用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置的制作方法

1.本发明涉及岩层探测技术领域，尤其涉及一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置。


背景技术：

2.煤层开采后，顶板岩层逐渐弯曲下沉、裂隙、破断、堆积进入采空区。随着工作面推进及开采尺寸的增加，下部岩层移动变形逐步向上传递。由于各岩层的强度及刚度差异，覆岩内部产生离层、裂隙等。为对覆岩内部岩层的离层、裂隙等发育情况进行分析，需要借助地面钻探孔并应用钻孔电视进行可视化成像与探测。彩色钻孔电视是最为有效、应用最为广泛的探测成像手段。
3.一般地面两带孔和采空区勘察孔的成孔孔径有ф91mm与ф108mm两种。常用彩色钻孔电视的探头为光学探头，直径为ф63mm。因此彩色钻孔电视探头与孔壁之间仍有一定的距离。此种情况下，常用白色软胶皮垫来弥补彩色钻孔电视探头与孔壁之间空隙，并以此来实现探头的孔内居中、防磕碰的目的。
4.但是白色软胶皮垫刚度较低，轻微受挤压将产生较大变形。如果孔壁较为粗糙，如岩层内含有砾岩，砾块掉落后孔壁平整度极低；受采动影响的岩层，尤其倾角较大的煤系地层内岩层弯曲性移动、滑移或缩孔等，孔斜率变化较大或钻孔本身就为斜向孔，白色软胶皮垫仅能实现防磕碰的目的，不能实现粗糙、倾斜率变化较大的钻孔内探头居中，导致彩色钻孔电视效果较差。即接近孔壁一侧颜色白亮、亮度过高，使得孔壁部分细节丢失；远离孔壁一侧颜色暗黑、分辨率低。
5.现有的钻孔电视探头对中装置存在如下问题：1、因为制作过于复杂仅能在实验室或理论上应用，实际钻孔内孔壁碎石块或泥浆容易进入支腿结构的滑道或者卡在支腿结构内部，从而达不到可变径的目的，甚至将探头卡在钻孔内部、丢失设备；2、在探头部分增加套环，套环增加了探头直径，笨重、伸缩性差，孔径适应性差，探头设备不易下放；3、通过增加的缸体及加压装置实现可变径的目的，该缸体及加压装置使得设备重量增加较多、结构变化较大、使用难度增加较多；4、直接将居中单元刚性连接于探头末端，探头长度增加太多，对于孔壁非绝对光滑、倾斜率变化较大的钻孔，设备不能顺利下放，造成设备卡在钻孔某一位置，不能实现孔壁的离层、裂隙发育情况探测的目的。


技术实现要素：

6.本发明提供一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，用以解决现有技术中不能实现钻孔电视探头对中，容易卡住，使用不便的缺陷，实现使钻孔电视探头对中，方便下放，使用简单。
7.本发明提供一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，包括：
8.可变径对中段；
9.所述可变径对中段包括对中主架和两组对中单元，每组对中单元包括多个可压缩
滑轮组件，每个可压缩滑轮组件向下倾斜；
10.所述两组对中单元分别固定在所述对中主架的两端的外表面；
11.所述对中主架的顶端与彩色钻孔电视探头的下部连接；
12.在监测孔的孔径变小或所述监测孔的倾斜率变化福度增大时，所述可压缩滑轮组件沿所述监测孔的孔径方向压缩，使得所述彩色钻孔电视探头在下部的所述可变径对中段的重力作用下位于所述监测孔的中央位置；
13.在所述监测孔的孔径变大或所述监测孔的倾斜率变化福度减小时，所述可压缩滑轮组件沿所述监测孔的孔径方向伸展张开，使得所述彩色钻孔电视探头在下部的所述可变径对中段的重力作用下位于所述监测孔的中央位置。
14.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，每个可压缩滑轮组件包括滑轮支架、滑轮、扭转弹簧、螺钉、轴档、第一螺栓、第一螺母、第二螺栓和第二螺母；
15.所述滑轮支架的两端为双牙结构；
16.所述第一螺栓穿过所述滑轮支架的一端的双牙结构和所述滑轮；
17.所述第一螺母固定在所述第一螺栓的末端，所述滑轮卡持在所述双牙结构的凹槽内；
18.所述第二螺栓穿过所述滑轮支架的另一端的双牙结构、所述螺钉的螺帽和所述扭转弹簧；
19.所述第二螺母固定在所述第二螺栓的末端，所述螺帽卡持在所述双牙结构的凹槽内，所述扭转弹簧卡持在所述螺帽的凹槽内；
20.所述螺钉的凹槽底面上刻有一字丝或十字丝，所述螺钉固定在所述对中主架上；
21.所述扭转弹簧的一个引脚卡持在所述滑轮支架的轴向凹槽内，所述扭转弹簧的另一个引脚通过所述轴档固定在所述对中主架上；
22.在所述监测孔的孔径变大或所述监测孔的倾斜率变化福度减小时，所述扭转弹簧受到所述监测孔的孔壁的压力，使得所述滑轮支架沿所述监测孔的孔径方向压缩；
23.在所述监测孔的孔径变大或所述监测孔的倾斜率变化福度减小时，所述扭转弹簧恢复形变，使得所述滑轮支架沿所述监测孔的孔径方向伸展张开。
24.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，每组对中单元包括4个可压缩滑轮组件；
25.所述4个可压缩滑轮组件在所述对中主架的同一横截面的外缘上均匀分布。
26.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，还包括锥形导向段，所述锥形导向段的底部为锥形，以在对中装置下放的过程中减小所述对中装置与所述监测孔的孔壁之间的摩擦；
27.所述锥形导向段的顶部与所述对中主架的底部螺纹连接。
28.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，所述锥形导向段的中间部分的外壁设有平面卡槽，以供机械扳手对所述锥形导向段进行拧紧或拆卸。
29.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，所述锥形导向段为锥形实心金属体。
30.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，所述对中主
架为实心圆柱形钢管；
31.所述对中主架的外表面切割有平面部分，以供机械扳手对所述可变径对中段进行拧紧或拆卸；
32.所述对中单元固定在所述平面部分。
33.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，还包括万向轴连接段；
34.所述万向轴连接段的顶部与所述彩色钻孔电视探头的下部螺纹连接；
35.所述万向轴连接段的底部与所述对中主架的顶端螺纹连接；
36.所述万向轴连接段的中部为万向轴，用于以所述万向轴为中心，将所述可变径对中段与彩色钻孔电视探头进行直线型或折线型连接。
37.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，所述万向轴连接段的顶部和底部沿轴向的外壁分别设有平面卡槽，以供机械扳手对所述万向轴连接段进行拧紧或拆卸。
38.根据本发明提供的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，还包括可伸缩塑料软管，所述可伸缩塑料软管套在所述万向轴连接段的中部，用于对所述万向轴进行保护。
39.本发明提供的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，通过使用可变径对中段，随着监测孔的孔径或监测孔的倾斜率变化福度变化，可变径对中段的直径可以相应变化，解决了彩色钻孔电视探头在孔壁粗糙、孔斜率变化大等条件下的不能居中问题，实现彩色钻孔电视探头的实时准确对中。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1是本发明提供的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置中可变径对中段的纵向剖面示意图；
42.图2是本发明提供的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置中可变径对中段的横截面示意图；
43.图3是本发明提供的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置中锥形导向段的结构示意图；
44.图4是本发明提供的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置中万向轴连接段结构示意图；
45.图5是本发明提供的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置的完整结构示意图；
46.附图标记：
47.1：滑轮；
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2：第一螺栓；
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3：滑轮支架；
48.4：扭转弹簧；
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5：螺钉；
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6：轴档；
49.7：对中主架
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8：第二螺栓。
具体实施方式
50.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.下面结合图1描述本发明的一种用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置，包括可变径对中段；所述可变径对中段包括对中主架7和两组对中单元，每组对中单元包括多个可压缩滑轮组件，每个可压缩滑轮组件向下倾斜；所述两组对中单元分别固定在所述对中主架7的两端的外表面；所述对中主架7的顶端与彩色钻孔电视探头的下部连接；
52.其中，可变径对中段是指随着监测孔孔径的变化，直径发生变化的对中部分。
53.可压缩滑轮组件为带有滑轮的可随着监测孔孔径的变化进行压缩的组件，用于实现可变径对中段的可变径功能。
54.可压缩滑轮组件的滑轮与监测孔的孔壁接触，使得可压缩滑轮组件不易卡住，便于对中装置的顺利下放。本实施例不限于可压缩滑轮组件的具体结构。
55.可压缩滑轮组件向下倾斜使得掉落的砾石、岩块等不易卡在可压缩滑轮组件内，从而影响可压缩滑轮组件的可压缩性。
56.可变径对中段包括两组对中单元，保证对中装置在下放的过程中对彩色钻孔电视探头进行对中的稳定性。
57.可选地，彩色钻孔电视的探头为光学探头，直径为ф63mm。对中主架7的长度约为50cm，形状为直径ф32mm的圆柱形。
58.一般监测孔的成孔孔径有ф91mm与ф108mm两种，对中主架与监测孔的孔壁之间的空隙为可压缩滑轮组件提供伸缩空间。
59.彩色钻孔电视探头与主机、传输线缆等连接。可选地，彩色钻孔电视探头主体部分依然增加白色软胶皮防撞垫。
60.在监测孔的孔径变小或所述监测孔的倾斜率变化福度增大时，所述可压缩滑轮组件沿所述监测孔的孔径方向压缩，使得所述彩色钻孔电视探头在下部的所述可变径对中段的重力作用下位于所述监测孔的中央位置；
61.在所述监测孔的孔径变大或所述监测孔的倾斜率变化福度减小时，所述可压缩滑轮组件沿所述监测孔的孔径方向伸展张开，使得所述彩色钻孔电视探头在下部的所述可变径对中段的重力作用下位于所述监测孔的中央位置。
62.受采动影响的岩层，尤其倾角较大的煤系地层内岩层弯曲性滑移或缩孔等，孔斜率变化较大。或者钻孔本身就为斜向孔。因此在对中装置下放的过程中，随着监测孔的孔径变化可压缩滑轮组件会沿所述监测孔的孔径方向压缩或伸展。
63.在监测孔的孔径变小或监测孔的倾斜率变化福度增大时，可压缩滑轮组件中的滑轮受到监测孔的孔壁的外力压缩。在监测孔的孔径变大或监测孔的倾斜率变化福度减小时，可压缩滑轮组件恢复到滑轮与监测孔的孔壁接触。
64.在下部对中装置的重力作用下，使得彩色钻孔电视探头位于监测孔的中央位置，从而实现彩色钻孔电视探头的实时准确对中。
65.本实施例通过使用可变径对中段，随着监测孔的孔径或监测孔的倾斜率变化福度
变化，可变径对中段的直径可以相应变化，解决了彩色钻孔电视探头在孔壁粗糙、孔斜率变化大等条件下的不能居中问题，实现彩色钻孔电视探头的实时准确对中，提高成像效果。
66.在上述实施例的基础上，如图1所示，本实施例中每个可压缩滑轮组件包括滑轮支架3、滑轮1、扭转弹簧4、螺钉5、轴档6、第一螺栓2、第一螺母、第二螺栓8和第二螺母；
67.如图2所示，所述滑轮支架3的两端为双牙结构；所述第一螺栓2穿过所述滑轮支架3的一端的双牙结构和所述滑轮1；所述第一螺母固定在所述第一螺栓2的末端，所述滑轮1卡持在所述双牙结构的凹槽内；
68.所述滑轮支架3的两端的双牙结构和滑轮1上有孔。
69.将滑轮1放置在滑轮支架3一端的双牙结构之间，然后将第一螺栓2穿过双牙结构和滑轮1上的孔，最后使用第一螺母与第一螺栓2的末端螺纹连接，防止第一螺栓2脱落。
70.滑轮1在外力作用下可围绕第一螺栓2旋转。
71.如图2所示，所述第二螺栓8穿过所述滑轮支架3的另一端的双牙结构、所述螺钉5的螺帽和所述扭转弹簧4；所述第二螺母固定在所述第二螺栓8的末端，所述螺帽卡持在所述双牙结构的凹槽内，所述扭转弹簧4卡持在所述螺帽的凹槽内；
72.可选地，扭转弹簧4的簧丝直径为ф2mm，有4至6圈。
73.可选地，螺钉5的螺帽沿螺钉5的轴向方向有u形槽。u形槽的两侧有通孔。
74.将螺钉5的螺帽放置在滑轮支架3另一端的双牙结构之间，且两者的孔对齐。将扭转弹簧4放置在螺帽的u形槽内，且扭转弹簧4的轴向方向与u形槽的轴向方向相同。然后将第二螺栓8穿过双牙结构、u形槽上的孔和扭转弹簧4，最后使用第二螺母与第二螺栓8的末端螺纹连接，防止第二螺栓8脱落。
75.所述螺钉5的凹槽底面上刻有一字丝或十字丝，所述螺钉固定在所述对中主架上；
76.螺钉5的凹槽底面上刻有一字丝或十字丝，便于用使用工具将螺钉5固定在对中主架上。
77.如图1所示，所述扭转弹簧4的一个引脚卡持在所述滑轮支架3的轴向凹槽内，所述扭转弹簧4的另一个引脚通过所述轴档6固定在所述对中主架7上；
78.在所述监测孔的孔径变大或所述监测孔的倾斜率变化福度减小时，所述扭转弹簧受到所述监测孔的孔壁的压力，使得所述滑轮支架沿所述监测孔的孔径方向压缩，从而实现可变径的对中装置，达到降低直径通过的目的；
79.在所述监测孔的孔径变大或所述监测孔的倾斜率变化福度减小时，所述扭转弹簧恢复形变，使得所述滑轮支架沿所述监测孔的孔径方向伸展，对中装置的直径变大。
80.在在下部对中装置的重力作用下使得彩色钻孔电视探头位于监测孔中央位置，实现探头对中的目的。
81.在上述实施例的基础上，本实施例中每组对中单元包括4个可压缩滑轮组件；所述4个可压缩滑轮组件在所述对中主架的同一横截面的外缘上均匀分布。
82.如图2所示，每组对中单元包括4个相邻之间夹角为90
°
的可压缩滑轮组件，从而保证对中装置在下放的过程中对彩色钻孔电视探头进行对中的稳定性。
83.在上述各实施例的基础上，本实施例中还包括锥形导向段，所述锥形导向段的底部为锥形，以在对中装置下放的过程中减小所述对中装置与所述监测孔的孔壁之间的摩擦；所述锥形导向段的顶部与所述对中主架的底部螺纹连接。
84.如图3所示，锥形导向段的底部为锥形，方便对中装置的下放，并避免与监测孔的孔壁之间的非有效摩擦。
85.锥形导向段的顶部按照一定的螺纹间距和螺纹深度加工，使之能够与可变径对中段的底部通过螺纹快速连接、安装，方便拆卸、保存。
86.对中主架的底部按照一定的螺纹间距和螺纹深度进行加工，方便与锥形导向段的顶部进行快速安装。
87.在上述实施例的基础上，如图3所示，本实施例中所述锥形导向段的中间部分的外壁设有平面卡槽，以供机械扳手对所述锥形导向段进行拧紧或拆卸。
88.在上述实施例的基础上，本实施例中所述锥形导向段为锥形实心金属体。
89.可选地，锥形导向段为锥形实心不锈钢金属体，长度约6cm。
90.常用彩色钻孔电视的探头为不锈钢连接体和钢化玻璃真空罩外壳保护。考虑光源段的真空密闭，水中浮力作用下探头重量约为2.3kg。
91.实际彩色钻孔电视探测中，大部分彩色钻孔电视探测在水中进行，如果钻孔孔壁粗糙时，往往由于探头重量较轻，而彩色钻孔电视的传输线缆为柔性、不能施加压应力，因此不能深入探测，达不到探测范围。
92.本实施例中的锥形导向段为锥形实心金属体，重量较大，带动彩色钻孔电视进行深入探测。
93.在上述实施例的基础上，本实施例中所述对中主架为实心圆柱形钢管；所述对中主架的外表面切割有平面部分，以供机械扳手对所述可变径对中段进行拧紧或拆卸；所述对中单元固定在所述平面部分。
94.可变径对中段中的对中主架7需要将直径ф32mm圆柱形实心不锈钢杆切割出平面。可变径对中段连接或拆卸时，可用机械扳手直接作用于对中主架的平面位置，方便机械扳手的使用。
95.将对中单元安装在切割出的平面上，横截面示意图如图2所示。
96.在上述各实施例的基础上，本实施例中还包括万向轴连接段；所述万向轴连接段的顶部与所述彩色钻孔电视探头的下部螺纹连接；所述万向轴连接段的底部与所述对中主架的顶端螺纹连接；
97.可选地，万向轴连接段的长度约9cm，主要以万向轴为主体，实现可变径对中段与彩色钻孔电视探头的直线型或折线型连接，结构如图4所示。
98.万向轴连接段的顶部和底部需要按照一定的螺纹间距和螺纹深度加工，使顶部能够与彩色钻孔电视探头尾部通过螺纹快速连接、安装，底部能够与可变径对中段通过螺纹快速连接、安装，方便拆卸、保存。
99.对中主架的顶部按照一定的螺纹间距和螺纹深度进行加工，方便与万向轴连接段的底部进行快速安装。
100.所述万向轴连接段的中部为万向轴，用于以所述万向轴为中心，将所述可变径对中段与彩色钻孔电视探头进行直线型或折线型连接。
101.本实施例通过万向轴连接段灵活调节彩色钻孔电视探头的下放方向，有效减少探头设备的刚性段长度，降低了设备对孔斜率要求。
102.在上述实施例的基础上，如图4所示，本实施例中所述万向轴连接段的顶部和底部
沿轴向的外壁分别设有平面卡槽，以供机械扳手对所述万向轴连接段进行拧紧或拆卸。
103.在上述实施例的基础上，本实施例还包括可伸缩塑料软管，所述可伸缩塑料软管套在所述万向轴连接段的中部，用于对所述万向轴进行保护。
104.本实施例通过在万向轴连接段的中部增加可伸缩塑料软管，并应用防水胶带密封处理，避免砾石、岩块等对万向轴的转动产生摩擦阻力影响。
105.可选地，完整的用于彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置总长度约65cm，包括万向轴连接段、可变径对中段和锥形导向段，结构示意图如图5所示。
106.彩色钻孔电视探头的可变孔径对中装置的安装方法包括如下步骤：
107.1、将万向轴连接段顶部与彩色钻孔电视探头底部连接，需借助机械扳手将万向轴连接段拧紧。
108.2、将万向轴连接段底部与可变径对中段顶部连接：首先增加可伸缩软管，并应用防水胶带密封处理，避免砾石、岩块等对万向轴的转动产生摩擦阻力影响；然后借助机械扳手将各连接体拧紧。
109.3、将可变径对中段底部与锥形导向段连接，需借助机械扳手将各连接体拧紧。
110.彩色钻孔电视的探测过程包括：将连接好的彩色钻孔电视探头及对中装置下放到监测孔中，对孔壁进行监测；完成探测后，依次拆卸各设备，清洁并保存处理。
111.本实施例中的可变径对中段解决了彩色钻孔电视探头在孔壁粗糙、孔斜率变化大等条件下的不能居中问题；锥形导向段方便对中装置的下放，并避免与监测孔的孔壁之间的非有效摩擦；通过万向轴连接装置，有效地减少了探头设备的刚性段长度，降低了设备对孔斜率要求；探头居中装置可适当增加彩色钻孔电视探头在水中的重量，可解决钻孔孔壁粗糙等条件下设备下放难度大等问题。
112.最后应说明的是：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精神和范围。