一种瓦斯隧道围岩综合研判用钻孔设备及研判方法与流程

本发明属于围岩钻孔设备，具体地说是一种能根据所需钻孔的大小调节和进行岩芯取样的瓦斯隧道围岩综合研判用钻孔设备。

背景技术：

1、瓦斯隧道围岩综合研判是通过对隧道围岩的力学性质、变形特征、地质条件等因素进行综合评估，预测隧道开挖和运营过程中围岩的稳定性和变形情况，为隧道设计、施工和运营提供科学依据。

2、现有专利（专利公开号：cn112647881b）公开了一种车载式全自动隧道围岩取芯系统及方法，包括车辆，在车辆上设有竖直液压杆，竖直液压杆上设有水平液压杆，在水平液压杆的两端各设有一个岩石取芯装置；取芯装置包括电机、取芯钻杆、取芯筒、螺纹杆和弹簧；电机驱动取芯钻杆转动，取芯钻杆内套装取芯筒，且取芯筒的首端通过弹簧与取芯钻杆首端相连，沿着取芯钻杆的轴线方向，在取芯钻杆首端固定一个螺纹杆，在取芯筒的首端设有内螺纹，螺纹杆与内螺纹配合；在取芯钻杆的末端安装有钻头；车载式钻取岩芯工作靠自动化完成，提高工作效率，间接保证施工人员的安全；无需打入膨胀钉，节约了大部分人力，依靠液压杆和车辆实现岩芯取样的稳定性，易得到形状规则、标准的岩芯。

3、在实现上述方案的过程中，发明人发现现有技术存在如下问题未解决：现有技术在进行岩芯取样时，大多只能对单一口径的岩芯进行取样，且在岩芯取样时是通过将岩芯从围岩上拔断，然而岩芯在拔断过程中容易受损断裂，使得所取岩芯不完整，导致瓦斯隧道围岩综合研判出现偏差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种瓦斯隧道围岩综合研判用钻孔设备及研判方法，以解决现有技术中大多只能对单一口径的岩芯进行取样且岩芯在拔断过程中容易受损断裂，使得所取岩芯不完整，导致瓦斯隧道围岩综合研判出现偏差问题。

2、一种瓦斯隧道围岩综合研判用钻孔设备，包括承载单元和钻孔单元，其中，所述承载单元包括承载板，所述承载板上设置有从动齿轮，所述从动齿轮两侧分别设置有水箱和主动齿轮，所述从动齿轮顶部竖直贯穿设置有第一限位轴，所述从动齿轮与主动齿轮啮合，所述第一限位轴与从动齿轮固定连接，所述第一限位轴与承载板通过轴承连接，所述主动齿轮顶部设置有第一电机，所述第一电机的输出端竖直贯穿主动齿轮和承载板，所述第一电机的输出端与主动齿轮固定连接，所述第一电机的输出端与承载板通过轴承连接，所述水箱上设置有加压组件；

3、所述钻孔单元包括设置于所述从动齿轮顶部的承载盘，所述承载盘与第一限位轴固定连接，所述承载盘上固定连接有机械臂，所述机械臂的顶端通过电磁铁设置有安装块，所述安装块中空设置，所述安装块内设置有第二电机，所述第二电机与机械臂固定连接，且第二电机与安装块通过轴承连接，所述第二电机输出端连接有钻孔组件，所述安装块上设置有电动伸缩杆。

4、优选的，所述承载板底部四角均设置有支撑柱，所述支撑柱底部均通过万向节连接有转轮，所述第一电机上设置有支撑架，所述支撑架与承载板固定连接。

5、优选的，所述钻孔组件包括固定于所述第二电机输出端的连接环，所述连接环一侧设置有多个连接板，多个所述连接板均与连接环贴合，所述连接板上竖直贯穿设置有第一连接杆，所述第一连接杆竖直贯穿连接环，且所述第一连接杆与连接环和连接板均通过轴承连接。

6、优选的，所述钻孔组件还包括竖直开设于安装块内壁上的第一容纳槽，所述第一容纳槽内设置有限位棘轮、限位块和第二限位轴，所述限位棘轮与安装块通过轴承连接，所述限位块与限位棘轮啮合，所述第二限位轴竖直贯穿限位块，且所述第二限位轴与限位块通过扭簧连接，所述第二限位轴与第一容纳槽内壁固定连接。

7、优选的，所述连接环上竖直开设有多个第一连接槽，所述限位棘轮上竖直开设有多个第二连接槽，所述连接环和限位棘轮之间设置有多根第二连接杆，所述第二连接杆一端位于第一连接槽，所述第二连接杆另一端位于第二连接槽。

8、优选的，所述第二连接杆两端分别竖直贯穿设置有第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴与第二连接杆和限位棘轮均通过轴承连接，所述第二旋转轴竖直贯穿连接板，所述第二旋转轴与第二连接杆和连接板均通过轴承连接。

9、优选的，多个所述连接板底部固定连接有取芯管，一根所述取芯管一侧竖直开设有第二容纳槽，所述第二容纳槽内设置有连接块、连接管和高压喷头。

10、优选的，所述连接块上开设有连接口，所述连接管一端与连接口固定连接，所述连接管另一端与高压喷头固定连接，所述高压喷头输出端贯穿取芯管。

11、优选的，所述加压组件包括设置于所述水箱出水口的过滤器，所述过滤器通过管道连接有水泵，所述水泵通过管道连接有蓄能器，所述蓄能器电连接有控制器，所述蓄能器通过管道连接有液压装置，所述液压装置通过管道连接有增压器，所述控制器与第一电机、机械臂、第二电机和电动伸缩杆均通过电连接，所述控制器与水泵、液压装置和增压器均通过电连接，所述电动伸缩杆中空设置，所述蓄能器与液压装置连接的管道上设置有输水管，所述输水管一端与电动伸缩杆输出端固定连接，所述机械臂上固定连接有储水环，所述储水环中空设置，所述储水环底部设置有承接环，所述承接环与储水环通过旋转密封圈连接，所述输水管包括第一管道和第二管道，所述第一管道贯穿储水环顶部，所述第二管道贯穿承接环，所述第一管道和第二管道均与储水环内部空间连通。

12、一种瓦斯隧道围岩综合研判方法，其步骤如下：s1：首先通过转轮将设备移动至瓦斯隧道内指定的钻孔取芯位置；s2：通过控制器启动第二电机，第二电机带动连接环进行顺时针旋转，在第二连接杆的作用下，连接板逐渐张开，从而根据所需取芯的直径调节取芯管之间的位置；s3：通过控制器依次启动第一电机和机械臂，使得机械臂能带动钻孔组件到达指定钻孔取芯位置；s4：通过控制器启动第二电机，第二电机带动取芯管进行逆时针旋转，从而进行钻孔取芯；s5：取芯管开始取芯时，控制器启动水泵，将水箱的水通过输水管输送至取芯管；s6：当达到取芯长度时，通过控制器启动电动伸缩杆，使得输水管通过连接块上开设的连接口与连接管连接；s7：通过控制器启动蓄能器、液压装置和增压器，使得水流被加压，从高压喷头喷出，形成水刀，将岩芯从围岩上取下；s8：将取下的岩芯进行研判，从而获取围岩的物理性质、力学性质和岩性特征。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、1、本发明通过通过控制器启动第二电机，使得第二电机带动连接环进行顺时针旋转，连接环通过第二连接杆带动限位棘轮进行顺时针旋转，使得第二连接杆逐步带动连接板展开，从而调节取芯管之间的间距，使得本设备能根据所需钻孔的大小进行调节，提升装置的使用范围，便于研判人员判断取出的岩芯孔径是否会对围岩的物理性质、力学性质和岩性特征产生影响。

15、2、本发明通过限位块和第二限位轴对限位棘轮进行阻挡，避免限位棘轮进行逆时针旋转，从而使得取芯管保持钻孔所需口直径，降低钻孔口径出现偏差的概率。

16、3、本发明通过水泵和蓄能器对过滤器内过滤完成的水进行输送，从而使得水从输水管与电动伸缩杆固定连接的一端流出，浇在正在旋转钻孔取芯的取芯管上，从而对取芯管进行降温，同时水流对取芯管进行润滑，便于取芯管钻孔；水流还能在对取芯管进行保护的同时，将研磨出的砂砾带出，降低砂砾在取芯管和岩芯之间导致岩芯受损的概率。

17、4、本发明电动伸缩杆带动输水管进行移动，从而完成输水管与连接块对接，使得经过液压装置和增压器加压的水流由输水管流至连接管内，再由高压喷头喷出，从而形成水刀，将岩芯从瓦斯隧道围岩上分离下来，避免强行将岩芯从瓦斯隧道围岩拉拽下来，导致岩芯受损的情况发生，保障岩芯的完整性，便于研判人员对围岩的物理性质、力学性质和岩性特征进行获取。