量測裝置包括傾角量測器18，傾角量測器18通過第二旋緊螺栓20垂直設置在夾角量測器16外側邊的中心處，且該夾角量測器16與內框架垂直。所述鑽杆夾持器包括第二橫杆21和用於固定鑽杆的夾持器，夾持器固定在第二橫杆21上，第二橫杆21通過第二旋緊螺栓20與夾角量測器16的外側邊連接，且夾持器橫杆21能夠繞第二旋緊螺栓20轉動。所述傾角量測器18上沿其圓周設置兩半圓的傾角量測器刻槽19，傾角量測器刻槽19周邊進行刻度劃分，即水平兩端設置為O度，豎直兩端設置為90度，之間精度為I度。第二橫杆21上焊接與傾角量測器刻槽19相匹配的旋轉導向軸25。所述夾角量測器、傾角量測器及鑽杆夾持器以第二旋緊螺栓20固定；所述鑽杆夾持器由橫杆21及第一夾持器22和第二夾持器23組成，第一夾持器22和第二夾持器23可根據鑽杆直徑大小進行調整。夾持器旋轉時，所述旋轉導向軸25在傾角量測器刻槽19內移動，旋轉導向軸25指向刻度即為鑽孔傾角值。為但於將內框架拉出和推進，在外框架第二垂直連杆24上設有與螺栓13相對應的左垂直連杆刻槽11，和與第一旋緊螺栓14相對應的右垂直連杆刻槽12。一種施工鑽孔產狀組合量測方法，其具體工藝步驟如下:I)假設隧道軸線方位角為N25° E，施工鑽孔開孔位置在隧道拱頂位置2)如圖8所示，根據鑽杆開孔點確定合適的量測位置，確定側壁與鑽杆距離d。2)旋轉旋鈕裝置9，左、右滑杆5-2、6_2向外延伸，調整矩形框架長度至d，即第一夾持器22、第二夾持器23大致達到了連接鑽杆的位置。3)將橫杆I外側邊緊貼側壁，初步調整橫杆，使氣泡處於管水準器3中心，即橫杆I呈水平狀態，且軸向與隧道軸向平行；通過鉸鏈3轉動調整可伸縮懸臂的矩形框架，使左豎杆5-1及右豎杆6-1中圓水準器8氣泡居中，使矩形框架處於與隧道中軸面相垂直的水平面內；旋轉夾角量測器16，使夾持器橫杆21達到可連接鑽杆的位置；旋轉鑽杆夾持器使之與鑽杆27平行，將第一夾持器22、第二夾持器23分別固定在鑽杆27上。4)微調旋鈕9，保證可伸縮懸臂矩形框架長度精確滿足要求；微調鉸鏈3，使左、右豎杆5-1、6-1中圓水準器8氣泡居中，使可伸縮懸臂處在平面嚴格水平；微調夾角量測器16角度和鑽杆夾持器角度，使夾持器橫杆21與鑽杆27嚴格平行，分別旋緊第一、第二旋緊螺栓14、20，固定夾角量測器及鑽杆夾持器位置。5)如圖9所示，垂直連杆24右端夾角觀測槽15對應刻度值為45度，旋轉導向軸25對應刻度值為30度，可確定鑽孔所在平面與隧道中軸面夾角為45度，鑽孔傾角為30度。6)鑽孔軸線偏向隧道軸線右側，根據「左減右加」原則，鑽孔方位角為α =25+45=70度，因此可確定鑽孔產狀為70° Z 30°。
權利要求1.一種地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:包括側壁水平固定器、可伸縮懸臂、夾角量測裝置、鑽杆夾持器及傾角量測裝置；所述側壁水平固定器包括橫杆(I)和鉸鏈(3 )，橫杆(I)上設置管水準器(2 );所述可伸縮懸臂包括內框架和外框架，外框架通過所述鉸鏈(3)與橫杆(I)連接，外框架上設置圓水準器(8)，外框架的兩側邊上設有凹槽，內框架通過旋鈕裝置沿凹槽與外框架滑動連接；所述夾角量測裝置包括1/4圓的夾角量測器(16)，夾角量測器(16)的圓弧邊上設有夾角量測器刻槽(17)，夾角量測器(16)外側邊一端通過螺栓(13)與內框架連接，另一端通過第一旋緊螺栓(14)與內框架連接，且第一旋緊螺栓(14)位於夾角量測器刻槽(17)內，工作時夾角量角測器(16)以螺栓(13)為中心轉動，第一旋緊螺栓(14)在夾角量測器刻槽(17)內滑動；所述傾角量測裝置包括傾角量測器(18)，傾角量測器(18)通過第二旋緊螺栓(20)垂直設置在夾角量測器(16)外側邊的中心處；所述鑽杆夾持器包括第二橫杆(21)和用於固定鑽杆的夾持器，夾持器固定在第二橫杆(21)上，第二橫杆(21)通過第二旋緊螺栓(20)與夾角量測器(16)的外側邊連接，且夾持器橫杆(21)能夠繞第二旋緊螺栓(20)轉動。
2.根據權利要求1所述的地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:所述外框架包括左豎杆(5-1)和右豎杆(6-1 )，左豎杆(5-1)和右豎杆(6-1)的上下兩端分別通過第一垂直連杆(4)和第二垂直連杆(24)連接，左豎杆(5-1)和右豎杆(6-1)的內側均設有滑槽；所述內框架包括左滑杆(5-2)和右滑杆(6-2)，左、右滑杆(5-2、6-2)分別通過滑槽與左豎杆(5-1)和右豎杆(6-1)滑動連接，左、右滑杆(5-2、6-2)的下端通過第三垂直連杆(26)連接；所述旋鈕裝置包括旋鈕(9)和旋杆(10);旋杆(10)穿過左、右豎杆(5-1、6-1)並與左、右滑杆(5-2、6-2)相接觸，旋杆(10)和左、右滑杆(5-2、6-2)的接觸面通過相互嚙合的齒相連。
3.根據權利要求2所述的地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:所述夾角量角器(16)上設有刻度，該刻度為在90度範圍被均勻劃分且精度為I度。
4.根據權利要求3所述的地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:所述第三垂直連杆(26)的右端設有夾角觀測槽(15)，該夾角觀測槽(15)與夾角量角器(16)上的刻度相對應。
5.根據權利要求1所述的地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:所述傾角量測器(18)上沿其圓周設置兩半圓的傾角量測器刻槽(19)，沿傾角量測器刻槽(19)周邊設有刻度，所述夾持器橫杆(21)上設有與傾角量測器刻槽(19)相匹配的旋轉導向軸(25)。
6.根據權利要求5所述的地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:所述刻度在傾角量測器(18)上水平兩端設置為O度，豎直兩端設置為90度，之間精度為I度。
7.根據權利要求1所述的地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，其特徵在於:所述夾持器包括左、右夾持器(22、23)。
專利摘要本實用新型涉及一種地下工程施工鑽孔產狀組合量測裝置，包括側壁水平固定器、可伸縮懸臂、鑽杆加持器、夾角量測器及傾角量測器。本實用新型還提供了地下工程施工鑽孔產狀組合量測方法。本實用新型研究了鑽孔施工過程中其產狀的量測裝置，可以快速、準確量測鑽孔軸線所在平面與隧道或巷道中軸面之間夾角及鑽孔傾角，根據已知的隧道或巷道走向確定地下工程中施工鑽孔的產狀，即方位角及傾角。本實用新型操作簡單、快捷、測量結果精度高，避免了鑽孔產狀量測過程中多次放線帶來的累計誤差，並極大提高了工作效率。
文檔編號E21B47/022GK203035190SQ20122065531
公開日2013年7月3日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者張慶松, 張偉傑, 韓偉偉, 惠冰, 張連震, 王德明 申請人:山東大學