一种微云台、凿岩定向钻进系统及方法与流程

本发明属于隧道工程定向凿岩，具体涉及一种微云台、凿岩定向钻进系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、隧道采用钻孔爆破法施工时易出现超欠挖问题，严重的会直接影响施工进度、质量安全，还使开挖费用增加。过量超填的费用和欠挖处理的费用，提高了工程成本，大幅减少利润，甚至造成项目亏损，尤其初期支护喷射混凝土超耗率达到100％～200％，甚至更高，严重增加了施工成本，影响了施工进度。

3、精准的钻孔控制能有效减少超欠挖问题，现在的矿山隧道施工多采用人工风枪钻孔，严重依赖钻孔工人的经验，在隧道光线不好的情况下，定位测量主要还是依赖工人眼睛的观察，精准度不高，偏差角度较大，如循环进尺按3米计算，角度偏斜1度，外倾偏差就有5.2m。隧道直径按6米计算，每米进尺就超挖约1立方米，在现在的市场行情下，超挖的爆破材料成本、外运石碴成本和喷射混凝土成本每米进尺就要增加700元以上。除此之外，还有采用全站仪和经纬仪来测量打孔角度，因现场钻孔平台不平稳，测量程序复杂，不便测量，用来和风枪配合定位，仪器架设不方便，效率低，且全站仪和经纬仪成本高，需要专业测量人员测量。

4、因此，发明人发现，炮孔定向钻进精度差、效率低，对操作人员经验要求高，已然成为隧道经济施工的瓶颈工序。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种微云台、凿岩定向钻进系统及方法，其能够实现在掌子面指定点位对垂直于壁面或对钻入倾角有特殊要求的钻孔进行精准钻进的指导，并保证钻机工作过程中激光器与激光束指向的稳定性、激光束精准指导作用的持续性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供了一种微云台。

4、一种微云台，其用于支撑定位钻进激光器；

5、所述微云台包括：微云台稳定器；所述微云台稳定器还与三个相互垂直方向上的驱动电机通讯连接；所述微云台稳定器下部连有底座，面向定向钻孔工作面的所述底座一侧嵌置有微距测量传感器，所述微距测量传感器用于检测振动信号至微云台稳定器，所述微云台稳定器用于控制三个驱动电机转动，带动定位钻进激光器在三个相互垂直方向旋转，直至调整激光束至初始指定角度。

6、作为一种实施方式，所述微云台还包括固定环套和支撑杆，所述固定套环的内周与定位钻进机构的外壳体紧密连接，所述支撑杆固接在所述固定环套上。

7、上述技术方案的优点在于，提高微云台与定位钻进机构连接的稳定性，最终保证激光束的稳定性。

8、作为一种实施方式，所述微距测量传感器通过总线协议与微云台稳定器通信。

9、上述技术方案的优点在于，这样能够避免连接通信电缆，同时保障信号温度传输。

10、作为一种实施方式，所述驱动电机为两相霍尔传感器的无刷伺服电机。

11、上述技术方案的优点在于，两相霍尔传感器的无刷伺服电机具有小体积下产生更大扭矩，降低功耗的效果。

12、作为一种实施方式，所述底座内置有微型电池与微控电路板，所述微型电池用于给微控电路板和提供电能；所述微控电路板与所述微距测量传感器通讯。

13、作为一种实施方式，所述微型电池与所述微控电路板通过导线连接；

14、作为一种实施方式，所述微控电路板与所述微云台稳定器通过软排线连接；

15、作为一种实施方式，所述微型电池通过卡扣活动连接于底座内部。

16、本发明的第二个方面提供了一种凿岩定向钻进系统。

17、一种凿岩定向钻进系统，包括：定位钻进机构、定位钻进激光器和如上述所述的微云台；

18、所述微云台安装在定位钻进机构上，用于支撑所述定位钻进激光器，以保证所述定位钻进激光器所发射的激光束指向稳定。

19、作为一种实施方式，所述定位钻进激光器采用卡扣连接的方式与微云台固定连接。

20、作为一种实施方式，所述定位钻进激光器包括激光灯头、开关控件和倾角调节器，所述激光灯头用于发射激光束，所述开关控件用于控制激光灯头的开启与关闭，所述倾角调节器用于调整激光灯头的方向，以达到控制激光束指向的目的。

21、本发明的第三个方面提供了一种凿岩定向钻进方法。

22、一种凿岩定向钻进方法，基于如上述所述的凿岩定向钻进系统；所述凿岩定向钻进方法，包括：

23、确定隧道掌子面钻孔位置与倾角；

24、安装定向钻进激光器与微云台；

25、根据施工现场情况与掌子面上待进行超前钻进工作的钻孔倾角，调节定向定位钻进激光器上的倾角调节器，将激光灯头调整至指定角度并锁定定位钻进激光器；

26、启动定向钻进机构，将钻头靠近掌子面上待进行超前钻进工作的指定钻孔位置，沿激光束指导方向匀速钻进。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、(1)本发明的微云台中的微云台稳定器，利用三个相互垂直方向上的驱动电机实现了全方位抵消定位钻进激光器的晃动，再结合面向定向钻孔工作面一侧设置的微距测量传感器检测振动信号，由微云台稳定器通过振动信号来控制三个驱动电机转动，进而带动定位钻进激光器在三个相互垂直方向旋转，最终直至调整激光束至初始指定角度，实现了在掌子面指定点位对垂直于壁面或对钻入倾角有特殊要求的钻孔进行精准钻进的指导，并保证了钻机工作过程中激光器的稳定性、激光束精准指导作用的持续性，大幅度降低对钻孔工人的钻进经验与仪器使用技术的要求。

29、(2)本发明的凿岩定向钻进系统包括定位钻进机构、定位钻进激光器和微云台，其中微云台中的微云台稳定器通过接收的振动信号来控制三个驱动电机转动，进而带动定位钻进激光器在三个相互垂直方向旋转，最终直至调整激光束至初始指定角度，最终保证所述定位钻进激光器所发射的激光束指向稳定，降低了工人在进行定向钻进工作过程中的校正时间和操作误差，极大的提高了钻孔的有效性与准确性，有效减少后续施工出现的超欠挖问题，大幅降低隧道工程成本的同时保障了施工进度。

30、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种微云台，其特征在于，所述微云台用于支撑定位钻进激光器；

2.如权利要求1所述的微云台，其特征在于，所述微云台还包括固定环套和支撑杆，所述固定套环的内周与定位钻进机构的外壳体紧密连接，所述支撑杆固接在所述固定环套上。

3.如权利要求1所述的微云台，其特征在于，所述微距测量传感器通过总线协议与微云台稳定器通信。

4.如权利要求1所述的微云台，其特征在于，所述驱动电机为两相霍尔传感器的无刷伺服电机。

5.如权利要求1所述的微云台，其特征在于，所述底座内置有微型电池与微控电路板，所述微型电池用于给微控电路板和提供电能；所述微控电路板与所述微距测量传感器通讯。

6.如权利要求5所述的微云台，其特征在于，所述微型电池与所述微控电路板通过导线连接；

7.一种凿岩定向钻进系统，其特征在于，包括：定位钻进机构、定位钻进激光器和如权利要求1-6中任一项所述的微云台；

8.如权利要求7所述的凿岩定向钻进系统，其特征在于，所述定位钻进激光器采用卡扣连接的方式与微云台固定连接。

9.如权利要求7所述的凿岩定向钻进系统，其特征在于，所述定位钻进激光器包括激光灯头、开关控件和倾角调节器，所述激光灯头用于发射激光束，所述开关控件用于控制激光灯头的开启与关闭，所述倾角调节器用于调整激光灯头的方向，以达到控制激光束指向的目的。

10.一种凿岩定向钻进方法，其特征在于，基于如权利要求7-9中任一项所述的凿岩定向钻进系统；所述凿岩定向钻进方法，包括：

技术总结本发明属于隧道工程定向凿岩技术领域，提供了一种微云台、凿岩定向钻进系统及方法。其中，凿岩定向钻进系统，包括定位钻进激光器、微云台和风枪；微云台安装在风枪上，用于支撑所述定位钻进激光器；微云台包括微云台稳定器；微云台稳定器还与三个相互垂直方向上的驱动电机连接；微云台稳定器下部连有底座，面向定向钻孔工作面的所述底座一侧嵌置有微距测量传感器，微距测量传感器用于检测振动信号至微云台稳定器，微云台稳定器用于控制三个驱动电机转动，带动定位钻进激光器在三个相互垂直方向旋转，直至调整激光束至初始指定角度。本发明具有提高风枪凿岩钻进的准确性、有效性与高效性的优点。技术研发人员：申永利,敬艺,贾润枝,周宗青,郭志华,高成路,郝勇健,成帅,肖乾东受保护的技术使用者：中化学交通建设集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11