[发明专利]一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及工作方法，包括定向机构、钻机机构和连接机构，定向机构包括可升降支撑座和角度定向器，角度定向器包括圆盘台座、水平台盘、水平转盘以及设置在水平转盘上的竖向滑轨和竖向刻度盘，竖向刻度盘上设置有发射器；钻机机构包括钻机和与之连接的钻杆，所述钻机设置可调滑轨上，灵活控制钻机的钻进深度，且所述钻杆外侧套设有水管，且钻机连接注水管，在钻孔的同时兼作为注水器件；连接机构将定向机构和钻机机构可拆卸的连接在一起，保证钻机的钻进方向与发射器的指示方向一致，实现准确的控制钻孔的角度和深度。

技术领域

本发明涉及一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法。

背景技术

随着我国岩土工程的蓬勃发展，隧道工程数量越来越多，隧道长度和埋深也越来越大，若不了解掌子面前方地质情况，隧道施工会具有盲目性，继而引发塌方、冒顶、突水、突泥等事故。及时针对掌子面前及其前方进行超前地质预报，以便提前采取有效措施，避免地质灾害的发生，已成为隧道信息化动态设计和确保隧道安全施工不可或缺的部分。隧道TSP探测方法是施工期超前地质预报的主要方法之一，已经成为长大隧道信息化施工中应用最广泛的预报方法之一，该方法能够对掌子面前方120～150m范围内的不良地质进行预测预报，可有效指导施工，保证施工安全，避免大型地质灾害危险，减少施工期人员伤亡和经济损失。

TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点(通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点)用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震传感器接收。数据经过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)和位置及规模。其中爆破钻孔的布置有如下要求：

1.爆破孔应布置在隧道主要结构面出现的边墙一侧，每一次预报的爆破孔数为24个，最少不少于20个，爆破孔直径40mm；

2.爆破孔间距1.5m；爆破孔高度(距隧道底面)1～1.5m，所有爆破孔与接收器的高度应尽量相同；

3.爆破孔孔深1.5m(孔深应尽量一致)向下倾斜10～20°，垂直于隧道轴向，钻孔完成后应注意保护，防止蹋孔和堵塞。

目前国内市场上供应的钻机设备简单，无法通过器械本身准确的控制钻孔的角度和深度，施工过程中钻孔角度和深度往往需依靠施工人员实际操作控制，这样既增加了工人的工作量，也使得钻孔角度和深度的随机性大幅提升，钻孔的质量无法保障，继而也会对TSP超前地质预报的可靠性和准确性产生一定的影响。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于TSP超前地质预报的钻机装置及其工作方法，本发明能够准确的控制钻孔的角度和深度以满足TSP方法中对爆破钻孔的要求，保证了爆破孔的角度和深度的精度要求，为TSP超前地质预报工作提供有效的技术保障。

同时，本发明考虑到TSP方法还要对完成的爆破钻孔注水，突破了以往是先钻孔、再拔出钻杆、最后在孔口用水管注水的工作模式，采用先钻孔、再由内而外向钻孔注水、最后拔出钻杆的工作模式，本装置将钻杆作为喷水装置，打钻完成后在不拔出钻杆的情况下可立即对钻孔注水，这样使得喷水覆盖范围在钻孔深度方向和环向方向大大增加，有利于水更均匀的散透到钻孔四周，加之钻杆的支撑作用可有效的防止钻孔坍塌和堵塞。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于TSP超前地质预报的钻机装置，包括定向机构、钻机机构和连接机构，其中：

所述定向机构包括可升降支撑座和角度定向器，所述可升降支撑座兼有行走和固定两种功能，所述角度定向器在其内部的水平台盘处于水平状态时，可通过角度定向器内的定向旋杆指定一个需要的角度；