钻孔内裂隙空间产状的成像系统技术方案

钻孔内裂隙空间产状的成像系统，属于岩体物理参数测量技术领域，以克服现有钻孔成像仪装置采用数据线传输过程复杂、机械化程度低、测量结果精度低以及人工推送钻杆导致摄取影像模糊或有黑线条等的缺点。包括钻孔成像仪主机及与其无线连接的钻孔成像仪探头，钻孔成像仪探头设置于居中器中间，居中器尾部与推杆的一端相连，推杆还与探头推进装置相连，在探头推进装置的作用下通过推杆推进钻孔成像仪探头，探头推进装置中还设置有深度计数器，深度计数器与钻孔成像仪主机无线相连，将深度计数器测量的深度信号发送给钻孔成像仪主机，还包括与钻孔成像仪主机相连的计算机。本实用新型专利技术适用于矿山开采、土木、隧道施工过程中。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于岩体物理参数测量
，涉及一种新型钻孔内裂隙空间产状的成像系统。
技术介绍
煤炭是我国的主体能源，煤矿产业也是我国经济发展中其他相关企业发展的基础，在我国一直都有着重要的地位。近10年来，随着资源利用的加剧，地球浅部资源日益减少，资源开采逐渐向深部拓展，国内外矿山逐步进入深部资源开采状态。然而，我国煤矿地质条件极其复杂，随着煤矿开采深度逐渐增大，深部煤层开采具有高应力、高井温、高井深、瓦斯含量高、渗透性低、煤矿变化梯度大等特点，且随着深度的增加，瓦斯突出、冒顶等重特大事故的概率也逐渐增大，而瓦斯主要通过煤层空隙或裂隙流动，因此煤岩体空隙和裂隙的空间产状对瓦斯在煤层中的流动规律有决定性因素。为了探明瓦斯在煤层孔裂隙间的流动规律，现场实验中通常采用钻孔成像仪探测孔内裂隙空间产状，探究工作面高强度开采条件下煤岩体裂隙网络分布特征及演化规律，以避免井下瓦斯突出、冒顶及片方等灾害事故的发生。目前，广泛运用的探测钻孔裂隙空间产状的钻孔成像仪装置，包括探头、推杆、深度计数器、钻孔成像仪主机、数据传输线。探测钻孔裂隙时，首先利用数据传输线通过深度计数器将钻孔成像仪与探头连接好，打开主机，然后使用手持式推杆将探头逐渐向孔底推进，测量钻孔的裂隙空间产状。然而，该方法存在以下不足：1.每次进行监测时，钻孔内采用有线方式连接使得仪器连接繁琐，导致实验效率低下；2.进行探测时，数据传输线与孔壁摩擦容易导致数据线损坏，且探头容易卡死在钻孔孔内，在携带和实验过程中容易损坏，降低实验效率，且增大了实验成本，影响监测进程，延误整个实验的时间；3.深度计数器的原理是通过数据线与深度计数器带动滚轮转动记录深度，这种深度记数方式人为影响因素大，测量精度低，增大监测数据的误差；4.采用的手持式推杆，不能保证缓慢匀速地推进探头，导致记录的图像不完整或生成的图片有黑线等缺点，影响监测结果。因此，现在亟需一种高精度、高机械化且能够使得探头平稳推进的钻孔内裂隙空间产状的成像系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的钻孔成像仪装置采用数据线传输过程复杂、机械化程度低、测量结果精度低以及人工推送钻杆导致摄取影像模糊或有黑线条等的缺点，提供一种钻孔内裂隙空间产状的成像系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：钻孔内裂隙空间产状的成像系统，包括钻孔成像仪主机及与其无线连接的钻孔成像仪探头，钻孔成像仪探头设置于居中器中间，居中器用于使得钻孔成像仪探头的中心线与钻孔中心线重合，居中器尾部与推杆的一端相连，推杆还与探头推进装置相连，在探头推进装置的作用下通过推杆推进钻孔成像仪探头，探头推进装置中还设置有深度计数器，深度计数器与钻孔成像仪主机无线相连，将深度计数器测量的深度信号发送给钻孔成像仪主机，还包括与钻孔成像仪主机相连的计算机。进一步的，钻孔成像仪探头依次包括玻璃透光管、照明及摄像单元、三维罗盘、信号板、无线传输单元，还包括电池，三维罗盘用于测量钻孔的方位角、倾角以及钻孔成像仪探头的滚角，照明及摄像单元分别与信号板及电池相连，三维罗盘及无线传输单元分别与信号板相连，无线传输单元又与电池相连，信号板将三维罗盘测量的钻孔方位角、倾角以及钻孔成像仪探头的滚角的数据信号与照明及摄像单元获得的视频信号整合，并通过无线传输单元无线传输给钻孔成像仪主机。优选的，钻孔成像仪探头还包括设置于其外部的保护壳，其材质为硬质塑料，照明及摄像单元包括照明模块及摄像模块，照明模块为LED发光二极管，摄像模块为防震高清针孔摄像头，电池为电镍氢井下专用防爆电池。进一步的，居中器包括位于钻孔成像仪探头前端的前端导轮单元和后端的后端导轮单元，前端导轮单元包括相互垂直的第一滚轮和第二滚轮，第一滚轮位于第二滚轮前端，第二滚轮位于钻孔成像仪探头前端，后端导轮单元包括绕轴平行布置的第三滚轮和第四滚轮，第三滚轮的圆心和第四滚轮的圆心通过连接轴相连，第一滚轮的圆心、第二滚轮的圆心以及连接轴的中轴线与钻孔成像仪探头的中心线位于同一水平线上，各个滚轮的直径与钻孔孔径相适配。进一步的，推杆的数目为若干根，每一个推杆的前端设置有螺杆，后端设置有螺纹凹槽，所述螺杆与螺纹凹槽相适配，每两根推杆之间通过前一推杆的螺纹凹槽和后一推杆的螺杆相互连接，推杆底侧设置有底部凹槽，底部凹槽内设有齿槽。优选的，探头推进装置包括底座，底座上设置有机箱，机箱内安装有动力装置，动力装置与电源开关相连，动力装置通过传动机构与推杆箱相连，所述推杆箱中设置有用于放置推杆的推杆腔，还包括用于支撑推杆箱并能够调节推杆箱角度的撑杆，推杆腔下方设置有用于推进推杆的推进齿轮，推进齿轮与齿槽相适配，推进齿轮还分别与深度计数器及压力传感器相连，压力传感器还与电源开关相连，当推杆卡死在钻孔内，推进齿轮的压力超过压力传感器的限值则会自动触发电源开关关闭探头推进装置。具体的，底座包括矩形框架和设置在矩形框架上的金属垫板，撑杆为可伸缩的液压撑杆，所述撑杆的长度方向与推杆腔长度方向所成角度的范围为45-90°，推杆腔长度方向与水平方向所成角度的范围为0-90°，推杆腔内设置有与推杆耦合的卡槽，动力装置为转速和转向可调的马达，推进齿轮个数为两个，二者靠皮带传动连接。优选的，深度计数器包括感应单元、数据转换单元和无线发射单元，感应单元包括贴合在推进齿轮上的感应芯片，其精度为0.1mm，其计数原理如下：通过感应单元与齿轮上的感应芯片，测定齿轮转数n，则钻孔深度为l＝nπd，其中，d为齿轮直径(mm)；转换单元将测得数据转化为电信号，通过无线发射单元传输给钻孔成像仪主机。进一步的，钻孔成像仪主机包括主控制单元以及分别与主控制单元相连的图像显示单元、数据存储单元及无线接收单元，无线接收单元与钻孔成像仪探头的无线传输单元和深度计数器的无线发射单元相连，图像显示单元用于显示视频图像，数据存储单元用于将钻孔成像仪探头摄取的视频信号和深度计数器测量的深度信号整合转换为数字信号，并转换成图像数据进行储存。进一步的，所述计算机通过数据线与钻孔成像仪主机相连。本技术的有益效果是：结构简单，易于操作，测量精度高、机械化程度高、能够实现高速无线传输，现场易于布置装置，减少布线带来的麻烦，钻孔成像仪探头摄取带有探头倾角和滚角参数的视频信号，通过无线高速传输给钻孔成像仪主机；同时通过探头推进装置可以保证平稳推进钻孔成像仪探头，确保视频信号清晰可见，无需人工推送钻杆，避免探头摄取的影像模糊或有黑线条等，且利用深度计数器能够实时测量钻孔深度，可以提高钻孔深度数据精度。本技术适用于测量岩体物理参数，可广泛使用在矿山开采、土木、隧道施工过程中。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术钻孔成像仪探头与居中器的前视图；图3是本技术中钻孔成像仪探头与居中器的俯视图；图4是本技术中推杆的结构示意图；图5是本技术中探头推进装置的结构示意图；图6是本技术中推杆箱的结构示意图；其中，1为居中器，2为钻孔成像仪探头，2-1为保护壳，2-2为玻璃透光管，2-3为照明及摄像单元，2-4为三维罗盘，2-5为信号板，2-6为无线传输单元，2-7为电池，3为推杆，3-1为螺杆，3-2为螺纹凹槽，3-3为齿槽，4为探头推进装置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
钻孔内裂隙空间产状的成像系统，其特征在于，包括钻孔成像仪主机(5)及与其无线连接的钻孔成像仪探头(2)，钻孔成像仪探头(2)设置于居中器(1)中间，居中器(1)用于使得钻孔成像仪探头(2)的中心线与钻孔中心线重合，居中器(1)尾部与推杆(3)的一端相连，推杆(3)还与探头推进装置(4)相连，在探头推进装置(4)的作用下通过推杆(3)推进钻孔成像仪探头(2)，探头推进装置(4)中还设置有深度计数器(4‑7)，深度计数器(4‑7)与钻孔成像仪主机(5)无线相连，将深度计数器(4‑7)测量的深度信号发送给钻孔成像仪主机(5)，还包括与钻孔成像仪主机(5)相连的计算机(7)。

【技术特征摘要】
1.钻孔内裂隙空间产状的成像系统，其特征在于，包括钻孔成像仪主机(5)及与其无线连接的钻孔成像仪探头(2)，钻孔成像仪探头(2)设置于居中器(1)中间，居中器(1)用于使得钻孔成像仪探头(2)的中心线与钻孔中心线重合，居中器(1)尾部与推杆(3)的一端相连，推杆(3)还与探头推进装置(4)相连，在探头推进装置(4)的作用下通过推杆(3)推进钻孔成像仪探头(2)，探头推进装置(4)中还设置有深度计数器(4-7)，深度计数器(4-7)与钻孔成像仪主机(5)无线相连，将深度计数器(4-7)测量的深度信号发送给钻孔成像仪主机(5)，还包括与钻孔成像仪主机(5)相连的计算机(7)。2.如权利要求1所述的钻孔内裂隙空间产状的成像系统，其特征在于，钻孔成像仪探头(2)依次包括玻璃透光管(2-2)、照明及摄像单元(2-3)、三维罗盘(2-4)、信号板(2-5)、无线传输单元(2-6)，还包括电池(2-7)，三维罗盘(2-4)用于测量钻孔的方位角、倾角以及钻孔成像仪探头(2)的滚角，照明及摄像单元(2-3)分别与信号板(2-5)及电池(2-7)相连，三维罗盘(2-4)及无线传输单元(2-6)分别与信号板(2-5)相连，无线传输单元(2-6)又与电池(2-7)相连，信号板(2-5)将三维罗盘(2-4)测量的钻孔方位角、倾角以及钻孔成像仪探头的滚角的数据信号与照明及摄像单元(2-3)获得的视频信号整合，并通过无线传输单元(2-6)无线传输给钻孔成像仪主机(5)。3.如权利要求2所述的钻孔内裂隙空间产状的成像系统，其特征在于，钻孔成像仪探头(2)还包括设置于其外部的保护壳(2-1)，其材质为硬质塑料，照明及摄像单元(2-3)包括照明模块及摄像模块，照明模块为LED发光二极管，摄像模块为防震高清针孔摄像头，电池(2-7)为电镍氢井下专用防爆电池。4.如权利要求1所述的钻孔内裂隙空间产状的成像系统，其特征在于，居中器(1)包括位于钻孔成像仪探头(2)前端的前端导轮单元和后端的后端导轮单元，前端导轮单元包括相互垂直的第一滚轮和第二滚轮，第一滚轮位于第二滚轮前端，第二滚轮位于钻孔成像仪探头(2)前端，后端导轮单元包括绕轴平行布置的第三滚轮和第四滚轮，第三滚轮的圆心和第四滚轮的圆心通过连接轴相连，第一滚轮的圆心、第二滚轮的圆心以及连接轴的中轴线与钻孔成像仪探头(2)的中心线位于同一水平线上，各个滚轮的直径与钻孔孔径相适配。5.如权利要求1所述的钻孔内裂隙空间产状的成像系统，其特征在于，推杆(3)的数目为若干根，每一个推杆(3)的前端设置有螺杆(3-1)，后端设置有螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安强，贾哲强，谢晶，谭强，邱治强，汪文勇，张茹，高明忠，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川;51