[发明专利]一种基于声波的矿山钻孔综合参数监测方法及装置

权利要求书

1.一种基于声波的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S110、将具有声波采集功能的监测装置固定在钻机上；

S120、利用所述监测装置采集、记录钻机施工全过程中的声波信号；

S130、提取所述声波信号的幅度和频率特征，进行钻机施工全过程状态分析，监测施工参数；

所述步骤S130具体包括：

S131、提取所述声波信号的幅度和频率特征，绘制振幅-时间变化曲线和频率-时间变化曲线；

S132、结合振幅-时间变化曲线和频率-时间变化曲线，判断施工全过程中的施工环节，绘制施工环节时序图；所述施工环节为钻机待机、钻杆安装、钻机怠速、钻杆钻进、钻杆更换、退钻、吸钻或卡钻；

S133、根据施工环节时序图，对单个和多个钻孔施工全过程状态进行分析，判断包括钻机工作状态、施工进度、施工效率、施工对象强度和应力状态在内的施工状态，监测钻机施工参数。

2.根据权利要求1所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，对于同一台钻机，不同时间和不同施工过程，所述监测装置的固定位置保持不变；对于不同钻机，所述监测装置固定在钻机的相同位置。

3.根据权利要求1所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，所述监测装置与钻机施工同步工作，依次记录每一个钻孔施工过程的声波信号，进行一定的施工周期后，读取所述监测装置中的声波数据进行分析。

4.根据权利要求1所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，提取所述声波信号的幅度和频率特征过程中，分别利用滤波工具对振幅和频率特征进行滤波，以过滤包括人声、其他设备声音在内的杂乱声波。

5.根据权利要求1所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，所述监测的钻机施工参数包括钻孔进尺、每个钻孔的施工时间、每个钻孔的施工效率、施工的进度和故障判断；

根据施工环节时序图中的换钻杆次数与钻杆长度的乘积得到钻孔进尺；

根据每个钻孔开始钻杆钻进到开始退钻的时间间隔，判断每个钻孔的施工时间；

根据所述每个钻孔的施工时间和钻孔进尺，计算每个钻孔的施工效率；

根据施工环节时序图中退钻的次数判断完成钻孔的数量，以此确定施工的进度；

根据施工环节时序图中是否出现卡钻，判断施工过程中的故障。

6.根据权利要求1-5任一项所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，当施工一个新的区域或使用不同型号的钻机时，施工一个示范钻孔，记录并分析声波得到标准施工环节时序图，辅助监测其他钻孔施工过程的参数。

7.根据权利要求1-5任一项所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，所述方法采用了矿山钻孔综合参数监测装置；装置具体包括：高性能磁铁、监测装置本体和上位机；

所述高性能磁铁固定在监测装置本体上，用于将所述监测装置本体吸附在铁质钻机上；

所述监测装置本体通过高性能磁铁吸附在铁质钻机上，用于采集、存储矿山钻孔全过程中的声波信号；

所述上位机，用于根据监测装置本体采集的声波信号，提取所述声波信号的幅度和频率特征，进行钻机施工全过程状态分析，监测施工参数。

8.根据权利要求7所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，所述监测装置本体包括，

声波采集器，用于采集和记录矿山钻孔全过程中声波信号并转化数字声波数据，输出到数据仓；

数据仓，连接所述声波采集器，用于存储所述声波采集器采集的数字声波数据，并给所述监测装置供电；

数据接口，用于连接数据仓与上位机，读出所述数据仓内存储的数字声波数据；

保护罩，使用缓冲吸音材料制成，包裹并密封声波采集器和数据仓。

9.根据权利要求8所述的矿山钻孔综合参数监测方法，其特征在于，所述缓冲吸音材料为发泡材料。