一种岩体识别钻头及钻进参数调控方法与流程

本发明涉及岩体工程，尤其是一种岩体识别钻头及钻进参数调控方法。

背景技术：

1、岩体节理是隧道、边坡、地下厂房等工程中常见的一类复杂工程介质，其对岩体工程的稳定性具有至关重要的影响。在工程开挖过程中，岩体节理的存在会对钻进过程产生巨大影响，造成钻头磨损快、造孔效率低且容易发生卡钻事故。因此，及时获取开挖岩体的裂隙分布、几何等有效信息，动态调整钻进参数，对提高钻进效率和降低施工成本具有重要意义。

2、对节理主要探测方法有电阻率、ct断层扫描法等，如电阻率法是基于物质电阻特性反应物质内部结构等变化，通过电性结构图像揭示岩石内部节理等缺陷的特征；ct断层扫描法利用x射线、γ射线等对结构进行连续断面扫描，由探测器接收透过该层面的射线，转变为可见光，再由光电转换变为电信号，经模拟/数字转换器转为数字，最终得到材料结构图像信息。然而，其均存在很大局限性，如电阻率参数受到很多因素的影响(岩石的成分、结构、所含水分、温度等)，存在诸多不确定因素，且在进行电阻率参数标定的时候，必须充分考虑到这些因素才能够正确进行电阻率标定；ct断层扫描法使用成本高，且该技术具有一定电离辐射，对使用环境要求极为苛刻，因此目前仅停留在室内测试层面。由于技术限制及粗放式开挖施工理念影响，现有技术的岩土工程钻进施工过程中，通常仅采用某一固定型号钻头及钻进参数(转速、钻压、钻速等)进行，并未考虑节理密度、分布等特征对钻进施工的影响。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种岩体识别钻头及钻进参数调控方法，解决上述背景技术中提出的至少一种问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种岩体识别钻头，包括钻头和钻杆，所述钻头通过轴承结构与所述钻杆连接；所述钻头表面间隔布置有若干牙齿，所述钻头顶部设置有电磁辐射检测装置；所述钻杆上设置有控制中心及反馈系统；所述钻杆内设置有钻头控制装置，所述钻头控制装置通过所述轴承结构与所述钻头连接；

3、其中，所述电磁辐射检测装置，用于发射检测电磁辐射信号，和，接收传回的识别电磁辐射信号；

4、所述控制中心及反馈系统，用于对所述识别电磁辐射信号进行分析处理，确定钻进参数；以及向所述电磁辐射检测装置发送调节信号调节所述检测电磁辐射信号的电磁波频率；

5、所述钻头控制装置，用于根据所述钻进参数调节钻头的钻进过程。

6、进一步，所述电磁辐射检测装置与所述控制中心及反馈系统连接；所述控制中心及反馈系统的输出端与所述钻头控制装置的输入端连接。

7、进一步，所述钻头顶部设有保护装置，所述电磁辐射检测装置设置在所述保护装置内；所述电磁辐射检测装置包括顶板、外壳、电磁辐射发送探头和电磁辐射接收器；所述电磁辐射发送探头和所述电磁辐射接收器设置在所述外壳内；

8、其中，所述电磁辐射发送探头，用于根据所述控制中心及反馈系统的调节信号发射预设频率的检测电磁辐射信号；

9、所述电磁辐射接收器，用于接收所述检测电磁辐射信号经岩体传播后返回的识别电磁辐射信号；所述传播的过程包括信号的反射、散射和折射中至少一种。

10、进一步，所述控制中心及反馈系统与所述钻杆滑动连接；所述钻杆设有装置固定槽和装置固定螺丝；所述控制中心及反馈系统包括装置外壳、控制中心、反馈系统和调节按钮；所述控制中心和所述反馈系统设置在所述装置外壳内，所述调节按钮设置在所述装置外壳外；

11、其中，所述控制中心，用于对所述识别电磁辐射信号进行数字化信号处理，得到电磁波形图；对所述电磁波形图进行对比分析，确定岩体裂隙化程度；

12、所述反馈系统，用于根据所述岩体裂隙化程度，确定钻进参数；所述岩体裂隙化程度包括完整、胶状破碎带、节理裂隙密集带和断层破碎带；所述钻进参数包括钻压参数和钻速参数；

13、所述调节按钮，用于响应于按钮触发信息，调节所述检测电磁辐射信号的电磁波频率。

14、进一步，还包括：电磁波频率遥控器；所述电磁波频率遥控器包括主体、设置在所述主体上的显示屏、开关按钮、挡位调节按钮和信号发射天线；

15、其中，所述电磁波频率遥控器，用于响应于挡位调节按钮的触发信息，调节所述检测电磁辐射信号的电磁波频率。

16、进一步，所述轴承结构包括轴颈、止推轴承、滚柱、紧锁轴承、主轴承和小轴承；所述轴承结构与所述钻杆通过丝扣固定连接；所述钻头设有牙轮内腔；所述轴承结构通过所述滚柱与所述钻头牙轮内腔形成直接线接触。

17、另一方面，本发明实施例还提供了一种钻进参数调控方法，应用于本发明第一方面实施例的岩体识别钻头，所述岩体识别钻头，包括钻头和钻杆，所述钻头通过轴承结构与所述钻杆连接；所述钻头表面间隔布置有若干牙齿，所述钻头顶部设置有电磁辐射检测装置；所述钻杆上设置有控制中心及反馈系统；所述钻杆内设置有钻头控制装置，所述钻头控制装置通过所述轴承结构与所述钻头连接；所述方法包括以下步骤：

18、通过控制中心及反馈系统向所述电磁辐射检测装置发送调节信号调节检测电磁辐射信号的电磁波频率；

19、通过电磁辐射检测装置发射检测电磁辐射信号，和，接收传回的识别电磁辐射信号；

20、通过控制中心及反馈系统对所述识别电磁辐射信号进行分析处理，确定钻进参数；

21、通过钻头控制装置根据所述钻进参数调节钻头的钻进过程。

22、进一步，还包括以下步骤：

23、通过电磁波频率遥控器响应于挡位调节按钮的触发信息，调节所述检测电磁辐射信号的电磁波频率；

24、其中，所述电磁波频率遥控器包括主体、设置在所述主体上的显示屏、开关按钮、挡位调节按钮和信号发射天线。

25、进一步，所述通过电磁辐射检测装置发射检测电磁辐射信号，和，接收传回的识别电磁辐射信号，包括：

26、通过电磁辐射发送探头根据所述控制中心及反馈系统的调节信号发射预设频率的检测电磁辐射信号；

27、通过电磁辐射接收器接收所述检测电磁辐射信号经岩体传播后返回的识别电磁辐射信号；所述传播的过程包括信号的反射、散射和折射中至少一种。

28、进一步，所述通过控制中心及反馈系统对所述识别电磁辐射信号进行分析处理，确定钻进参数，包括：

29、通过控制中心对所述识别电磁辐射信号进行数字化信号处理，得到电磁波形图；以及，对所述电磁波形图进行对比分析，确定岩体裂隙化程度；

30、通过反馈系统根据所述岩体裂隙化程度，确定钻进参数；所述岩体裂隙化程度包括完整、胶状破碎带、节理裂隙密集带和断层破碎带；所述钻进参数包括钻压参数和钻速参数。

31、上述本发明实施例中的一个或多个技术方案具有如下优点：本发明的实施例通过控制中心及反馈系统调节检测电磁辐射信号的电磁波频率，能够适用于各种岩层深度的识别；通过电磁辐射检测装置发射检测电磁辐射信号和接收传回的识别电磁辐射信号，快捷进行岩体探测；进而通过对识别电磁辐射信号进行分析处理，确定钻进参数，对岩体进行实时分析，进而适应性调整钻进参数，提升钻进效率；最终通过钻头控制装置根据所述钻进参数调节钻头的钻进过程；本发明将岩体的探测识别、钻进参数调节以及钻进过程控制融为一体，具有自动化、精细化、智能化特征，促使钻进参数实时适应岩体特性。