[发明专利]一种自适应钻凿成孔方法及系统

说明书

本发明提出了一种自适应钻凿成孔方法及系统。该方法包括以下步骤：试钻取样得到岩层特性，根据岩层特性及设计成孔要求选择钻凿破岩方式并初定钻机动力参数；根据钻凿现场工况声场分布，布设拾音传感器阵列，对钻进过程中的音频信号进行全向采集；对采集的音频信号进行处理，提取音频信号中的声纹特征；将初定的钻机动力参数和实时的声纹特征耦合，建立耦合参数矩阵；钻凿成孔过程中根据从实时采集的音频信号中提取到的声纹特征调取所述耦合参数矩阵中最优化匹配参数，根据调取的最优化匹配参数自适应动态调整钻凿过程中的钻机动力参数。采用本方法钻凿的成孔具有成孔质量好，效率高的特点。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种自适应钻凿成孔方法及系统。

背景技术

在锚固工程施工中，钻凿成孔作为主要的施工工序，对工程的质量、成本及进度具有重要影响，需要认真细致地控制成孔质量和成孔效率。钻凿成孔应根据设计要求的孔径、长度和倾角，针对不同的工程地质条件，采用适宜的钻孔设备和钻凿工艺以确保钻孔精度及成孔质量，以便后续的预应力筋安装、锚固、注浆等工序能够顺利进行。由于岩体工程中的地质条件不确定性大，加之施工中受开挖、掘进的影响，进而形成了动态多变的复杂情况。

目前，工程界一般根据普氏系数选择钻孔设备，钻进过程控制主要由人工手动控制，依赖操作人员的工作经验，在钻凿过程中常常存在塌孔、缩孔、卡钻、掉钻等影响成孔质量和成孔效率的问题，给工程的质量、成本及进度控制带来了极大的困扰。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种自适应钻凿成孔方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种自适应钻凿成孔方法，包括以下步骤：

试钻取样得到岩层特性，根据岩层特性及设计成孔要求选择钻凿破岩方式并初定钻机动力参数；

根据钻凿现场工况声场分布，布设拾音传感器阵列，对钻进过程中的音频信号进行全向采集；

对采集的音频信号进行处理，提取音频信号中的声纹特征；

将初定的钻机动力参数和实时的声纹特征耦合，建立耦合参数矩阵；

钻凿成孔过程中根据从实时采集的音频信号中提取到的声纹特征调取所述耦合参数矩阵中最优化匹配参数，根据调取的最优化匹配参数自适应动态调整钻凿过程中的钻机动力参数。

采用本方法钻凿的成孔具有成孔质量好，效率高的特点。

该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述破岩方式包括旋转、冲击、旋转冲击钻进，钻机动力参数包括转速、推进力、转矩、冲击动能和冲击频率。

该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述拾音传感器的布设位置包括钻凿施工空间区域内的结构物、钻凿设备及其随机配件、现场人员随身装备。

该自适应钻凿成孔方法的优选方案：采集的音频信号包括钻凿过程中的环境、机械振动、机械旋转、机械冲击、机械摩擦、人员语音音频信号以及钻凿成孔过程中钻头、钻杆与岩石结构之间产生的音频信号。

该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述声纹特征包括能量特征、时域特征、频域特征、基准频率和感知特征。

该自适应钻凿成孔方法的优选方案：所述耦合参数矩阵为包含岩石普氏系数、钻头直径、转速、推进力、回转转矩、钻进速度、冲击能、冲击频率因素的矩阵。

本发明还提出了一种自适应钻凿成孔系统，包括控制模块、多个声音传感器以及钻凿器具，所述声音传感器布设于钻凿现场，每个声音传感器均与所述控制模块连接，向所述控制模块发送其实时采集的音频信号，所述钻凿器具与控制模块连接，所述控制模块按上述的自适应钻凿成孔方法控制钻凿器具钻凿成孔。