岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置及定位方法与流程

本发明涉及固定锚杆钻机的装置，具体涉及一种岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置及定位方法。

背景技术：

现有气动式锚杆钻机在钻锚杆孔时，普遍是将气动式锚杆钻机放置在需要钻锚杆孔的围岩下方，操作人员通过操作杆上的控制按钮调整气动式锚杆钻机的气腿升高，以与围岩接触，之后启动钻杆进行钻锚杆操作。在钻孔过程中，马达的高速运转，会使整个锚杆钻机发生震动而出现偏移，这样容易造成气动锚杆钻机钻杆跑偏而无法进行定位打孔。另外，现有的气动式锚杆钻机普遍只能实现钻竖直孔、倾斜孔或者水平孔，使得钻机功能单一，使用场景有限。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置在钻孔时能够对钻机定位，同时其还能够使得同一钻机能够实现钻竖直孔和倾斜孔。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置，其包括方形底座和方形基座，方形底座的顶面一侧安装有支撑台和至少一根第一电动推杆，另一侧安装有最小高度等于支撑台高度的第一剪式升降台和至少一根第二电动推杆；第一剪式升降台的顶面通过转轴转动连接有一定位板，定位板上开设有供气动式锚杆钻机气腿最内层的气筒穿过的定位孔；

定位板在定位孔的边缘连接有向下延伸的定位套筒，定位套筒正下方的方形底座区域的中心处开设有容纳气动式锚杆钻机顶锥的第一圆形凹槽；位于支撑台侧的第一电动推杆顶端通过转轴转动连接有一限位板，第二电动推杆的顶端通过球形铰链铰接有与限位板接触的第一支撑板；限位板上开设有多个供气动式锚杆钻机的钻杆穿过的限位孔；方形基座固定安装于第二剪式升降台上；

方形基座顶面在邻近第一剪式升降台侧通过转轴转动连接有第二支撑板，第二支撑板上开设有容纳气动式锚杆钻机顶锥的第二圆形凹槽；方形基座的另一侧固定安装有第三电动推杆，第三电动推杆的顶端通过球形铰链与第三支撑板铰接；连接定位板和连接限位板的转轴上分别安装有第一角度传感器和第二角度传感器；

方形基座的两侧通过球形铰链铰接有第四电动推杆和第五电动推杆，第四电动推杆和第五电动推杆的顶端均通过球形铰链铰接有第四支撑板；限位板的上表面均布有若干与控制器连接的压力传感器，第一电动推杆至第五电动推杆、第一角度传感器、第二角度传感器、第一剪式升降台和第二剪式升降台均与控制器连接。

进一步地，支撑台为剪式升降台，支撑台的顶面和定位板相互接触的位置处均开设有通过螺栓将两者锁紧的螺栓孔；定位板远离其与第一剪式升降台连接处的一侧焊接有与定位板垂直的安装板；

安装板上开设有容纳气动式锚杆钻机顶锥的第三圆形凹槽；第三圆形凹槽侧的安装板上开设有螺纹孔，螺纹孔与用于锁紧气动式锚杆钻机气腿最内层气筒的环形抱箍上的螺纹孔配合。

进一步地，方形底座的底面开设有多个容纳腔，每个容纳腔内均安装有第六电动推杆，每个第六电动推杆的自由端均安装有万向轮，第六电动推杆位于最小行程时与万向轮的高度和小于等于容纳腔的深度；所有的第六电动推杆均与控制器连接。

进一步地，第二剪式升降台的底架邻近方形底座侧安装有多个挂钩，方形底座与挂钩相对侧固定安装有与挂钩配合的挂环。

第二方面，提供一种岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置的定位方法，当钻倾斜向上的锚杆孔时，定位方法包括以下步骤：

获取待钻取锚杆孔的倾斜角度，将定位装置移动至待钻锚杆孔的围岩处；

根据待钻取锚杆孔的倾斜角度，计算出限位板的旋转角度；

根据旋转角度启动第二电动推杆带着限位板倾斜，直至第一角度传感器采集的角度等于旋转角度；

启动第一电动推杆和第二电动推杆同步运动，直至限位板上至少一个压力传感器采集到压力；

将定位板向着第二剪式升降台侧旋转，直至180°与第二角度传感器采集的角度的差异等于第一角度传感器采集角度；

启动第四电动推杆和第五电动推杆对定位板进行支撑，之后伸出气动式锚杆钻机最内层的气筒，并将其安装于定位套筒内并使顶锥延伸出定位孔；

移动第二剪式升降台的同时启动第三电动推杆，直至顶锥进入第二圆形凹槽，停止移动第二剪式升降台、关闭第三电动推杆；

启动气动式锚杆钻机的气腿，直至钻杆与限位板接触；之后同步启动第一剪式升降台和第二剪式升降台，直至钻杆对准限位孔。

进一步地，启动第四电动推杆和第五电动推杆对定位板进行支撑进一步包括：

旋转第四电动推杆和第五电动推杆，直至第四电动推杆与定位板垂直，第五电动推杆与方形基座一侧的夹角小于90°；

调整第四支撑板，使第四支撑板与定位板大致平行，之后启动第四电动推杆和第五电动推杆，直至第四支撑板与定位板接触。

进一步地，钻杆对准限位孔后还包括将所有挂钩挂在与其对应的挂环内。

本发明的有益效果为：在进行竖直孔和斜孔的钻取时，将气动式锚杆钻机的顶锥和最内层的气筒分别固定在定位孔和第一圆形凹槽/第二圆形凹槽内，就能够实现钻机下端的定位，将钻杆穿过限位板的限位孔以实现对钻机上端的定位；采用这种方式实现两端定位后，可以限制气动式锚杆钻机马达震动带来的偏移，保证了孔位的准确性。

在进行水平孔的钻取时，将气动式锚杆钻机的顶锥和最内层的气筒分别固定在环形抱箍和第三圆形凹槽内，加之钻取时进入围岩的钻杆的配合，就能够限制马达震动带来的偏移，保证了孔位的准确性。

附图说明

图1为岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置固定打斜孔的气动式锚杆钻机的结构示意图。

图2为岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置固定打竖直孔的气动式锚杆钻机的结构示意图。

图3为岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置固定打水平孔的气动式锚杆钻机的结构示意图。

其中，1、气动式锚杆钻机；11、气腿；12、气筒；13、钻杆；14、顶锥；2、方形底座；21、支撑台；22、第一电动推杆；23、第一剪式升降台；231、转轴；24、第二电动推杆；241、第一支撑板；25、第一圆形凹槽；26、容纳腔；261、第六电动推杆；262、万向轮；27、挂环；

3、定位板；31、定位孔；32、定位套筒；33、安装板；331、第三圆形凹槽；34、环形抱箍；4、限位板；41、限位孔；5、方形基座；51、第三电动推杆；511、第三支撑板；52、第四电动推杆；521、第四支撑板；53、第五电动推杆；6、第二剪式升降台；61、第二支撑板；611、第二圆形凹槽；62、挂钩。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，该岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位装置包括方形底座2和方形基座5，方形底座2的顶面一侧安装有支撑台21和至少一根第一电动推杆22，另一侧安装有最小高度等于支撑台21高度的第一剪式升降台23和至少一根第二电动推杆24；第一剪式升降台23的顶面通过转轴231转动连接有一定位板3，定位板3上开设有供气动式锚杆钻机1的气腿11最内层的气筒12穿过的定位孔31。

定位板3在定位孔31的边缘连接有向下延伸的定位套筒32，定位套筒32正下方的方形底座2区域的中心处开设有容纳气动式锚杆钻机1的顶锥14的第一圆形凹槽25；定位板3的自由端放置在支撑台21后，调整第一剪式升降台23与支撑台21同高后，定位孔31与第一圆形凹槽25的相互配合可以对打竖直孔的气动式锚杆钻机1的定位。

位于支撑台21侧的第一电动推杆22顶端通过转轴231转动连接有一限位板4，第二电动推杆24的顶端通过球形铰链铰接有与限位板4接触的第一支撑板241；第一支撑板241、第三支撑板511和第四支撑板521的设置，可以增大与其接触的部件的接触面积。

限位板4上开设有多个供气动式锚杆钻机1的钻杆13穿过的限位孔41；方形基座5固定安装于第二剪式升降台6上；第二剪式升降台6的底架邻近方形底座2侧安装有多个挂钩62，方形底座2与挂钩62相对侧固定安装有与挂钩62配合的挂环27。

方形基座5顶面在邻近第一剪式升降台23侧通过转轴231转动连接有第二支撑板61，第二支撑板61上开设有容纳气动式锚杆钻机1的顶锥14的第二圆形凹槽611；方形基座5的另一侧固定安装有第三电动推杆51，第三电动推杆51的顶端通过球形铰链与第三支撑板511铰接；连接定位板3和连接限位板4的转轴231上分别安装有第一角度传感器和第二角度传感器。

方形基座5的两侧通过球形铰链铰接有第四电动推杆52和第五电动推杆53，第四电动推杆52和第五电动推杆53的顶端均通过球形铰链铰接有第四支撑板521；限位板4的上表面均布有若干与控制器连接的压力传感器，第一电动推杆22至第五电动推杆53、第一角度传感器、第二角度传感器、第一剪式升降台23和第二剪式升降台6均与控制器连接。

上述结构的定位装置能够实现钻斜向上锚杆孔和竖直向上锚杆孔，下面对定位装置分别钻斜向上锚杆孔和竖直锚杆孔的定位方法进行说明：

当钻竖直向上的锚杆孔时，岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位方法包括以下步骤：

将定位板3的自由端放置在支撑台21上，之后调整第一剪式升降台23至最小高度；

启动第一电动推杆22和第二电动推杆24同步运动，直至限位板4上至少一个压力传感器采集到压力；

伸出气动式锚杆钻机1最内层的气筒12，将其安装于定位板3的定位套筒32内，并使顶锥14延伸出定位孔31进入第一圆形凹槽25；

启动气动式锚杆钻机1的气腿11，直至钻杆13对准限位孔41，完成气动式锚杆钻机1的定位。

下次若是需要在不同高度处钻竖直孔时，只需要调整第一电动推杆22、第二电动推杆24和气腿11同步运动相同高度，就可以实现在不同高度的围岩上钻孔。

当钻倾斜向上的锚杆孔时，岩土工程用气动式锚杆钻机作业定位方法包括以下步骤：

获取待钻取锚杆孔的倾斜角度，将定位装置移动至待钻锚杆孔的围岩处；

根据待钻取锚杆孔的倾斜角度，计算出限位板4的旋转角度；

根据旋转角度启动第二电动推杆24带着限位板4倾斜，直至第一角度传感器采集的角度等于旋转角度；

启动第一电动推杆22和第二电动推杆24同步运动，直至限位板4上至少一个压力传感器采集到压力；

将定位板3向着第二剪式升降台6侧旋转，直至180°与第二角度传感器采集的角度的差异等于第一角度传感器采集角度；

启动第四电动推杆52和第五电动推杆53对定位板3进行支撑，之后伸出气动式锚杆钻机1最内层的气筒12，并将其安装于定位套筒32内并使顶锥14延伸出定位孔31；

移动第二剪式升降台6的同时启动第三电动推杆51，直至顶锥14进入第二圆形凹槽611，停止移动第二剪式升降台6、关闭第三电动推杆51；

启动气动式锚杆钻机1的气腿11，直至钻杆13与限位板4接触；之后同步启动第一剪式升降台23和第二剪式升降台6，直至钻杆13对准限位孔41。

下次若是需要在不同高度处钻相同倾斜向上的孔时，只需要调整第一电动推杆22、第二电动推杆24、第一剪式升降台和第二剪式升降台同步运动相同高度，就可以实现在不同高度的围岩上钻孔。

钻杆13对准限位孔41后还包括将所有挂钩62挂在与其对应的挂环27内，这样连接后，可以使方形底座2和方形基座5的下端连接为一体，以提高稳定性；另外，这样可以保证两者在受到外界受力时，状态同步变化。

其中，启动第四电动推杆52和第五电动推杆53对定位板3进行支撑进一步包括：

旋转第四电动推杆52和第五电动推杆53，直至第四电动推杆52与定位板3垂直，第五电动推杆53与方形基座一侧的夹角小于90°；

调整第四支撑板521，使第四支撑板521与定位板3大致平行，之后启动第四电动推杆52和第五电动推杆53，直至第四支撑板521与定位板3接触。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，支撑台21为剪式升降台，支撑台21的顶面和定位板3相互接触的位置处均开设有通过螺栓将两者锁紧的螺栓孔；定位板3远离其与第一剪式升降台23连接处的一侧焊接有与定位板3垂直的安装板33。

安装板33上开设有容纳气动式锚杆钻机1的顶锥14的第三圆形凹槽331；第三圆形凹槽331侧的安装板33上开设有螺纹孔，螺纹孔与用于锁紧气动式锚杆钻机1的气腿11最内层的气筒12的环形抱箍34上的螺纹孔配合。

定位装置进行上述改进后，使得其不仅能钻竖直向上的孔、倾斜向上的孔，还能钻水平方向的孔，下面对定位装置水平方向的孔的定位方法进行说明：

将定位板3的自由端放置在支撑台21上，之后调整第一剪式升降台23和支撑台21至同一高度，并将定位板3的自由端采用螺栓锁紧在支撑台21上；

将气动式锚杆钻机1的顶锥14固定于第三圆形凹槽331内，之后伸出气动式锚杆钻机1最内层的气筒12，并采用环形抱箍34将其固定在支撑台21上；

根据所钻取的锚杆孔的高度，同步调整第一剪式升降台23和支撑台21至钻取锚杆孔的高度，之后启动气腿11并使钻杆13与围岩接触。

下次若是需要在不同高度处钻水平方向的孔时，只需要同步调整第一剪式升降台23和支撑台21至相应高度处的围岩即可。

实施时，本方案优选方形底座2的底面开设有多个容纳腔26，每个容纳腔26内均安装有第六电动推杆261，每个第六电动推杆261的自由端均安装有万向轮262，第六电动推杆261位于最小行程时与万向轮262的高度和小于等于容纳腔26的深度；所有的第六电动推杆261均与控制器连接。

其中，第二剪式升降台6为目前市面上可以方便移动的小型剪式升降台，这样可以方便钻斜锚杆孔过程中定位装置的转移。

设置第六电动推杆261后，在需要转移本定位装置时，可以同步启动所有的第六电动推杆261同步推出万向轮262，这样可以方便快速地从一个地方转移到另一个地方，在进行定位钻孔时，将万向轮262收回至容纳腔26，可以保证钻取时定位的准确性。

综上所述，本方案的定位装置和定位方法能够对气动式锚杆钻机1在钻孔过程进行定位，以达到防止钻机钻孔过程中出现钻偏的问题；同时，通过本方案定位装置的独特设置，使得同一钻机使用本定位装置后能够实现钻竖直孔、倾斜孔和水平孔，扩宽了钻机的使用场景。