本发明涉及一种多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法，属于岩石结构面开采技术领域。
背景技术：
原岩结构面抗剪强度的研究，离不开野外原岩结构面的大量开采。目前国内没有能简单快捷在野外直接进行原岩结构面开采的装置，因为在野外进行原岩结构面获取的工艺复杂，开采成本较高。因此，在野外进行原岩结构面开采的问题急需解决，原岩结构面野外开采也成为了科研工作者的首要任务。
目前，国内原岩开采主要有两种形式。
一种是在野外获取大块岩石，并运回实验室进行切割或岩心钻取获得试样。
如中国专利cn202344694u适用于shpb实验的岩石试件钻取切割机，该装置是主要由电机，支架，岩石切割装置和底座组成的一种岩石试件钻取切割机。但该装置存在一些不足，例如只能在室内进行切割，即需要在野外获取岩石试块，并搬运到实验室内，因此在运输过程中容易造成岩石结构面的破坏；且该装置只能获取圆形试样用来做单轴试验，并不能解决岩石结构面直剪试验所需。
另一种是在野外切割大块岩石，并进行现场二次切割获得试样。
如中国专利cn204128849u一种野外勘探岩石切割取样装置，提供了一种主要由主支撑和动力切割装置组成的在野外勘探时使用的岩石取样装置，但该装置存在一定的局限性，例如只能对大小块可移动岩石进行切割，岩石切割尺寸受到限制，同时不能直接切割而是通过将岩石块搬运到岩石板上进行切割，并且切割尺寸精度难以保证。
技术实现要素：
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法。
为实现上述目标，本发明提供了如下技术方案:
一种多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法，包括步骤：
在岩体上平稳架设多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置，该智能装置包括切割动力系统，所述切割动力系统包括岩石切割链锯、岩石切割轴和岩石切割片；
启动所述切割动力系统，首先，所述岩石切割链锯对zy2面沿z轴负向切割，所述岩石切割轴对xz1面沿z轴负向切割，所述岩石切割片对zy1面沿z轴负向切割；
然后，所述岩石切割链锯对zy2面沿y轴负向切割，所述岩石切割轴对xy1面沿y轴负向切割，所述岩石切割片对zy1面沿y轴负向切割；
最后，所述岩石切割轴对xz2面沿z轴正向切割，所述岩石切割链锯对zy2面沿z轴正方向切割，所述岩石切割片对zy1面沿z轴正方向切割。
优选的，在岩体上平稳架设多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置之前还包括步骤，
选择岩体结构工作面。
优选的，所述多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置还包括轨道系统；
所述多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置通过所述轨道系统平稳架设在所述岩体上。
优选的，所述多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置还包括控制系统；
在启动所述切割动力系统之前还包括步骤，
通过所述控制系统设定岩体的切割尺寸。
本发明采用的以上技术方案，与现有技术相比，作为举例而非限定，具有以下的优点和积极效果：本发明提供一种多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法，该方法具有多工作面切割、切割高效、切割精准、切割范围广、切割过程自动化等优点。
附图说明
图1是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的三维图。
图2是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的支撑云台三维图。
图3是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的支撑云台正视图。
图4是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的支撑云台左视图。
图5是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的前视图。
图6是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的左视图。
图7是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的俯视图。
图8是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的内部工作原理图。
图9是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的岩石切割链锯的三维图。
图10本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的岩石切割轴的三维图。
图11是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的岩石切割片的正视图。
图12是本发明提供的多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置的控制系统的剖面图。
图13是本发明提供的切割过程准备下切割阶段图。
图14是本发明提供的切割过程向下切割阶段，切割过程向前切进准备阶段的左视图。
图15是本发明提供的切割过程向前切进阶段，切割过程向上切出准备阶段的左视图。
图16是本发明提供的切割过程向前切进阶段，切割过程向上切出准备阶段的俯视图。
图17是本发明提供的切割完成试样取出阶段图。
附图标记说明：
轨道系统1，轨道101、支撑云台102、轨道云台103、轨道云台抱紧阀104、云台升降阀105、岩石云台106、岩石云台抱紧阀107、升降调节器108、岩石云台滚动球109、轨道云台滚动球110、支撑轴111；
机箱系统2，固定板201、蓄电池202、车轮电机203、车轮轴204、车轮205、升降电机206、机箱架207；
切割动力系统3、升降架301、主电机302、岩石切割链锯303、链锯齿3031、链锯板3032、链锯连接孔3033、链锯板孔3034、岩石切割轴304、切割轴齿槽3041、切割轴齿3042、切割轴中心轴3043、岩石切割片305、锯片切割齿3051、锯片连接板3052、锯片小孔3053、锯片连接板空3054、锯片连接孔3055；
操控系统4，按钮u401、按钮d402、按钮l403、按钮r404、按钮i/o405、led显示器406、气泡407、前进后退系统408、升降系统409、工作系统410、控制箱411；
齿轮系统5，第一动力齿轮501、第二动力齿轮502、第一传动链条503、第二传动链条504、第一传动齿轮505、第二传动齿轮506、第三传动齿轮507、第四传动齿轮508；
岩体601、岩体结构工作面602，试样603。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。
需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本发明各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本发明提供一种多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置，以及利用该智能装置实现的多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法。
如图1至图17所示，本发明提供一种多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置。该智能装置包括如下部分：轨道系统1、机箱系统2、切割动力系统3、控制系统4、齿轮系统5；其中，齿轮系统5内置于该智能装置中。
进一步，轨道系统1包括轨道101和支撑云台102。
其中，轨道101设置在支撑云台102上，而支撑云台102用于固定在岩体601上，且支撑云台102的数量可以根据轨道101长度来设定，以有效保证轨道101的承载力。
如图2至图4所示，支撑云台102中又包括有轨道云台103、轨道云台抱紧阀104、云台升降阀105、岩石云台106、岩石云台抱紧阀107、升降调节器108、岩石云台滚动球109、轨道云台滚动球110和支撑轴111。
其中，岩石云台106与岩石云台滚动球109焊接，岩石云台滚动球109内嵌在支撑轴111内，且岩石云台滚动球109上涂有润滑油，以保证岩石云台106可以转动。当岩石云台106放在岩体601上，并且岩石云台106与岩体601平稳接触时，拧紧岩石云台抱紧阀107，使岩石云台滚动球109固定，从而固定岩石云台106。
轨道云台103与轨道云台滚动球110焊接，轨道云台滚动球110内嵌在支撑轴111内，且轨道云台滚动球110上涂有润滑油，以保证轨道云台103可以转动，并平稳拖住轨道101。当轨道云台103与轨道101平稳接触时，拧紧轨道云台抱紧阀104，使轨道云台滚动球110固定，从而固定轨道云台103。
当岩石云台106、轨道云台103都固定完成后，再根据岩体601表面高低平稳度，用升降调节器108(作为举例而非限定，所述升降调节器108可以是六角扳手)调节云台升降阀105的高度，以使轨道101可以水平放置；例如用升降调节器108顺时针调节云台升降阀105使其升高，逆时针调节云台升降阀105使其下降。
进一步，轨道101的材质为高锰钢，其优点是可以保证轨道101的韧性高；同时轨道101的上部还与机箱系统2中的车轮205相接触，在优选的实施方式中，轨道101与车轮205相接触的那一表面层，还可以加入金属铟，从而使轨道101的上部在保证硬度的情况下，更具有一些韧性。支持云台102中的支撑轴111的材质为碳素纤维，优点是可以减轻云台的重量。轨道云台103和岩石云台106采用铝合金，优点是在质量轻盈的条件下，同时保证其强度和刚度，使其可以更好的与轨道101和岩体601的表面接触。岩石云台抱紧阀107和轨道云台抱紧阀104采用低碳合金钢，优点是在拧紧云台抱紧阀过程中，不会对碳素纤维材质的支撑轴111造成破坏。支撑轴111与轨道云台103和岩石云台106的接触处采用钢珠，并在钢珠上涂油润滑油，以保证轨道云台103和岩石云台106可以全方位转动。
轨道101和支撑云台102的工作原理如下：首先支撑云台102固定在岩体601上，并根据轨道101长度布置支撑云台102数量，以保证轨道101的承载力；布置完支撑云台102后，将轨道101放置支撑云台102上；其中，支撑云台102主要用于支撑轨道101，并保证轨道101的水平放置。轨道101和支撑云台102主要在起伏不平的岩体601上铺设，以保证所述智能装置能够平稳行走，从而保证水平切割的平整度。
以下联合介绍机箱系统2、齿轮系统5和切割动力系统3。
如图5至图8所示，机箱系统2包括固定板201、蓄电池202、车轮电机203、车轮轴204、车轮205、升降电机206、机箱架207；齿轮系统5包括第一动力齿轮501、第二动力齿轮502、第一传动链条503、第二传动链条504、第一传动齿轮505、第二传动齿轮506、第三传动齿轮507、第四传动齿轮508。
其中，蓄电池202固定在机箱架207上，并通过导线与固定在机箱架207下底板上的车轮电机203连接，，以使蓄电池202可以为车轮电机203提供电能。当车轮电机203转动时，带动第一动力齿轮501转动，第一动力齿轮501带动第一传动齿轮505转动，第一传动齿轮505带动车轮轴204转动，车轮轴204带动车轮205转动，第一传动齿轮505通过第一传动链条503带动另一侧车轮转动。该部分主要实现所述智能装置的四驱驱动，以保证该智能装置可以在轨道101上行走。
进一步，机箱架207中的升降电机206用固定板201固定在机箱架207上，蓄电池202通过导线连接升降电机206并为其提供电能。升降电机206可以带动第二动力齿轮502转动，第二动力齿轮502带动第二传动齿轮506转动，第二传动齿轮506带动第三传动齿轮507转动，第三传动齿轮507通过第二传动链条504带动第四传动齿轮508转动，其中第三传动齿轮507和第四传动齿轮508共同咬合切割动力系统3中的升降架301，该升降架301与切割动力系统3中的主电机302焊接连接在一起。该部分主要实现切割动力系统3的上下升降过程。
进一步，机箱架207的材质为铁外围刷一层防锈漆；第一动力齿轮501、第二动力齿轮502、第一传动链条503、第二传动链条504、第一传动齿轮505、第二传动齿轮506、第三传动齿轮507、第四传动齿轮508的材质主要是铸钢，因为其具有较好的综合性能，且齿面具有较高强度和硬度，齿芯具有较好韧性。
仍如图5至图8所示，切割动力系统3包括升降架301、主电机302、岩石切割链锯303、岩石切割轴304和岩石切割片305。
进一步，如图9至图11所示，岩石切割链锯303包括链锯齿3031、链锯板3032、链锯连接孔3033、链锯板孔3034；岩石切割轴304包括切割轴齿槽3041、切割轴齿3042、切割轴中心轴3043；岩石切割片305包括锯片切割齿3051、锯片连接板3052、锯片小孔3053、锯片连接板孔3054、锯片连接孔3055。
在切割动力系统3中，主电机302通过导线连接蓄电池202，并通过蓄电池202为其提供电能；岩石切割链锯303和岩石切割片305之间平行设置，并分别固定连接在岩石切割轴304的两端；进一步，主电机302连接岩石切割链锯303，并带动岩石切割链锯303转动，岩石切割链锯303连接岩石切割轴304，并带动岩石切割轴304转动，岩石切割轴304连接岩石切割片305，并带动岩石切割片305转动。通过该过程可以实现岩石切割链锯303、岩石切割轴304、岩石切割片305的共同转动，实现三个工作面同时切割。
其中，岩石切割链锯303和岩石切割片305平行，且以岩体601为水平面垂直于岩体601进行切割，实现岩体601垂向双工作面切割；而岩石切割轴304平行于岩体601水平面进行底部水平切割。由此，该过程实现了对岩体601的两个垂向工作面和一个底部工作面的同时切割。
在优选的实施方式中，岩石切割片305为该智能装置专用岩石切割片305，因为传统切割片工作效率低，容易摩擦产生大量热量致使切割片损耗严重。其中，该岩石切割片305中的锯片切割齿3051采用三菱柱金刚石切割齿，其中切割齿分布在桁架铁片两端，可以有效增加切割齿的数量。进一步，该岩石切割片305以三角头进行切割，锯片切割齿3051的厚度比岩石切割片305本身宽，以保证切割过程与岩体601接触的仅为锯片切割齿3051，而岩石切割片305本身不与岩体601接触，从而保证不必要的片身摩擦阻力，和片身产生的不必要的热量。
在优选的实施方式中，岩石切割片305本身采用铁片链接成的桁架片身，大大节省切割片材质，同时符合受力要求，其中岩石切割片305片身采用高碳钢gcr15，锯片切割齿3051采用金刚石。岩石切割片305采用高碳钢gcr15优点是滚动接触疲劳强度大，材质纯洁度高，通过热处理还可以得到高的均匀的硬度，高的耐磨性，以及较好的耐腐蚀性和化学稳定性。
其中，所述岩石切割轴304沿轴线方向，每排由三角的切割轴齿3042排满一圈，每排切割轴齿3042沿切割轴轴线方向交错排开覆盖整个切割轴，形成整个切割轴切割齿；同时岩石切割轴304有足够的切割齿，可以保证切割效率。进一步，切割轴齿3042与齿之间设有切割轴齿槽3041，使其在切割过程中产生的岩石粉灰从中带出。在优选的实施方式中，岩石切割轴304的轴承部分采用高碳钢gcr15，切割轴齿3042采用金刚石。
在本发明中，岩石切割链锯303、岩石切割轴304、岩石切割片305的刀头部分(链锯齿3031、切割轴齿3042和锯片切割齿3051)都采用金刚石，其优点是强度高，耐高温，化学性能稳定。
如图12所示，控制系统4包括按钮u401、按钮d402、按钮l403、按钮r404、按钮i/o405、led显示器406、气泡407、行进系统408、升降系统409、切割系统410、控制箱411。
其中，控制箱411中按钮u401、按钮d402连接升降系统409、蓄电池202和升降电机206，从而实现按钮u401、按钮d402通过升降系统409调节升降距离，并显示在led显示器406中，实现升降过程全自动化。按钮l左403、按钮r右404连接前进后退系统408、蓄电池202和车轮电机203，实现按钮l左403、按钮r右404通过前进后退系统408调节前进后退距离，并显示在led406显示中，实现前进后退过程全自动化。按钮i/o开/关405连接工作系统410、前进后退系统410、升降系统409、蓄电池202、切割系统3中主电机302。气泡407测量该智能装置的水平度，进一步通过轨道系统1中的升降调节器108调节云台升降阀105，来控制支撑云台102实现水平调节过程。由此可知，整个控制系统4主要实现岩石切割过程的精准性和全自动化。
本发明提供的多工作面快速智能切割野外原岩结构面的方法包括下述步骤：
s1，在岩体601上平稳架设多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置；
其中，多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置通过轨道系统1平稳架设在岩体601上；
s2，启动切割动力系统3，岩石切割链锯303对zy2面沿z轴负向切割，岩石切割轴304对xz1面沿z轴负向切割，岩石切割片305对zy1面沿z轴负向切割；
在启动切割动力系统3之前，还需通过控制系统4设定岩体601的切割尺寸；
s3，岩石切割链锯303对zy2面沿y轴负向切割，岩石切割轴304对xy1面沿y轴负向切割，岩石切割片305对zy1面沿y轴负向切割；
s4，岩石切割轴304对xz2面沿z轴正向切割，岩石切割链锯303对zy2面沿z轴正方向切割，岩石切割片305对zy1面沿z轴正方向切割。
具体的，在岩体601上平稳架设多工作面快速切割野外原岩结构面的智能装置之前，还需要在岩体601上确定岩体结构工作面602，且所述岩体结构工作面602的表面起伏不易过大。选择好岩体结构工作面602之后，在所述岩体601上铺设轨道系统1，且所述轨道系统1要平稳地铺设在岩体601上，从而保证机箱系统2在轨道系统1上的平稳搭载，进而确保机箱系统能在轨道系统1上平稳行进。搭载好机箱系统2之后，通过控制系统4设定原岩的切割尺寸。最后启动切割动力系统3对岩体601进行三个工作面的同时切割。在切割过程中，首先进行垂向向下切割，然后进行水平切割，最后进行垂向向上切割。切割结束后，提取试样603，以完成对岩体601的开采。
进一步，在选择岩体结构工作面602的过程中，应满足如下要求：岩体表面的起伏不易过大，以免造成轨道系统1铺设的困难，同时岩体表面范围要满足轨道系统1的铺设以及后续工作的开展，以提高开采效率。
本发明的工作原理如下：
预先找到需要开采的岩体601的岩体结构工作面602，在岩体601上铺设轨道系统1，并通过支撑云台102支撑轨道101实现在起伏不平的岩体601上保证轨道101平稳。然后将整个机箱系统2、切割动力系统3架在轨道101上，并通过气泡407来观察整个智能装置的平稳度，如有不平，则通过升降调节器108调节支撑云台102直到整个智能装置水平。
如图13至图17所示，当整个智能装置水平时，根据所要开采岩体601尺寸，通过控制系统4来预设上升下降距离和前进后退距离。预设完成后按下按钮i/o(开/关)实现主电机302转动，先进行升降系统切割过程，当达到预设升降距离，再进行前进后退系统切割过程，当达到前进后退预设距离，再通过升降系统切割回到原始状态。
即当切割动力系统3启动时，岩石切割链锯303、岩石切割轴304和岩石切割片305同时工作；先是岩石切割链锯303对zy2面沿z轴负向切割，岩石切割轴304对xz1沿z轴负向切割，岩石切割片305对zy1面沿z轴负向切割；然后岩石切割链锯303对zy2面沿y轴负向切割，岩石切割轴304对xy1沿y轴负向切割，岩石切割片305对zy1面沿y轴负向切割；最后岩石切割轴304对xz2沿z轴正向切割，岩石切割链锯303和岩石切割片305沿z轴正方向切割，即完成整个切割过程。
该切割过程通过升降系统409下降过程，实现切割动力系统3的垂直向下切割，即实现zy1、zy2、xz1三个面同时切割，当垂直切割完成后，通过行进系统408，实现切割动力系统3的水平切割，即实现xy2、zy1、zy2三个工作面同时切割，当水平切割完成，再通过升降系统409上升过程，实现切割动力系统3的垂直向上切割，即实现xz2、zy1、zy2工作面的切割，如图17所示，达到整个切割工作过程全自动化。
本发明与现有技术相比，作为举例而非限定，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明在原理上实现三个面工作同时进行切割。所述智能装置可以通过升降系统、前进后退系统、切割动力系统实现岩石切割链锯、岩石切割轴、岩石切割片同时进行垂直切割和水平切割；能一次性从岩体上直接对原岩取样。
(2)本发明在技术上实现原岩开采过程全自动化。通过控制系统自行设定升降距离和前进后退距离来控制切割试块的尺寸，当设定完成后启动装置便可自行切割，实现整个切割过程自动化。
(3)本发明切割效率高。所述智能装置采用自行设计的岩石切割轴、岩岩石切割链、岩石切割片进行切割，大大提高了切割效率。
(4)本发明操作简单。所述智能装置只需按开采尺寸要求进行设定，便可进行全自动切割，无需人力推动，同时还能保证进行大范围的岩石切割。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。