CN108798637B - 一种精确定位的钻孔窥视探测方法及其推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确定位的钻孔窥视探测方法及其推进装置，它是通过钻孔窥视系统进行的，主要是在钻孔电视主机的显示屏上设置多个等间距的同心圆作为测量标尺，和将将钻孔窥视系统的摄像探头安装在带有可伸缩三脚架的装置体上，装置体底端通过螺纹连接在推杆上，钻孔电视主机的电缆线从推杆的空心中穿过，摄像探头的数据线通过电缆线与钻孔电视主机连接；向钻孔中推进，进行裂隙探测；电视主机收集记录在测量标尺上显示的钻孔内壁影像；分析多次探测的裂隙数据变化情况，从而得到裂隙的演化过程和发展趋势，为下一步计算岩层位移走向提供准确依据，指导岩体工程的实际设计和施工。

Description

一种精确定位的钻孔窥视探测方法及其推进装置

技术领域

本发明涉及工程勘察钻孔探测技术领域。

背景技术

随着矿山资源开采深度的增加，开采后引起采场原始应力发生变化，例如煤层围岩产生应力增加区和降低区，这些变化导致了煤层上覆岩层内形成采动裂隙，甚至引起岩层位移场变化。然而裂隙的存在使岩体强度降低，一定程度上控制着岩体失稳破坏模式，尤其深部岩层在结构面和高应力的双重作用下，裂隙岩体呈现出更加复杂的变形和破坏特征。

目前探测岩体裂隙比较先进的方法是采用钻孔窥视系统。钻孔窥视系统包括是将摄像探头安装在装置体里，装置体安装在推杆上，摄像探头数据线通过电缆线与钻孔电视主机连接，通过推杆将摄像探头推到钻孔里，摄像探头探测的钻孔壁情况在钻孔电视主机上显示出来。采用钻孔窥视系统获取的岩层裂隙的图像数据具有直观可视化，可观测到岩层的完整性以及观测到受采动岩体的裂隙发育情况，被广泛应用于矿山勘测和岩体勘察，为设计和施工提供可靠的资料。

随着工程的发展，需要针对岩体实际问题开展研究和判断，需要，例如裂隙深度、倾角、走向等；因此对钻孔窥视系统的探测功能等要求不断提高，特别是在裂隙发展和演化应用中通过图像处理技术对窥视精确定位、清晰度有较高要求。由于现有的钻孔窥探系统多针对定位裂隙形态和岩层破裂情况，摄像探头在探测过程中不能始终保持居中、平稳状态，难以对孔内裂隙形态进行准确描述。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种精确定位的钻孔窥视探测方法及其推进装置。

本发明所提供的一种精确定位的钻孔窥视探测方法，是通过钻孔窥视系统进行的，其特征在于：

第一步，在钻孔电视主机的显示屏上设置多个等间距的同心圆作为测量标尺，测量标尺分为径向标尺和环向标尺，同心圆半径为径向标尺，用于测量目标点距离摄像探头的距离度，同心圆的圆周角为环向标尺，用于测量目标点在钻孔周边的倾角；

第二步，制作一个居中探测头；居中探测头是在一个装置体的顶端安装有钻孔窥视系统的摄像探头，并设上透明保护罩，摄像探头应处于装置体中心线上；装置体上设有可自动展开的三脚架，三脚架的每个支撑腿底端安装上脚轮；三脚架展开应紧贴在钻孔壁上；

第三步，将钻孔电视主机的电缆线从空心推杆中穿过，穿过后与摄像探头的数据线连接，并将空心推杆与装置体底端通过螺纹连接；

然后用空心推杆将居中探测头推送到钻孔内，三脚架在钻孔内自动展开，展开后脚轮应顶在钻孔壁上，使摄像探头保持居中状态，并根据电视主机显示屏上的测量标尺进行校核；

校核后，向钻孔中推进，进行裂隙探测；所述的推杆由多段等长度的杆组成，通过螺纹相互连接，边推进边连接；每根推杆上设有校准线，要求在杆与杆相互连接后保证校准线相互衔接成一条直线；

第四步，在推进过程中，如显示屏上显示出孔内有裂隙存在时，电视主机根据推杆的长度和进入钻孔的数量计算裂隙在孔内所处的深度值，选取参考基准点对该裂隙进行精确的定位，收集记录在测量标尺上显示的钻孔内壁影像；

第五步，继续推进，推进中当遇到钻孔有岩粉和碎石时，三脚架自动收缩，待顺利通过后再展开，直至整个钻孔内的所有裂隙探测记录完毕；

第六步，对裂隙影像进行处理，从图像裂隙形态反演实际的岩层裂隙形态；通过显示屏上水平坐标中裂隙与径向标尺的相交点，即各径向标尺圆的半径来判断该裂隙的深度；通过显示屏上水平坐标中裂隙与径向标尺和环向标尺的相交点，对应出孔内柱坐标的测量标尺的裂隙位置，相交点连接曲线反映了实际裂隙形态，对该裂隙进行位置定位，判断裂隙的倾角和走向等参数，进而反演出该裂隙当时的实际形态；

第七步，每隔一定时间对同一个裂隙按照上述第三步、第四步方法多次探测；

根据多次探测的裂隙数据变化情况，对该段钻孔的地质信息、地层原位状态和断层产状、具体位置进行分析，从而得到裂隙的演化过程和发展趋势，为下一步计算岩层位移走向提供准确依据，指导岩体工程的实际设计和施工。

本发明提供的一种钻孔窥视推进装置，其特征在于，由居中探测头和空心推杆共同组成；所述的居中探测头是在一个装置体的顶端安装有钻孔窥视系统的摄像探头，并设上透明保护罩，摄像探头应处于装置体中心线上；装置体上设有可自动展开的三脚架，三脚架的每个支撑腿底端安装上脚轮；上述的三脚架的结构是，在装置体上设有三个凹槽，装置体内设有中空圆柱，三个凹槽内分别铰接有支撑腿，支撑腿底端设有脚轮；中空圆柱上套有滑套和压力弹簧，滑套上铰接有与支撑腿对应的控制杆，控制杆的另一端铰接在支撑腿上，构成剪刀原理的结构，在自然状态下，压力弹簧顶在滑套上使支撑腿处于撑开状态；所述的的摄像探头安装在装置体顶端并设上透明保护罩，摄像探头应处于装置体中心线上；所述的推杆为中空推杆，由多段等长度的中空杆通过螺纹相互连接组成，每根中空杆上设有校准线，要求在中空杆与中空杆相互连接后保证校准线相互衔接成一条直线；摄像探头的数据线连接在电缆线上，电缆线穿过装置体的中空圆柱和中空推杆后连接在钻孔电视主机上。

为了防止钻孔掉渣使脚轮堵塞，在脚轮的上方设有遮挡片。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过自动展开的三脚架使摄像探头在钻孔内始终保持居中位置和平稳推进，提高钻孔内壁影像的准确度，再通过推杆上的校准线，使数据探测的更加精确；三脚架具有自动收缩功能可顺利通过孔内碎石或方便撤出钻孔；多段推杆通过螺纹连接任意加长，适合不同深度的钻孔探测。

2.本发明通过显示屏上设置测量标尺，测量前根据镜头进行校核，通过径向标尺可测量目标点距离镜头的深度，通过环向标尺可测量目标点在孔周的倾角，准确对裂隙进行定位，获得裂隙的深度、倾角、走向和位置等地质信息，通过图像裂隙进而反演出实际裂隙的演化形态。

3.本发明设备体积小，携带方便，易于安装，操作简单，适用范围广，可用于各种方向的钻孔，尤其是水平钻孔和倾斜钻孔，以及不同孔径的钻孔。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2a和图2b为本发明钻孔窥视推进装置结构示意图；其中图2a所示的是压力弹簧设在下面，图2b所示的是压力弹簧设在上面；

图3为推杆示意图；

图4和图5为测量标尺及探测原理示意图；其中图4为水平坐标示意图，图5为柱坐标示意图。

图中：

1-透明保护罩，2-摄像探头，3-装置体，4-支撑腿，5-控制杆，6-脚轮，7-中空圆柱，8-凹槽，9-空心推杆，10-压力弹簧，11-滑套，12-校准线，13-螺纹柱，14-螺纹孔，15-钻孔电视主机，16-控制面板，17-显示屏，18-电缆线，19-测量标尺，20-钻孔，21-环向标尺，22-径向标尺，23-遮挡片。

I-第一径向标尺，II-第二径向标尺，III-第三径向标尺，IV-第四径向标尺，V-第五径向标尺。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明予以详细描述。

如图1所示，一种精确定位的钻孔窥视探测方法，如下：

第一步，在钻孔电视主机的显示屏17上通过控制面板16设置五个等间距的同心圆作为测量标尺19，测量标尺19分为径向标尺22和环向标尺21，同心圆半径为径向标尺，用于测量目标点距离摄像探头的深度，同心圆的0°～360°圆周角刻度射线作为环向标尺21，用于测量目标点在钻孔20周边的倾角；

测量标尺19如图4所示；图5还显示五个同心圆半径代表了在钻孔深度上的第一径向标尺I、第二径向标尺II、第三径向标尺III、第四径向标尺IV和第五径向标尺V；

第二步，制作一个居中探测头；居中探测头是在一个装置体3的顶端安装有钻孔窥视系统的摄像探头2，并设上透明保护罩1，摄像探头2应处于装置体3中心线上；装置体3上设有可自动展开的三脚架，三脚架的每个支撑腿4底端安装上脚轮6；

第三步，将钻孔电视主机的电缆线18从空心推杆9中穿过，穿过后与摄像探头2的数据线连接，并将空心推杆9与装置体3底端通过螺纹连接；

然后用空心推杆9将居中探测头推送到钻孔20内，三脚架在钻孔20内自动展开，展开后脚轮6应紧贴在钻孔20壁上，使摄像探头2保持居中状态，并根据电视主机显示屏17上的测量标尺19进行校核；

校核后，向钻孔20中推进，进行裂隙探测；所述的空心推杆9由多段等长度的杆组成，通过杆一端的螺纹柱13和另一端的螺纹孔14相互连接，边推进边连接；每根杆上设有校准线12，要求在杆与杆相互连接后保证校准线12相互衔接成一条直线，如图3所示；

第四步，在推进过程中，如显示屏17上显示出孔内有裂隙存在时，钻孔电视主机15根据空心推杆9的长度和进入钻孔的数量计算裂隙在孔内所处的深度值，选取参考基准点对该裂隙进行精确的定位，收集记录在测量标尺19上显示的钻孔20内壁影像；

第五步，继续推进，推进中当遇到钻孔20有岩粉和碎石时，三脚架自动收缩，待顺利通过后再展开，直至整个钻孔内的所有裂隙探测记录完毕；

第六步，对裂隙影像进行处理，从图像裂隙形态反演实际的岩层裂隙形态；如图4中，显示了某裂隙在水平坐标的测量标尺19的位置形态，在测量标尺19上确定该裂隙与第一至第五径向标尺I，II，III，IV，V的相交点，以及该裂隙分别与环向标尺21成α1，α2，α3，α4，α5倾角，结合该裂隙与测量标尺19的相交点，通过设置径向标尺22和环向标尺21参数来得到相应柱坐标，相交点连接曲线反映了实际裂隙形态(见图5)，进而确定该裂隙实际裂隙深度，定位位置，判断裂隙的倾角和走向等参数；通过对钻孔内壁一系列裂隙的探测；

第七步，每隔一定时间对同一个裂隙按照上述第三步、第四步方法多次探测；

根据多次探测的裂隙数据变化情况，对该段钻孔的地质信息、地层原位状态和断层产状、具体位置进行分析，从而得到裂隙的演化过程和发展趋势，为下一步计算岩层位移走向提供准确依据，指导岩体工程的实际设计和施工。

如图2a和2b所示，本发明提供的一种钻孔窥视推进装置，由居中探测头和空心推杆9共同组成；所述的居中探测头是在一个装置体3的顶端安装有钻孔窥视系统的摄像探头2，并设上透明保护罩1，摄像探头2应处于装置体3中心线上；装置体3上设有可自动展开的三脚架，三脚架的每个支撑腿4底端安装上脚轮6；三脚架展开时脚轮6紧贴在孔壁上；三脚架的结构是，在装置体3上设有三个凹槽8，装置体3内设有中空圆柱7，三个凹槽8内分别铰接有支撑腿4，支撑腿4底端设有脚轮6；中空圆柱7上套有滑套11和压力弹簧10，滑套11上铰接有与支撑腿4对应的控制杆5，控制杆5的另一端铰接在支撑腿4上，构成剪刀原理的结构，在自然状态下，压力弹簧10顶在滑套11上使支撑腿4处于撑开状态；所述的摄像探头2安装在装置体3顶端并设上透明保护罩1，摄像探头2应处于装置体3中心线上；所述的空心推杆9为中空推杆，由多段等长度的中空杆组成，通过螺纹柱13和螺纹孔14相互连接；每根中空杆上设有校准线12，要求在中空杆与中空杆相互连接后保证校准线12相互衔接成一条直线；摄像探头2的数据线连接在电缆线18上，电缆线18穿过装置体3的中空圆柱和空心推杆9后连接在钻孔电视主机15上。

为了防止钻孔掉渣使脚轮6堵塞，在脚轮的上方设有遮挡片23。

Claims (2)

1.一种精确定位的钻孔窥视探测方法，该方法是通过钻孔窥视系统进行的，其特征在于：

第一步，在钻孔电视主机的显示屏上设置多个等间距的同心圆作为测量标尺，测量标尺分为径向标尺和环向标尺，同心圆半径为径向标尺，用于测量目标点距离摄像探头的距离度，同心圆的圆周角为环向标尺，用于测量目标点在钻孔周边的倾角；

第二步，制作一个居中探测头；居中探测头是在一个装置体的顶端安装有钻孔窥视系统的摄像探头，并设上透明保护罩，摄像探头应处于装置体中心线上；装置体上设有可自动展开的三脚架，三脚架的每个支撑腿底端安装上脚轮； 所述的三脚架结构是，在装置体上设有三个凹槽，装置体内设有中空圆柱，三个凹槽内分别铰接有支撑腿，支撑腿底端设有脚轮；中空圆柱上套有滑套和压力弹簧，滑套上铰接有与支撑腿对应的控制杆，控制杆的另一端铰接在支撑腿上，构成剪刀原理的结构，在自然状态下，压力弹簧顶在滑套上使支撑腿处于撑开状态；

第三步，将钻孔电视主机的电缆线从空心推杆中穿过，穿过后与摄像探头的数据线连接，并将空心推杆与装置体底端通过螺纹连接；

然后用空心推杆将居中探测头推送到钻孔内，三脚架在钻孔内自动展开，展开后脚轮应紧贴在钻孔壁上，使摄像探头保持居中状态,并根据电视主机显示屏上的测量标尺进行校核；

校核后，向钻孔中推进，进行裂隙探测；所述的空心推杆由多段等长度的杆组成，通过螺纹相互连接，边推进边连接；每根杆上设有校准线，要求在杆与杆相互连接后保证校准线相互衔接成一条直线；

第四步，在推进过程中，如显示屏上显示出孔内有裂隙存在时，电视主机根据空心推杆的长度和进入钻孔的数量计算裂隙在孔内所处的深度值，选取参考基准点对该裂隙进行精确的定位，收集记录在测量标尺上显示的钻孔内壁影像；

第五步，继续推进，推进中当遇到钻孔有岩粉和碎石时，三脚架自动收缩，待顺利通过后再展开，直至整个钻孔内的所有裂隙探测记录完毕；

第六步，对裂隙影像进行处理，从图像裂隙形态反演实际的岩层裂隙形态；通过显示屏上水平坐标中裂隙与径向标尺的相交点，即各径向标尺圆的半径来判断该裂隙的深度；通过显示屏上水平坐标中裂隙与径向标尺和环向标尺的相交点，对应出孔内柱坐标的测量标尺的裂隙位置，相交点连接曲线反映了实际裂隙形态，对该裂隙进行位置定位，判断裂隙的倾角和走向参数，进而反演出该裂隙当时的实际形态；

第七步，每隔一定时间对同一个裂隙按照上述第三步、第四步方法多次探测；根据多次探测的裂隙数据变化情况，对该段钻孔的地质信息、地层原位状态和断层产状、具体位置进行分析，从而得到裂隙的演化过程和发展趋势，为下一步计算岩层位移走向提供准确依据，指导岩体工程的实际设计和施工。

2.如权利要求1所述的精确定位的钻孔窥视探测方法，其特征在于，在脚轮的上方设有遮挡片。

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