基于自动钻架的锚杆支护方法与流程

1.本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种基于自动钻架的锚杆支护方法。


背景技术：

2.在挖掘巷道的过程中，锚杆支护可以有效控制围岩变形。目前，在利用锚杆钻机进行锚杆作业时，首先由作业人员识别网片或者钢带孔位，然后人为控制锚杆钻机进行锚杆支护作业，但是在锚杆支护的过程中，作业人员长时间去识别网片或钢带孔位容易产生疲劳，且巷道在支护过程中可能会出现坍塌，井下作业的安全性无法得到保障，因此急需一种能够自动钻孔的方法。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明实施例提出一种基于自动钻架的锚杆支护方法，该自动钻架能够提高作业安全性。
5.本发明的基于自动钻架的锚杆支护方法，所述自动钻架包括本体、钻机组件、图像采集组件和控制组件，所述本体上具有基准孔，所述钻机组件设在所述本体上且相对于所述本体沿第一方向移动，所述钻机组件的至少一部分可从所述基准孔内穿出，所述图像采集组件设在所述本体上且相对于所述本体可沿所述第一方向可移动，所述图像采集组件和所述钻机组件交替地与所述基准孔相对；
6.所述锚杆支护方法包括：
7.s1：对巷道的岩壁铺设网片；
8.s2：所述图像采集组件采集所述基准孔与所述目标孔位的相对位置信息；
9.s3：所述控制组件用于接收和分析所述图像采集组件传送的信息，并判断所述基准孔的中心和目标孔位的中心是否相对，并在所述基准孔的中心与所述目标孔位的中心相对时，控制所述钻机组件进行钻孔作业；
10.s4：进行安装锚杆作业；
11.s5：重复步骤s1至s4，直至完成所有的锚杆支护作业。
12.本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法具有自动化程度高、锚杆支护效率高、作业安全性高等优点。
13.在一些实施例中，在步骤s3中，当控制组件判定所述基准孔与所述目标孔位相对时，所述控制组件控制所述图像采集组件沿第一方向向远离所述基准孔的方向移动。
14.在一些实施例中，在步骤s3中，当控制组件判定所述基准孔与所述目标孔位相对时，所述控制组件控制钻架向目标孔位所在位置移动，当压力传感器的数值到达预设值的时候，所述控制组件控制钻机组件移动至所述基准孔下方进行钻孔作业。
15.在一些实施例中，在步骤s3中，在所述钻孔作业结束后，所述控制组件控制所述钻机组件沿所述第一方向向远离所述基准孔的方向移动。
16.在一些实施例中，所述本体具有在其高度方向上相对的第一端和第二端，所述本体的第一端设有夹杆机构，所述基准孔形成在所述夹杆机构上。
17.在一些实施例中，所述自动钻架还包括第一驱动组件，所述图像采集组件还包括摄像头，所述第一驱动组件设在所述本体的第一端，所述第一驱动组件与所述摄像头连接以驱动所述摄像头相对于所述本体移动。
18.在一些实施例中，所述钻机组件包括钻箱和钻杆，所述钻箱设在所述本体的第二端，所述钻杆安装在所述钻箱上。
19.在一些实施例中，所述自动钻架还包括第二驱动组件，所述第二驱动组件设在所述本体的第二端，所述第二驱动组件与所述钻箱连接以驱动所述钻箱相对于所述本体可移动，所述第二驱动组件驱动所述钻箱与所述夹杆机构相对时，所述钻杆能从所述基准孔内穿出。
20.在一些实施例中，所述本体的第一端设有顶板，所述顶板上设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制组件连接以向所述控制组件传输所述基准孔与所述目标孔位之间的距离信息。
21.在一些实施例中，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的每一者均包括位移传感器。
附图说明
22.图1是本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法的自动钻架示意图。
23.图2是本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法的自动钻架的控制系统示意图。
24.图3是本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法的图像采集组件在工作转态时的示意图。
25.图4是本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法的钻机组件在工作状态时的示意图。
26.图5是本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法的步骤流程图。
27.附图标记：
28.目标孔位300；
29.本体1；夹杆机构11；基准孔110；压力传感器12；
30.第一位移传感器20；第一驱动组件21；电磁阀211；图像采集组件22；
31.第二位移传感器30；第二驱动组件31；钻机组件32；钻箱321；钻杆322；
32.遥控器41；遥控接收器42；防爆电脑43；钻架控制器44。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.本领域的技术人员可知，在锚杆支护作业中，先对岩壁铺设网片和钢带，钢带上具有小孔，网片和钢带铺好之后，然后在钢带的小孔的位置钻孔，最后将锚杆安装在钻孔内以固定网片，从而加固岩壁。
35.如图1至图4所示，自动钻架包括本体1、钻机组件32、图像采集组件22和控制组件。
36.本体1上具有基准孔110，钻机组件32设在本体1上且相对于本体1沿第一方向移动，钻机组件32的至少一部分可从基准孔110内穿出。
37.图像采集组件22设在本体1上且相对于本体1可沿第一方向可移动，图像采集组件22和所钻机组件32交替地与基准孔110相对，图像采集组件22用于采集基准孔110和目标孔位300的相对位置信息。
38.控制组件用于接收和分析图像采集组件22传送的信息，当控制组件判断出基准孔110的中心和目标孔位300的中心相对时，控制组件能够控制钻机组件32进行钻孔。
39.为了使本技术的技术方案更加容易被理解，下面以第一方向与左右方向一致、以本体1的高度方向与上下方向一致为例，进一步描述本技术的技术方案，其中左右方向和上下方向如图3所示。
40.本体1沿着上下方向延伸，在本体1的上端设有基准孔110。
41.钻机组件32设在本体1上，钻机组件32与控制组件电性连接，控制组件能够控制钻机组件32沿着左右方向移动，钻机组件32包括钻杆322，当钻机组件32移动至基准孔110下方时，钻杆322与基准孔110相对且钻杆322能够从基准孔110内穿出。
42.图像采集组件22与本体1相连，图像采集组件22与控制组件电性连接，控制组件能够控制图像采集组件22沿着左右方向移动，图像采集组件22位于基准孔110的下方。钢带铺好后，钢带上的小孔即为目标孔位300，在自动钻架工作时,基准孔110位于巷道的岩壁附近，图像采集组件22能够采集基准孔110和目标孔位300的相对位置信息。
43.在自动钻架工作的时候，首先控制组件控制图像采集组件22移动至基准孔110的正下方，图像采集组件22采集基准孔110和目标孔位300的相对位置信息并将其采集的信息传递给控制组件，当控制组件判断基准孔110的中心与目标孔位300的中心相对时，控制组件控制图像采集组件22远离基准孔110的下方；然后控制组件控制钻机组件32移动至基准孔110的正下方，并控制钻杆322穿过基准孔110直至目标孔位300，钻杆322开始进行钻孔。
44.在自动钻架工作的过程中，图像采集组件22和钻机组件32交替出现在基准孔110的下方，换言之，在同一时间段内，图像采集组件22和钻机组件32只有一个出现在基准孔110的下方，避免图像采集组件22和钻机组件32互相干涉。
45.相关技术中在进行锚杆支护作业时，在钻孔的时候，需要作业人员用肉眼去观察基准孔与目标孔的相对位置，作业人员产生疲劳后容易出错，从而降低锚杆支护作业的工作效率，而且在锚杆支护作业过程中岩壁可能会出现坍塌，作业人员的安全性无法得到保障。自动钻架利用图像采集组件22和控制组件，自动定位目标孔位300所在位置；利用钻机组件32和控制组件，自动驱动钻机组件32进行钻孔工作；整个工作过程不需要作业人员看护，不仅减轻作业人员的劳动强度，而且节省人力成本，锚杆支护作业的工作效率高，作业安全性高。
46.在一些实施例中，本体1具有在其高度方向(上下方向)上相对的第一端和第二端，本体1的第一端设有夹杆机构11，基准孔110形成在夹杆机构11上。
47.如图3所示，本体1的第一端是本体1的上端，本体1的第二端是本体1的下端，本体1的上端设有夹杆机构11，夹杆机构11用于稳定钻杆322，避免钻杆322在钻杆322的径向方向摆动。夹杆机构11包括两个夹爪，两个夹爪合在一起时能够形成基准孔110。由此，不需要额
外加工基准孔110，节省成本。
48.可选地，基准孔110是圆形的，便于控制组件识别基准孔110的中心。
49.在一些实施例中，自动钻架还包括第一驱动组件21，图像采集组件22还包括摄像头，第一驱动组件21设在本体1的第一端(上端)，第一驱动组件21与摄像头连接以驱动摄像头相对于本体1移动。
50.图像采集组件22还包括摄像头，摄像头用于拍摄图像，图像采集组件22将拍摄的图像传递给控制组件，控制组件分析图像中基准孔110是否与目标孔位300相对。第一驱动组件21固定在本体1的上端，且第一驱动组件21不在基准孔110的正下方，第一驱动组件21能够驱动摄像头移动至基准孔110的正下方。由此，便于图像采集组件22在左右方向上移动。
51.可选地，第一驱动组件21包括液压油缸和电磁阀211，利用电磁阀211控制液压油缸的伸缩。
52.可选地，第一驱动组件21为伸缩架。
53.可选地，摄像头为防爆摄像头。
54.在一些实施例中，钻机组件32包括钻箱321和钻杆322，钻箱321设在本体1的第二端(本体下端)，钻杆322安装在钻箱321上。
55.在一些实施例中，自动钻架还包括第二驱动组件31，第二驱动组件31设在本体1的第二端(本体下端)，第二驱动组件31与钻箱321连接以驱动钻箱321相对于本体1可移动，当第二驱动组件31驱动钻箱321与夹杆机构11相对时，钻杆322能从基准孔110内穿出。
56.如图3和图4所示，第二驱动组件31与钻箱321均设在本体1的下方，第二驱动组件31固定在本体1上，第二驱动组件31与钻箱321相连以驱动钻箱321在左右方向上移动。由此，结构简单，便于钻箱321在左右方向上移动。
57.钻杆322安装在钻箱321上，钻杆322沿着上下方向延伸。钻孔时，夹杆机构11在本体1上端，第二驱动组件31驱动钻机组件32移动至夹杆机构11的正下方，钻杆322逐渐向上移动，然后从基准孔110中穿过直至目标孔位300。
58.可选地，第二驱动组件31为液压油缸或伸缩架。
59.在一些实施例中，本体1的第一端(上端)设有顶板，顶板上设有压力传感器12，压力传感器12与控制组件连接以向控制组件传输基准孔110与目标孔位300之间的距离信息。
60.本体1的上端设有顶板，压力传感器12固定在顶板上且与控制组件电性连接。当控制组件判断基准孔110中心与目标孔中心的位置相对时，本体1将逐渐靠近目标孔位300，换言之，基准孔110逐渐靠近目标孔位300。在基准孔110逐渐向目标孔位300靠近的过程中，压力传感器12首先与目标孔位300附近的岩壁接触，当压力传感器12的数值达到预设数值的时候，本体1停止移动，开始进行钻孔。由此，控制组件能够控制本体1与目标孔位300的距离，避免本体1撞击岩壁，进而提高钻孔效率。
61.在一些实施例中，第一驱动组件21和第二驱动组件31中的每一者均包括位移传感器。
62.第一驱动组件21设有第一位移传感器20，第二驱动组件31设有第二位移传感器30，第一驱动组件21在驱动图像采集组件22移动时，第一位移传感器20能够检测到图像采集组件22移动的距离，第二驱动组件31在驱动钻机组件32移动时，第二位移传感器30能够
检测到钻机组件32移动的距离。
63.第一位移传感器20和第二位移传感器30均与控制组件电性连接，控制组件能够根据第一位移传感器20和第二位移传感器30传输的信息判断图像采集组件22或钻机组件32的具体位置。
64.由此，控制组件能够精准控制图像采集组件22和钻机组件32的位置，进而提高钻孔效率。
65.下面结合图1-图5详细描述本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法。
66.利用所述的自动钻架实施的锚杆支护方法包括以下步骤：
67.s1：对巷道的岩壁铺设网片。
68.利用铺网对巷道的岩壁铺设网片和钢带，钢带上具有小孔，刚带铺好之后，钢带上的小孔所在位置即为目标孔位300。
69.s2：图像采集组件22采集基准孔110与目标孔位300的相对位置信息。
70.控制组件将图像采集组件22移动至基准孔110下方位置，利用摄像头不断拍摄基准孔110与目标孔位300的相对位置信息，图像采集组件22将拍摄的图像实时传递给控制组件。
71.s3：控制组件用于接收和分析图像采集组件22传送的信息，并判断基准孔110的中心与目标孔位300的中心是否相对，并在基准孔110的中心与目标孔位300的中心相对时，控制钻机组件32进行钻孔作业；
72.控制组件对图像采集组件22传输的照片进行分析，若控制组件判断基准孔110中心与目标孔位300中心没有相对，控制组件控制钻臂调节本体1的位置，在本体1移动的过程中，图像采集组件22将拍摄到的实时图像传递给控制组件。当控制组件判定基准孔110中心与目标孔位300中心相对时，控制组件控制钻机组件32进行钻孔。
73.s4：进行安装锚杆作业。
74.钻孔结束后，开始安装锚杆，然后依次完成本次锚杆支护作业的后续工序。
75.s5：重复步骤s1至s4，直至完成所有的锚杆支护作业。
76.本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法，能够自动钻孔，自动化程度高，从而提高锚杆支护的效率，节省人力成本，作业的安全性高。
77.因此，本发明实施例的基于自动钻架的锚杆支护方法具有自动化程度高、锚杆支护效率高、作业安全性高等优点。
78.在一些实施例中，在步骤s3中，当控制组件判定基准孔110与目标孔位300相对时，控制组件控制图像采集组件22沿第一方向(如图1所示的左右方向)向远离基准孔110的方向移动。
79.当控制组件判断基准孔110中心与目标孔中心的位置相对时，图像采集组件22完成图像采集工作，控制组件控制图像采集组件22沿着左右方向远离基准孔110，由此，避免影响钻机组件32进行钻孔。
80.在一些实施例中，在步骤s3中，当控制组件判定基准孔110与目标孔位300相对时，控制组件控制钻架向目标孔位300所在位置移动，当压力传感器12的数值到达预设值的时候，控制组件控制钻机组件32运行到基准孔110下方进行钻孔作业。
81.在图像采集组件22移动的过程中，或者在图像采集组件22完全从基准孔110的下
方撤离后，钻臂控制本体1向上移动，本体1逐渐靠近目标孔位300，换言之，基准孔110逐渐靠近目标孔位300。在基准孔110逐渐向目标孔位300靠近的过程中，压力传感器12首先与目标孔位300附近的岩壁接触，当压力传感器12的数值达到预设数值的时候，本体1停止移动，控制组件控制第二驱动组件31，驱动钻机组件32至基准孔110下方，开始进行钻孔。
82.在一些实施例中，在步骤s3中，在钻孔作业结束后，控制组件控制钻机组件32沿第一方向向远离基准孔110的方向移动。
83.在钻孔作业结束后，控制组件控制钻机组件32沿着左右方向向着远离基准孔110的方向移动。由此，避免钻机组件32影响锚杆支护作业的后续步骤。
84.在一些实施例中，在进行锚杆支护作业前，先对控制组件的控制系统进行初始化操作，并检测图像采集组件22、钻机组件32以及压力传感器12、位移传感器等的初始状态是否正常。
85.需要说明的是，控制组件可以自动运行，整个过程不需要人为控制。可选地，在必要时，作业人员也可以通过控制组件人为控制自动钻架，例如，控制组件包括遥控器41、遥控接收器42、防爆平板电脑43和钻架控制器44，图像采集组件22和遥控接收器与钻架控制器44电性连接。图像采集组件22将采集的信息传递给钻架控制器44，钻架控制器44将信息传递给防爆平板电脑42，作业人员根据防爆平板电脑42显示的图像，利用遥控器41发出控制信号，遥控接收器42在接收到遥控器41发出的信号后，将信号传递给钻架控制器44，钻架控制器44控制自动钻架移动。
86.作业人员可以在防爆平板电脑43上观看图像采集组件22采集的画面，然后利用遥控器41向遥控接收机发射信号，以便控制自动钻架。
87.可选地，在防爆平板电脑43和遥控器41可以合成为一个智能控制器，以方便携带。
88.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。
89.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
90.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
91.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
92.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
93.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。