[发明专利]一种用于水平钻机的地质探测系统

说明书

本发明提供一种用于水平钻机的地质探测系统，包括设置在取芯通道内的取芯器和管道机器人以及搭载在管道机器人上的摄像系统和探测设备，所述管道机器人包括机器人本体以及设置在机器人本体上的电机、驱动组件和取芯夹，所述机器人本体为八面柱结构且通过钢丝绳与卷扬机连接，所述电机与驱动组件连接并配合钢丝绳及卷扬机实现管道机器人在取芯通道内自由移动，所述取芯夹用于抓取取芯器，所述驱动组件包括多个驱动轮，所述驱动轮与机器人本体间的距离可调，所述管道机器人、摄像系统和探测设备均包括无线通讯模块，在钢丝绳上间隔分布多个中继器以确保信号传输。本发明可实现超长水平距离高效取芯以及围岩识别，预报精准度高，信号传输稳定。

技术领域

本发明涉及地质工程技术领域，特别地，涉及一种用于水平钻机的地质探测系统。

背景技术

在对矿产资源(含固体矿、液体矿、气体矿等)进行勘探和开发的过程中，钻机是一种带动钻具向地下钻进，进而获取实物地质资料的机械设备，可用于钻取岩芯、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。

在TBM(Tunnel Boring Machine，全断面硬岩隧道掘进机)和钻爆施工开挖隧道前，需要对地质情况进行超前预报以及时发现异常情况。通过预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，确保施工安全，同时还可节约大量资金。

目前，超前地质预报的主要方法有地震波反射法、地质雷达、超前地质钻探等。其中，地震波反射法的有效探测距离大约为100米，地质雷达法的有效距离大约为15-30米，上述两种方法均存在探测误差大、探测距离短等缺陷，且不适用于地质复杂地段。而超前地质钻探大多采用垂直向下的顶进方式，水平案例较少且水平钻探距离短，实际参考意义不大，仅能通过单一的岩芯简单判断地质，无法进行围岩识别。

综上所述，现有的超前地质钻探方法存在以下问题：1)在复杂地质条件下预报效果差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与隧道平行的结构面，其预报基本无效；2)需要占用较长的施工作业时间且探测距离有限，一旦探测距离过长则不利于取芯器取出，费用也较高；3)仅能通过所取岩芯来判断地质，无法识别空洞、积水等围岩情况，对于周边岩层的探测及整体情况分析置信度不高。

因此，需要开发设计出一种适用于超长距离(上千米)的水平钻机地质探测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耗时短、水平探测距离长、探测结果精度高且全面的水平钻机地质探测系统，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于水平钻机的地质探测系统，包括水平取芯系统和机器人探测系统，所述水平取芯系统包括外管套、潜孔锤和取芯器，所述潜孔锤设置在外管套内并配合钻杆通过推进冲击和旋转的方式进行破岩，所述潜孔锤和钻杆内设有连通的取芯通道，所述取芯器设置在取芯通道内并用于实现岩层取芯，所述机器人探测系统包括管道机器人、摄像系统、探测设备和牵引绳，所述管道机器人设置在取芯通道内并可沿取芯通道的长度方向移动，所述摄像系统和探测设备搭载在管道机器人上并分别用于对取芯通道内部及前端情况进行图像拍摄和轮廓扫描，所述管道机器人、摄像系统和探测设备均包括无线通讯模块，所述管道机器人上设有用于连接取芯器的取芯连接件，所述管道机器人通过牵引绳与外部动力设备连接。

优选地，所述管道机器人包括机器人本体以及驱动组件，所述机器人本体为柱状体结构，所述驱动组件的数量至少为两组且沿机器人本体的长度方向间隔设置，每组驱动组件均包括多个沿机器人本体周向分布的驱动轮，所述驱动轮与机器人本体间的距离可调。

优选地，所述驱动轮包括轮体、连杆和弹簧，所述连杆的一端与轮体固连而另一端与机器人本体可转动连接，所述弹簧的两端分别与轮体和机器人本体固连，通过转动连杆调整轮体与机器人本体之间的距离，所述轮体在弹簧作用下与取芯通道的内壁紧贴。