实时随钻测量定位钻孔系统及方法与流程

本说明书涉及钻孔，尤其涉及一种实时随钻测量定位钻孔系统及方法。

背景技术：

1、锚孔是对桥岩、危岩和建筑构件进行锚固工程时，为布设锚杆或锚索而施工的钻孔。在锚孔的钻取过程中，由于施工角度是倾斜的，且施工环境较为恶劣，钻取的锚孔往往精度不高，尤其是锚孔的倾斜度偏差无法控制在较小范围内。而且钻取锚孔所使用的钻孔装置，在使用前需要花费较长时间进行定位，这会导致施工进度缓慢。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种实时随钻测量定位钻孔系统及方法，能在钻进过程中实时监测导向孔的倾斜度并纠偏，可以使所钻孔的倾斜度偏差不大于0.5%。

2、为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种实时随钻测量定位钻孔系统，包括：

3、用于钻取导向孔的导向钻机，所述导向钻机设有第一动力头和第二动力头；

4、固定设置于所述导向钻机背离所述导向孔一侧的测量支架，所述测量支架上设有摄像定位设备；

5、与所述导向钻机相连的双壁钻杆，所述双壁钻杆包括活动相连且同心设置的内钻杆和外钻杆；所述内钻杆中空设置，所述内钻杆内作为光学测量通道，供所述摄像定位设备的光线穿过；所述内钻杆和外钻杆之间的环空作为环空流体通道；所述外钻杆与所述第一动力头相连，所述内钻杆与所述第二动力头相连；

6、与所述双壁钻杆远离所述导向钻机的一端固定相连的导向轴，所述导向轴包括导向外筒、连接内筒和传动轴，所述内钻杆和所述连接内筒固定相连且同心设置；所述外钻杆和所述导向外筒固定相连且同心设置；所述连接内筒完全位于所述导向外筒内，所述连接内筒和所述导向外筒转动相连且同心设置；部分所述传动轴位于所述导向外筒内，其余所述传动轴位于所述导向外筒外；所述传动轴位于所述导向外筒内的部分与所述连接内筒相连；所述连接内筒内设有第一靶标，所述第一靶标的中心与所述连接内筒的中心重合；所述摄像定位设备用于拍摄所述第一靶标的图像

7、与所述导向轴相连的钻头，所述钻头的直径大于所述外钻杆的直径；所述传动轴位于所述导向外筒外的部分与所述钻头相连。

8、作为一种优选的实施方式，所述测量支架的高度高于所述导向钻机的高度。

9、作为一种优选的实施方式，所述传动轴与所述连接内筒通过万向轴相连；所述导向外筒与所述连接内筒通过第一轴承转动相连；所述外钻杆与所述内钻杆通过第二轴承转动相连。

10、作为一种优选的实施方式，所述第二轴承包括沿周向排布的多个钢珠；所述外钻杆在轴向上设有两个可密封的入口，用于安装所述第二轴承。

11、作为一种优选的实施方式，所述连接内筒内靠近所述传动轴的一端固定设有安装筒，所述第一靶标固定安装于所述安装筒内；所述第一靶标设置为灯靶靶标。

12、作为一种优选的实施方式，所述连接内筒内设有第二靶标，所述第二靶标的中心与所述连接内筒的中心重合；所述第二靶标位于所述第一靶标远离所述传动轴的一侧。

13、作为一种优选的实施方式，所述第二靶标设置为棱镜靶标，所述第二靶标远离所述第一靶标的一侧固定设有棱镜；所述实时随钻测量定位钻孔系统还包括用于与所述第二靶标配合测量所述导向孔轨迹的全站仪。

14、作为一种优选的实施方式，所述实时随钻测量定位钻孔系统包括多个所述双壁钻杆，相邻所述双壁钻杆之间设有扶正器，所述钻头的直径大于所述扶正器的直径。

15、作为一种优选的实施方式，岩石硬度为100mpa以上时，所述导向钻机控制钻孔速度为1.5米/小时。

16、本说明书实施方式提供一种实时随钻测量定位钻孔方法，所述实时随钻测量定位钻孔方法采用如上任一种实施方式所述的实时随钻测量定位钻孔系统实施，所述实时随钻测量定位钻孔方法包括以下步骤：

17、固定安装所述导向钻机；

18、连接所述钻头、所述导向轴和所述双壁钻杆；

19、调整所述钻头的入钻倾角；

20、打开所述第一动力头和第二动力头，进行导向孔的钻进；使泥浆从所述环空流体通道进入，并从所述钻头的水眼携带岩屑从所述外钻杆与地层之间的环空返出；同时，采用所述摄像定位设备拍摄所述第一靶标的图像以确定所述钻头的偏离情况；

21、当所述摄像定位设备测量到所述第一靶标的偏移量超过设计轨迹0.2%，则通过所述导向轴进行导向纠偏；进行导向纠偏时，关闭所述第一动力头，使所述外钻杆和导向外筒停止旋转，所述内钻杆、连接内筒、传动轴和钻头继续旋转，所述内钻杆和外钻杆同步前进，进行纠偏。

22、有益效果：

23、本实施方式所提供的实时随钻测量定位钻孔系统，通过设置包括导向外筒、连接内筒和传动轴的导向轴，可以在导向孔的钻进过程中实时监测导向孔的倾斜度并纠偏，使所钻孔的倾斜度偏差不大于0.5%，例如在孔深40m的情况下，倾斜度偏差不大于20cm。具体的，传动轴位于连接内筒和钻头之间，用于传递扭矩；连接内筒内设有第一靶标，可以用于监测钻孔是否发生偏移并在纠偏过程中配合调整倾斜度，使钻孔倾斜度快速调整至所需范围内。

24、针对锚孔精度要求高、成孔效率低的难点，本申请实施方式提供的导向钻机具有稳定性强、扭矩大、转速高的优点，其设有双动力头（第一动力头和第二动力头），能配合摄像定位设备、双壁钻杆和导向轴进行高精度导向。

25、该实时随钻测量定位钻孔系统还设有双壁钻杆，可以加强刚度，保证钻孔过程顺利进行。内钻杆中空设置，从而内钻杆内可以作为光学测量通道，和摄像定位设备、第一靶标配合实现纠偏。内钻杆和外钻杆之间的环空作为环空流体通道，使泥浆从环空流体通道进入，到水帽处进入传动轴内部，经过钻头水眼，然后携带岩屑从外钻杆与地层之间的环空返出，保证钻孔过程顺利进行。本实施方式中，外钻杆控向，内钻杆旋转传递扭矩，直接驱动钻头破碎岩石，可精准控制钻孔方向，极大提高了导向钻机的稳定性、钻孔效率和钻孔精度，同时，导向钻机还为摄像定位设备提供了稳定的随钻测量通道（即光学测量通道），提升了测量精度和测量效率。

26、该实时随钻测量定位钻孔系统在导向孔的钻进过程中，第一动力头和第二动力头均开启，内钻杆和外钻杆同时旋转；在调整轨迹（纠偏）时，第一动力头关闭，第二动力头开启，即外钻杆停止旋转，保持内钻杆继续旋转，由复合钻进改为导向钻进进行纠偏。

27、参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

28、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

29、应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

技术特征：

1.一种实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述测量支架的高度高于所述导向钻机的高度。

3.根据权利要求1所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述传动轴与所述连接内筒通过万向轴相连；所述导向外筒与所述连接内筒通过第一轴承转动相连；所述外钻杆与所述内钻杆通过第二轴承转动相连。

4.根据权利要求3所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述第二轴承包括沿周向排布的多个钢珠；所述外钻杆在轴向上设有两个可密封的入口，用于安装所述第二轴承。

5.根据权利要求1所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述连接内筒内靠近所述传动轴的一端固定设有安装筒，所述第一靶标固定安装于所述安装筒内；所述第一靶标设置为灯靶靶标。

6.根据权利要求5所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述连接内筒内设有第二靶标，所述第二靶标的中心与所述连接内筒的中心重合；所述第二靶标位于所述第一靶标远离所述传动轴的一侧。

7.根据权利要求6所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述第二靶标设置为棱镜靶标，所述第二靶标远离所述第一靶标的一侧固定设有棱镜；所述实时随钻测量定位钻孔系统还包括用于与所述第二靶标配合测量所述导向孔轨迹的全站仪。

8.根据权利要求1所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，所述实时随钻测量定位钻孔系统包括多个所述双壁钻杆，相邻所述双壁钻杆之间设有扶正器，所述钻头的直径大于所述扶正器的直径。

9.根据权利要求1所述的实时随钻测量定位钻孔系统，其特征在于，岩石硬度为100mpa以上时，所述导向钻机控制钻孔速度为1.5米/小时。

10.一种实时随钻测量定位钻孔方法，其特征在于，所述实时随钻测量定位钻孔方法采用如权利要求1-9中任一项所述的实时随钻测量定位钻孔系统实施，所述实时随钻测量定位钻孔方法包括以下步骤：

技术总结
本申请公开一种实时随钻测量定位钻孔系统及方法，实时随钻测量定位钻孔系统包括：导向钻机、测量支架、与导向钻机相连的双壁钻杆、与双壁钻杆远离导向钻机的一端固定相连的导向轴、与导向轴相连的钻头。导向钻机设有第一动力头和第二动力头。测量支架上设有摄像定位设备。双壁钻杆包括活动相连且同心设置的内钻杆和外钻杆；内钻杆内作为光学测量通道；内钻杆和外钻杆之间的环空作为环空流体通道。导向轴包括导向外筒、连接内筒和传动轴。连接内筒内设有第一靶标；所述摄像定位设备用于拍摄所述第一靶标的图像。该实时随钻测量定位钻孔系统及方法能在钻进过程中实时监测导向孔的倾斜度并纠偏，可以使所钻孔的倾斜度偏差不大于0.5%。

技术研发人员：吴军国,李勇海,梁超,牛草原,吴校全,叶志琳,余秀平,毛龙,岑峰,周新亚,汪清河,陈文尹,欧阳石,杨嘉毅,刘文胜,何晓东,王立鹏,李万兴,张哲,崔冉冉,唐飓隆
受保护的技术使用者：中铁四局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10