一种多功能炮孔开凿钻具的制作方法

1.本发明涉及钻爆挖孔技术领域，特别涉及一种多功能炮孔开凿钻具。


背景技术：

2.在使用钻爆法开挖孔桩时，需要在工作面上开凿炮孔，经过多年的技术发展和积累，开凿炮孔从最初的手动钢钎凿炮孔，发展到现在的液压、电力、高压空气等作为动力的钻凿工具。
3.在孔桩中钻凿炮孔时，受到工作面狭窄、通风不畅、照明不良等因素的影响，工人的工作环境较为恶劣，长时间的工作容易引发风湿、矽肺等职业病。同时，工人在井底开凿炮孔还受到高空坠落、高空掉物、塌方、透水、残留爆炸品等危险因素的威胁，事故时有发生。
4.并且，人工开凿时，为了给人员和通风、照明、抽水等设备留出活动的空间，所使用的钻孔机械的尺寸受到一定的限制，加之受人员力量的制约，钻机重量不能选择重型机械，一般选择整机重量在30公斤以下，风压0.4
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0.6mpa的钻机。工作效率低，使用限制大。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种多功能炮孔开凿钻具，该炮孔开凿钻具具有钻、吹、清、堵及定位功能，实现钻具的功能多样化。
6.为了解决上述技术问题，本发明的方案为：
7.一种多功能炮孔开凿钻具，包括机械臂操作装置，所述机械臂操作装置底端连接有钻机推进装置，所述钻机推进装置上设置有钻机，所述钻机上配置有钻杆，所述钻杆自下而上依次配置有钻头、孔塞及岩石碎屑清扫具，所述孔塞套设在所述钻杆上，且顶端顶在所述钻机推进装置底端，所述岩石碎屑清扫具环绕设置在所述孔塞外侧，且顶端固定连接在所述钻机推进装置底端。
8.所述机械臂操作装置包括支撑横梁，及固定设置在所述支撑横梁下方，且具有旋转功能的旋转底座，及所述旋转底座上匹配设置的机械臂，所述机械臂自由端与所述钻机推进装置连接。
9.所述机械臂包括相互匹配连接的第一关节及第二关节，所述第一关节与所述旋转底座连接，所述第二关节与所述钻机推进装置连接。
10.所述钻机推进装置包括与所述第二关节连接的推进梁，及设置在所述推进梁内部的推进杠，及连接在所述推进杠底端的推进杆，所述推进杆远离所述推进杠一端与所述孔塞连接。
11.所述第二关节与所述推进梁之间设置有减震装置。
12.所述钻杆顶端穿过所述推进杠，并与所述钻机的输出轴可拆卸连接。
13.所述钻机上安装有用于监控所述钻杆钻进深度的位移传感器。
14.所述钻杆上设置有用于监测所述钻杆承受扭力的扭力传感器。
15.所述孔塞为一个带有锥度的橡胶塞，所述孔塞的中心设置有堵孔。
16.所述堵孔由磁性材料制成。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
18.使用机械臂操作钻机时，无需通风和照明设备，机械的力量也大于人的力量，可以选用更大的钻机和更大的钻头去钻凿更大的炮眼，提高爆破时炮孔利用率的同时，减少钻凿炮孔的数量，节约爆破成本，提高生产率；
19.由于属于无人操作，可以加大风动凿岩机的通风量和风压，大风压更容易将炮孔中碎屑吹出炮孔，减少钻杆被卡滞的风险；
20.由于机械臂的力量大于人的力量，更有利于施加更大的压力在钻机上，有利于加快钻机开凿的速度；
21.通过驱动机构在钻机上安装扭力传感器，当扭力突然增大时，控制主机控制机械臂将钻机提出工作面一段距离，避免人工操作时，因操作人员经验不足造成的卡钻；
22.机械臂在控制主机的操作下工作，确保钻凿炮孔的准确性，数据数字化，炮孔数据能直观地在电脑屏幕上呈现，同时通过大量数据的收集和分析，有利于工程技术人员提高设计和施工水平，提高工作效率的同时，节约了施工成本；
23.数字化的操作保证了钻孔的统一性，避免了人工开凿炮孔的随意性，有利于设计人员及时收集和分析施工数据，对施工方案进行及时的改进；无人化操作，避免人工钻凿炮孔时，能有效避免人员在井底工作时因残留爆炸品、透水、塌方、高空坠物等造成的人员伤亡；实现了钻孔、清扫碎屑、堵孔、标记等功能一体化，有利于自动化的操作。
附图说明
24.图1为本发明的工作结构示意图；
25.图2为本发明中推进梁及钻机的安装结构示意图；
26.图3为本发明中钻机清扫、堵孔的结构示意图；
27.图4为本发明中孔塞的俯视图；
28.图5为本发明中孔塞的剖面图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.如图1
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5所示，一种多功能炮孔开凿钻具，包括机械臂操作装置1，所述机械臂操作装置1底端连接有钻机推进装置2，所述钻机推进装置2上设置有钻机3，所述钻机3上配置有钻杆4，所述钻杆4自下而上依次配置有钻头5、孔塞6及岩石碎屑清扫具7，所述孔塞6套设在所述钻杆4上，且顶端顶在所述钻机推进装置2底端，所述岩石碎屑清扫具7环绕设置在所述孔塞6外侧，且顶端固定连接在所述钻机推进装置2底端。
31.所述机械臂操作装置1包括支撑横梁8，及固定设置在所述支撑横梁8下方，且具有旋转功能的旋转底座9，及所述旋转底座9上匹配设置的机械臂10，所述机械臂10自由端与所述钻机推进装置2连接。
32.所述机械臂10包括相互匹配连接的第一关节101及第二关节102，所述第一关节101与所述旋转底座9连接，所述第二关节102与所述钻机推进装置2连接。
33.所述钻机推进装置2包括与所述第二关节102连接的推进梁11，及设置在所述推进梁11内部的推进杠12，及连接在所述推进杠12底端的推进杆13，所述推进杆13远离所述推进杠12一端与所述孔塞6连接。
34.所述第二关节102与所述推进梁11之间设置有减震装置。减震装置的设置，主要是减少钻机3的振动传递给机械臂10，造成机械臂10和支撑横梁8定位移位；在实际运用过程中，减震装置为现有技术中常见的弹簧减震装置，属于公知常识，本技术中不再进行赘述。
35.所述钻杆4顶端穿过所述推进杠12，并与所述钻机3的输出轴可拆卸连接。
36.所述钻机3上安装有用于监控所述钻杆4钻进深度的位移传感器。该设置主要是便于控制钻杆4钻进深度，保证最终成孔精度，正常情况下，成孔精度控制在5cm以内。
37.所述钻杆4上设置有用于监测所述钻杆4承受扭力的扭力传感器。该设置主要是便于监控调节钻机3承受的扭力，确保钻机3安全。
38.所述孔塞6为一个带有锥度的橡胶塞，所述孔塞6的中心设置有堵孔。在实际设计过程中，孔塞6是一个带有锥度的橡胶塞，堵孔塞的中心开8
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12条开放性的裂缝，便于钻杆4穿过；
39.所述堵孔由磁性材料制成。该设置主要是便于作为二次找孔定位仪器的识别源，便于下次操作时进行定位。
40.本技术中，机械臂操作装置1、钻机推进装置2及钻机3连通有控制主机。
41.本技术在使用过程中，首先控制机械臂操作装置1及钻机推进装置2将钻机3下放，到位后，使用3d扫描传感器对工作面进行扫描，绘制工作面地形图，控制主机根据地面起伏情况，确定设计位置的钻孔深度；随后通过钻机上安装的位移传感器，控制钻杆钻进深度，保证最终成孔精度在5cm以内。
42.本技术中，由于机械臂10包括相互匹配连接的第一关节101及第二关节102，使得安装钻机3的机械臂10可实现六个余度的动作；并且，本技术中，旋转底座9可左右两个余度旋转。
43.而且，本身中，机械臂10上安装推进梁11，推进梁11作为钻机3安装的平台，也是其他辅助机具的安装平台。
44.再有，本技术中，根据支撑横梁8测量的水平倾斜角、中心对中误差及钻机与工作面间的作业距离，由控制主机计算后，确定机械臂10工作的基点；
45.机械臂10根据控制主机的命令，在指定位置上进行钻孔；钻孔过程中，每钻进10cm，控制钻杆4后退10cm，利用高压空气将岩石碎屑吹出孔外，之后通过岩石碎屑清扫具7扫开。
46.在钻机3钻取过程中，当钻杆4上安装扭力传感器，当扭力达到钻机3最大扭力85％时，钻杆4后退，待扭力正常后继续钻进，若扭力没有恢复正常，重复上述动作，当反复操作10次未能恢复正常，废弃该孔，在该孔同心圆上转动一定角度，重新开始新的炮孔的钻进；
47.本技术中，钻杆4钻进的深度由设计图纸、钻机3所处位置的校正值、工作面起伏高度等参数确定；当钻进深度达到设计值后，钻头后退至炮孔孔口，清扫机具下放至洞口，并清扫洞口堆积的岩石碎屑；
48.本技术中，孔塞6在推进杠12的作用下下行，并对孔塞6持续施加压力，钻机3在控制主机的作用下退出炮孔，防止钻杆4退出和炮孔堵塞时，岩石碎屑落入孔中，造成废孔；
49.并且，本技术中，支撑横梁8进行水平倾角、中心对中误差及钻机与工作面间作业距离等参数的检测，根据所得到的的参数确定下一个钻孔位，并开始进行钻孔，直至所有炮孔按设计要求完成；
50.采用本技术炮孔开凿钻具具有有以下优点：
51.使用机械臂10操作钻机3时，无需通风和照明设备，机械的力量也大于人的力量，可以选用更大的钻机3和更大的钻头4去钻凿更大的炮眼，提高爆破时炮孔利用率的同时，减少钻凿炮孔的数量，节约爆破成本，提高生产率；
52.由于属于无人操作，可以加大风动凿岩机的通风量和风压，大风压更容易将炮孔中碎屑吹出炮孔，减少钻杆被卡滞的风险；
53.由于机械臂10的力量大于人的力量，更有利于施加更大的压力在钻机3上，有利于加快钻机3开凿的速度；
54.通过驱动机构在钻机3上安装扭力传感器，当扭力突然增大时，控制主机控制机械臂10将钻机3提出工作面一段距离，避免人工操作时，因操作人员经验不足造成的卡钻；
55.机械臂10在控制主机的操作下工作，确保钻凿炮孔的准确性，数据数字化，炮孔数据能直观地在电脑屏幕上呈现，同时通过大量数据的收集和分析，有利于工程技术人员提高设计和施工水平，提高工作效率的同时，节约了施工成本；
56.数字化的操作保证了钻孔的统一性，避免了人工开凿炮孔的随意性，有利于设计人员及时收集和分析施工数据，对施工方案进行及时的改进；无人化操作，避免人工钻凿炮孔时，能有效避免人员在井底工作时因残留爆炸品、透水、塌方、高空坠物等造成的人员伤亡；实现了钻孔、清扫碎屑、堵孔、标记等功能一体化，有利于自动化的操作。
57.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。