钻机作业自动监管方法与流程

本发明专利涉及钻机作业监管的技术领域，具体而言，涉及钻机作业自动监管方法。

背景技术：

地质钻探(geologicaldrilling,geo-drilling)是勘察工作中的一项重要技术手段。作业过程中，利用钻机从地表向下钻进，在地层中形成圆柱形的钻孔，作业人员可从钻孔中采取连续岩土心样按进尺进行摆放，并从中选取不同深度处的岩心、土样进行室内分析试验，以鉴别和划分地层，测定岩土样的物理、力学性质和指标，提供设计所需岩土力学参数建议值。

一直以来，地质钻探的监管模式多是基于对钻机的监管，根据钻机数量配备一定数量的钻机监管员，由钻机监管员对钻探全过程进行监管，随着经济与科技的发展，认为监管钻机暴露出的问题越来越多，主要有：

1)、与目前国家倡导的“现场作业自动化、数据采集电子化、质量管控信息化、数据处理智能化”的大趋势不符，严重阻碍勘察工作全过程自动化、信息化进程；

2)、人力成本越来越高，而地质钻探的收费标准已经基本固定，这就迫使勘察单位不得不降低人力成本，减少钻机监管员的数量，使得地质钻探作业监管力度越来越小；

3)、钻机监管员素质良莠不齐，存在监管不及时、监管不到位甚至监管缺位等现象，作业不规范、钻探进尺不够/超进尺等问题时有发生，更严重的是钻机监管人员和钻机操作人员沆瀣一气、联合弄虚作假，屡禁不止，且作假手段越来越高明，难以发现；

4)、当甲方对勘察单位地质钻探作业的真实性存在质疑时，勘察单位的举证力度不够；

5)、钻机操作人员对钻探进尺的判读多靠“心算钻杆长度+目测钻具立轴刻度尺”，误差较大，甚至出现计算错误；

6)、钻机操作人员和钻探记录员进行岩土层划分的重要依据之一是钻进难易程度(钻进速率)的变化界线，这种变化界线的确定需要及时、准确测量钻进速率出现明显变化时的钻探进尺深度。目前，一方面钻探操作员对这种变化界线的时间判断主要靠感觉，易造成判断相对滞后；另一方面钻探进尺深度也常常采用目测来估算，直接导致钻探深度判断粗糙，最终使得岩土层界线划分准确性差；

7)、地质编录人员对地层进行二次划分时，尤其是岩芯采取率较低或岩芯样品摆放不规范时，也要参照钻进难易程度变化界线，但是往往编录人员与钻机操作人员缺少沟通或沟通不畅，导致岩土层划分的依据更多的是依照钻机操作人员人工臆测摆放的拉伸/压缩后的土样颜色/包含物的变化、手感等特征，对钻进过程难易程度变化缺乏全面的了解，上述种种因素进一步扩大了岩土层划分的误差，甚至出现漏划地层的情况发生，譬如一些小的土洞、溶洞、软弱夹层等；

8)、项目技术人员、管理人员对地质钻探外业进度了解不及时，信息相对滞后，对项目管理不利。譬如：钻机操作人员擅自改变钻探位置，未在指定位置钻探；钻探进尺不够，钻机操作人员擅自提前终孔等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供钻机作业自动监管方法，旨在解决现有技术中，采用人为方式对钻机作业进行监管的问题。

本发明是这样实现的，钻机作业自动监管方法，包括以下步骤：

1)、钻机通过传动结构驱动钻杆在地层中钻孔，所述传动结构具有由电机驱动转动的传动轴，所述钻机中具有油管；在施工现场安装油压监测仪、转速监测仪以及进尺监测仪，所述油压监测仪监测所述钻机油管的油压，所述转速监测仪监测所述传动轴的转速，所述进尺监测仪监测所述钻杆的钻探进尺；

2)、在施工现场连接数据盒，所述数据盒内设置有数据处理器、无线传输器、gps定位器、电池以及网络天线，所述数据处理器分别与油压监测仪、转速监测仪以及进尺监测仪连接，接收并记录油压监测仪、转速监测仪以及进尺监测仪反馈的数据；所述gps定位器对孔位进行定位；所述数据处理器通过无线传输器及网络天线与服务器进行无线或有线通讯。

进一步的，在所述步骤2)中，新建钻孔，所述gps定位器定位发回坐标给服务器，所述服务器对所述gps定位器定位发回的坐标结合设计钻孔布置图进行运算得出钻孔编号。

进一步的，所述油压监测仪具有油管连接头，所述油管连接头中设有插孔，在所述步骤1)中，所述油管插入在所述油管连接头的插孔中；所述插孔的内侧壁凸设有多圈环形卡壁，所述环形卡壁环绕所述插孔的圆周方向布置，多圈所述环形卡壁沿着所述油管连接头的轴向间隔布置，沿着所述油管的插入方向，所述环形卡壁朝向所述插孔内部倾斜布置，且在所述环形卡壁的末端形成有卡合台阶，所述卡合台阶卡合在所述油管的外侧壁。

进一步的，相邻的所述环形卡壁之间具有弹性环，所述油管连接头的外侧壁缠绕有多个紧固圈，所述紧固圈与所述弹性环重合对齐布置。

进一步的，所述传动结构具有朝外水平布置的安装板，所述转速监测仪竖立状布置在所述安装板上，所述转速监测仪具有监测头，所述检测有位于所述转动轴的外侧，且处于所述传动轴的上方，朝向所述传动轴布置；所述传动轴的顶部设有竖立状的标杆，所述标杆偏离所述传动轴的转动中心布置，所述标杆与所述监测头之间的最近距离大于1cm且小于3cm，所述标杆与所述监测头之间的最远距离大于3cm。

进一步的，所述转速监测仪的下部朝下延伸有插杆，所述安装板设置有上端开口的插孔，所述插杆的外侧壁设有两个间隔布置的导向槽条，所述导向槽条沿着所述插杆的轴向延伸布置，且贯穿所述插管的底部；所述插孔的内侧壁凸设有两个间隔布置的弹性条，所述弹性条沿着所述插孔的轴向延伸布置；在所述步骤1)中，所述插杆插入在所述插孔中，且所述弹性条嵌入在所述导向槽条中。

进一步的，所述弹性条的外端呈弯曲状，且两个所述弹性条的外端呈相背离弯曲。

进一步的，所述数据盒包括盒体，所述盒体内具有容腔，所述容腔的底部设有架空板，所述架空板与所述容腔的底部之间具有间隙，所述架空板中设有多个通孔；所述数据处理器、无线传输器、gps定位器固定在所述架空板上。

进一步的，所述进尺监测仪包括激光测距器，所述激光测距器安装在所述安装板上，所述激光测距器具有朝下布置的激光发射头；在所述步骤2)中，随着所述钻机的钻进，所述激光测距器监测记录下落的数据，并通过所述数据处理器传输至所述服务器。

进一步的，所述进尺监测仪包括绳测计算器，所述绳测计算器内设有自动收卷在绳测计算器内的拉绳，所述拉绳的下端收卷在所述绳测计算器内，所述拉绳的上端固定连接在所述安装板上；在所述步骤2)中，随着所述钻机的钻进，所述绳测计算器监测记录拉绳下落的数据，并通过所述数据处理器传输至所述服务器。

与现有技术相比，本发明提供的钻机作业自动监管方法，具有以下优点：

1)、有助于实现国家倡导的“标准化、规范化、流程化”目标及“勘察质量信息化的全过程监管”，有助于推动勘察工作全过程自动化、信息化、公开化的进程，切实提升勘察成果质量，进而促进行业的健康可持续发展；

2)、通过对钻机的油管的油压、传动轴转速、钻杆的钻探进尺的同步监测，数据处理器实现数据采集，通过gps定位器的定位和无线传输，数据处理器采集的数据实时传回服务器，保证了地质钻探作业的真实性，为实现“政府监管、企业实施、社会监督、行业评价”提供技术支撑；

3)、地质钻探作业全过程中，数据实时传送回服务器存档，留有不可更改的原始数据，提高了勘察单位对钻探作业真实性的举证能力；

4)、采用进尺监测仪，减少了人工读取进尺带来的误差，大大提高了进尺测量的精确度，保障了钻机钻进过程规范操作，遏制了钻探进尺造假、钻探进尺不够、超钻探进尺作业等行为的发生；

5)、服务器可以根据油压、转速、钻探进尺数据，自动绘制钻进过程曲线，通过对曲线变化分析，结合现场编录情况，对岩土层界线进行划分，使得岩土层界线划分更加科学、准确，有助于对岩土体物理力学性质特征进行更加深入、全面的分析；

6)、监测数据实时传送至服务器，技术人员和管理人员在室内就可以实时调取数据进行分析，对钻探进度了解更及时，便于勘察单位对外业过程、外业进度进行全过程监管。

附图说明

图1是本发明提供的钻机作业自动监管方法的连接示意图；

图2是本发明提供的钻机作业自动监管方法的现场施工示意图；

图3是本发明提供的油压监测仪与油管的连接示意图；

图4是本发明提供的转速监测仪与传动轴的布置示意图；

图5是本发明提供的数据盒的俯视示意图；

图6是本发明提供的钻机作业自动监管方法的一种现场施工示意图；

图7是本发明提供的钻机作业自动监管方法的另一种现场施工示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-7所示，为本发明提供的较佳实施例。

本实施例提供的钻机作业自动监管方法，运用在地质钻探作业中，当然，其也可以运用在任何需要对钻机200作业进行监管的施工现场中。

钻机作业自动监管方法，包括以下步骤：

1)、钻机200通过传动结构203驱动钻杆201在地层中钻孔，传动结构203具有由电机驱动转动的传动轴202，钻机200中具有油管302；在施工现场安装油压监测仪300、转速监测仪400以及进尺监测仪，油压监测仪300用于监测钻机200油管302的油压，转速监测仪400用于监测传动轴202的转速，进尺监测仪用于监测钻杆201的钻探进尺；

2)、在施工现场连接数据盒101，该数据盒101内设置有数据处理器1015、无线传输器1014、gps定位器1013、电池以及网络天线1016，其中，数据处理器1015分别与油压监测仪300、转速监测仪400以及进尺监测仪连接，用于接收并记录油压监测仪300、转速监测仪400以及进尺监测仪反馈的数据；gps定位器1013起到定位作用，对需要进行钻孔的孔位进行定位；数据处理器1015通过无线传输器1014及网络天线1016与服务器100进行无线或有线通讯，这样，服务器100可以实时获知钻机200的作业情况。

上述提供的钻机作业自动监管方法，具有以下优点：

1)、有助于实现国家倡导的“标准化、规范化、流程化”目标及“勘察质量信息化的全过程监管”，有助于推动勘察工作全过程自动化、信息化、公开化的进程，切实提升勘察成果质量，进而促进行业的健康可持续发展；

2)、通过对钻机200的油管302的油压、传动轴202转速、钻杆201的钻探进尺的同步监测，数据处理器1015实现数据采集，通过gps定位器1013的定位和无线传输，数据处理器1015采集的数据实时传回服务器100，保证了地质钻探作业的真实性，为实现“政府监管、企业实施、社会监督、行业评价”提供技术支撑；

3)、地质钻探作业全过程中，数据实时传送回服务器100存档，留有不可更改的原始数据，提高了勘察单位对钻探作业真实性的举证能力；

4)、采用进尺监测仪，减少了人工读取进尺带来的误差，大大提高了进尺测量的精确度，保障了钻机200钻进过程规范操作，遏制了钻探进尺造假、钻探进尺不够、超钻探进尺作业等行为的发生；

5)、服务器100可以根据油压、转速、钻探进尺数据，自动绘制钻进过程曲线，通过对曲线变化分析，结合现场编录情况，对岩土层界线进行划分，使得岩土层界线划分更加科学、准确，有助于对岩土体物理力学性质特征进行更加深入、全面的分析；

6)、监测数据实时传送至服务器100，技术人员和管理人员在室内就可以实时调取数据进行分析，对钻探进度了解更及时，便于勘察单位对外业过程、外业进度进行全过程监管。

在实际施工中，可以新建钻孔，gps定位器1013定位发回坐标给服务器100，服务器100对现场gps定位器1013定位发回的坐标结合设计钻孔布置图进行运算得出钻孔编号，也可以手动输入钻孔编号。

钻机200在开始钻探前，输入起始钻探进尺，主要针对存在有人工挖探管线进尺的情况设计，若无此操作，则输入钻探进尺为“0”；

可以通过数据处理器1015直接进行“清零”处理，告知服务器100开始新的地质钻探作业，如果是接续上次中断作业，则按“继续作业”处理。

开始钻探作业后，若需临时关机中断作业，则在关停钻机200后按“中断作业”操作；钻探作业结束后，按“结束作业”处理，关闭数据盒101电源。

本实施例中，数据盒101包括盒体，盒体内具有容腔1011，上述的数据处理器1015、无线传输器1014、gps定位器1013、电池以及网络天线1016均布置在容腔1011内，盒体上设置有盒盖，可以通过合上盒盖，使得数据盒101处于封闭状态，也可以通过打开盒盖，便于对盒体内部的元件等进行维修或更换。

在盒体的侧壁上形成有数据口1012，该数据口1012与数据处理器1015连接，外部的设备等可以直接通过数据线连接数据口1012，实现与数据处理器1015之间进行数据传输等。

在盒体的侧壁上设置有活动盖，该活动盖的外侧凸出有凸块，凸块与盒体的侧壁通过传动轴202铰接，且在该传动轴202上连接有扭簧。

活动盖用于封盖数据口1012，且当需要打开数据口1012时，则可以将活动盖相对于传动轴202转动，将数据口1012打开，且当外力撤除后，在扭簧的作用下，活动盖则会自动复位封盖数据口1012。

数据盒101的盒体的侧壁上设置有多色指示灯，多色指示灯根据实际施工情况，会对应亮起不同颜色。

在盒体的侧壁上形成有多个朝外凸出的筋条，且相邻的筋条之间形成有凹陷区域，上述的数据口1012则布置在凹陷区域中，且上述的多色指示灯也布置在凹陷区域中。

另外，多色指示灯以及数据口1012整个陷入在凹陷区域中，这样，当盒体发生碰撞时，利用筋条的保护，可以避免数据口1012或者多色指示灯被撞坏。

本实施例中，在容腔1011的底部设置架空板，该架空板与容腔1011的底部之间存在间隙，且架空板中设置有多个通孔，上述的数据处理器1015、无线传输器1014、gps定位器1013、电池以及网络天线1016均布置架空板的上方，且数据处理器1015、电池、无线传输器1014以及gps定位器1013等直接固定在架空板上。这样，即使容腔1011内出现进水积水现象时，由于架空板的架空作用，也可以避免数据处理器1015、电池、无线传输器1014以及gps定位器1013等被谁泡浸，起到防水的作用。

具体地，多个通孔遍布架空板布置，或者，根据实际需要，也可以在架空板上的局部位置布置。

为了便于操作，在上述盒盖的外表面形成有触摸屏，这样，在不打开盒体的状态上，则可以直接通过触摸屏对数据处理器1015进行数据输入以及处理等。

网络天线1016具有底座，且网络天线1016呈横卧状布置在盒体的容腔1011内，其底座拆卸连接在盒体的内侧壁上，这样，可以大大节约容腔1011的体积，由于网络天线1016的长度可能比较长，通过横卧布置的方式，可以节约空间布置。

具体地，在底座上设置有魔术贴，底座通过魔术贴的贴合方式拆卸固定在盒体的内侧壁上。

油压监测仪300具有油管连接头301，该油管连接头301中设置有插孔，这样，当需要对油管302进行油压监测时，直接将油管302插入在油管连接头301的插孔中固定则可。

为了使得油管302与油管连接头301之间连接更加稳固，本实施例中，在插孔的内侧壁上凸设有多圈环形卡壁，环形卡壁环绕插孔的圆周方向环绕布置，且该多个环形卡壁沿着油管连接头301的轴向依序间隔布置，相邻的环形卡壁之间具有弹性环。

沿着油管302插入插孔的方向延伸，环形卡壁朝向插孔内部倾斜布置，且在末端形成有卡合台阶，该卡合台阶环绕插孔的圆周方向布置，且卡合在油管302的外侧壁上，这样，当油管302插入在插孔后，由于环形卡壁的倾斜布置，非常便于油管302的插入，且当油管302产生冲力后，在卡合台阶的作用下，可以卡柱油管302的外侧壁，限制油管302朝外脱离出插孔。

在油管连接头301的外侧壁缠绕有多个紧固圈，紧固圈与弹性环重合对齐布置，这样，在紧固圈的作用下，弹性环可以弹性收缩，紧固圈使得弹性环紧紧套在油管302的外侧壁上，使得油管302更加稳固的置于插孔中。

本实施例中，传动结构203具有朝外凸出且水平布置的安装板600，转速监测仪400竖立状布置的安装板600上。转速监测仪400具有监测头401，该监测头401位于传动轴202的外侧，且处于传动轴202顶部的上方，朝向传动轴202布置。

传动轴202的顶部设置有竖立状的标杆403，该标杆403偏离传动轴202的转动中心布置，随着传动轴202的转动，标杆403与转速监测仪400的监测头401之间的距离也随之变化，标杆403与监测头401之间的距离包括最近距离以及最远距离，其中最近距离大于1cm且小于3cm，最远距离大于3cm。

随着传动轴202的转动，当标杆403与监测头401之间的距离进入最小距离时，监测头401可以监测到标杆403的移动，当标杆403与监测头401之间的距离处于最远距离时，监测头401则无法监测到标杆403，这样，标杆403每次进入监测头401的最小距离内，转速监测仪400则会自动记录传动轴202转动一圈，且将数据传输给数据处理器1015，在数据处理器1015内进行运算，进而得到转轴的转速，得到钻杆201的转速。

本实施例中，转速监测仪400的下部朝下延伸有插杆402，在安装板600中设置有上端开口的插孔，通过将插杆402插入在插孔中，使得转速监测仪400处于竖立状。在插杆402的外侧壁设置有导向槽条，该导向槽条沿着插杆402的轴向延伸布置，贯穿插杆402的底部，在插孔的内侧壁上凸设弹性条，该弹性条沿着插孔的轴向延伸布置，当插杆402插入在插孔中时，弹性条嵌入在导向槽条中。

在插杆402的外侧壁设置有两个间隔布置的所述导向槽条，在插孔的内侧壁上设有两个上述的弹性条，两个弹性条分别对应嵌入在两个导向槽条中。弹性条的外端呈弯曲状，且两个弹性条的外端相背离弯曲，这样，两个弹性条嵌入在导向槽条内后，在弹性条的作用下，分别限制插杆402朝相反方向的转动，使得插杆402稳固置于插孔中，从而保证监测头401的朝向保持一致，即使在振动的情况下，插杆402相对于插孔轻微转动，在两个弹性条的作用，插杆402则会自动复位。

传动轴202在转动时，标杆403由于离心力可能会偏离位置，本实施例中，在传动轴202上凸设有复位块，该复位块具有抵接在标杆403外侧的抵接面，沿自下而上的方向，该抵接面朝内倾斜布置，这样，即使传动轴202在转动的过程中，标杆403朝外倾斜，在复位块的作用下，可以将标杆403压制复位。

本实施例中，进尺监测仪包括激光测距器700，该激光测距器700安装在安装板600上，且激光测距器700具有朝下布置的激光发射头，随着钻机200的钻进，激光测距器700监测记录下落的数据，并通过数据处理器1015传输至服务器100中进行计算。

或者，作为其他实施例，进尺监测仪包括绳测计算器500，该绳测计算器500内设置有自动收卷在绳测计算器500内的拉绳501，拉绳501下端收卷在绳测计算器500内，拉绳501的上端固定连接在安装板600上。

钻孔内嵌入有套管204，在套管204的外侧设置有固定杆206，上述的绳测计算器500固定在固定杆206上，且拉绳501处于拉紧绷直状态，这样，随着钻机200的钻进，安装板600每次下落，拉绳501则会被拉绳501计算器回收拉绳501的下落长度，数据处理器1015将拉绳501的下落长度的数据传送给服务器100，进而计算得到钻机200的该下落长度则可以激光测距器700监测记录下落的数据，并通过数据处理器1015传输至服务器100中进行计算，得到钻杆201的钻探进尺。

本实施例中，固定杆206的端部设置有连接筒205，该连接筒205中设置有连通套管204内部的连通孔，固定杆206的内端对接在连接筒205的外侧壁上，固定杆206的外端背离连接筒205朝外延伸，且固定杆206与连通孔保持垂直布置。连接筒205的下部插设在套管204的上端中，且连通孔与套管204内部上下对齐连通，钻杆201则可以通过连接筒205的连通孔，进入套管204的内部。

在固定杆206内端设置有朝下延伸的弹性夹片，该弹性夹片与连接筒205的外侧壁之间具有夹紧间隙，当连接筒205的下部插设在套管204的上端中后，套管204的侧壁嵌入在夹紧间隙中，利用弹性夹片紧紧夹住套管204，稳固固定杆206的位置。

在连接筒205的外侧设置有两个卡勾，两个卡勾与上述的夹紧间隙呈背离设置，两个卡勾的上端固定连接在连接筒205的外侧壁上，两个卡勾的下端相向倾斜布置，当连接筒205的下部套入套管204内后，两个卡勾的下端卡合在套管204的外侧壁上。由于两个卡勾的下端呈相向倾斜布置，这样，实现对连接筒205相背离方向的卡紧，配合弹性夹片，使得连接筒205稳固连接在套管204上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。