地下水位智能探测钻机

939 编辑：中冶有色技术网来源：神华包头能源有限责任公司

2023-12-20 13:11:37

权利要求书： 1.一种地下水位智能探测钻机，其特征在于，包括依次相连的钻机、钻杆和钻头，其中：所述钻头为中空结构，在所述中空结构的前端设置有多孔封堵板，在所述中空结构内部设置有水压传感器，所述水压传感器设置于所述多孔封堵板的内壁上；

数据采集卡，与所述水压传感器通信连接，所述数据采集卡接收所述水压传感器检测到的水压值；

控制器，与所述数据采集卡通信连接，所述控制器接收所述数据采集卡发送的所述水压值；

其中，所述中空结构的前端为远离所述钻杆的一端；

位移传感器，设置于所述中空结构的内部，且与所述水压传感器一同设置于所述多孔封堵板的内壁上；所述位移传感器检测所述钻头的钻入深度值并将所述深度值发送至所述数据采集卡；

所述数据采集卡将所述深度值转发至所述控制器；

所述控制器配置有显示屏，所述控制器接收所述数据采集卡发送的所述水压值和所述深度值后发送至所述显示屏进行显示；

所述多孔封堵板可拆卸地设置于所述中空结构的前端，所述水压传感器通过限位轴承设置于所述多孔封堵板的内壁上，所述水压传感器通过所述多孔封堵板与外界相通，所述水压传感器检测外部环境的水压值；

所述水压传感器和所述位移传感器均为多个，所述控制器一次性接收到多个水压传感器的检测结果和多个位移传感器的检测结果，根据检测结果的平均值或者加权求和取平均值确定最终的水压值和最终的深度值；所述控制器根据所述水压值和所述深度值后，根据静水压力现象分布规律计算出钻孔的水头，并在所述显示屏上显示。

2.根据权利要求1所述的地下水位智能探测钻机，其特征在于：所述钻机与所述钻杆通过螺纹紧固连接；所述钻杆与所述钻头通过螺纹紧固连接。

3.根据权利要求1所述的地下水位智能探测钻机，其特征在于：所述钻机、所述钻杆和所述钻头内部开设有过线孔，所述水压传感器的电源端连接有导线；

所述导线贯穿所述过线孔后延伸至探测钻机的外部与电源连接。

4.根据权利要求3所述的地下水位智能探测钻机，其特征在于：所述导线包括第一段子导线和第二段子导线；其中，所述第一段子导线设置于所述钻头内部，所述第二段子导线设置于所述钻杆内部；所述第一段子导线和所述第二段子导线通过插销式接头连接。

5.根据权利要求4所述的地下水位智能探测钻机，其特征在于：所述钻杆由多段钻杆部件螺纹连接得到，其中所述第二段子导线包括多股，每一股所述第二段子导线设置于一段所述钻杆部件内部，不同股第二段子导线通过插销式接头连接。

6.根据权利要求5所述的地下水位智能探测钻机，其特征在于：所述位移传感器的电源端连接有导线；所述导线贯穿所述钻机、所述钻杆和所述钻头后延伸至探测钻机的外部与电源连接。

说明书：一种地下水位智能探测钻机技术领域[0001] 本发明涉及矿用自动化开采设备技术领域，具体地，涉及一种地下水位智能探测钻机。

背景技术[0002] 地下水位的测定对于边坡、岩土、水利工程都具有重要的价值，尤其在边坡稳定性评价时，地下水位是否准确会影响评价结果的准确性。传统的水位探测一般是在地质勘探

钻孔的基础上进行水位测定。地质钻在工作时需要加入钻进液，会对水位测定造成干扰。钻

孔形成之后具有一定的疏干作用，会造成钻孔周围的水位下降，给水位测定带来误差。

发明内容[0003] 本发明实施例旨在提供一种地下水位智能探测钻机，以解决现有技术中地下水位准确度不高的技术问题。

[0004] 为此，本发明提供一种地下水位智能探测钻机，包括依次相连的钻机、钻杆和钻头，其中：

[0005] 所述钻头为中空结构，在所述中空结构的前端设置有多孔封堵板，在所述中空结构内部设置有水压传感器，所述水压传感器设置于所述多孔封堵板的内壁上；

[0006] 数据采集卡，与所述水压传感器通信连接，所述数据采集卡接收所述水压传感器检测到的水压值；

[0007] 控制器，与所述数据采集卡通信连接，所述控制器接收所述数据采集卡发发送的所述水压值；

[0008] 其中，所述中空结构的前端为远离所述钻杆的一端。[0009] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述多孔封堵板可拆卸地设置于所述中空结构的前端。

[0010] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述水压传感器通过限位轴承设置于所述多孔封堵板的内壁上。

[0011] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述钻机与所述钻杆通过螺纹紧固连接；所述钻杆与所述钻头通过螺纹紧固连接。

[0012] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述钻机、所述钻杆和所述钻头内部开设有过线孔，所述水压传感器的电源端连接有导线；

[0013] 所述导线贯穿所述过线孔后延伸至探测钻机的外部与电源连接。[0014] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述导线包括第一段子导线和第二段子导线；其中，所述第一段子导线设置于所述钻头内部，所述第二段子导线设置于所述钻杆

内部；所述第一子导线和所述第二子导线通过插销式接头连接。

[0015] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述钻杆由多段钻杆部件螺纹连接得到，其中所述第二段子导线包括多股，每一股所述第二段子导线设置于一段所述钻杆部件

内部，不同股第二段子导线通过插销式接头连接。

[0016] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，还包括位移传感器：[0017] 所述位移传感器设置于所述中空结构的内部，且与所述水压传感器一同设置于所述多孔封堵板的内壁上；

[0018] 所述位移传感器检测所述钻头的钻入深度值并将所述深度值发送至所述数据采集卡；

[0019] 所述数据采集卡将所述深度值转发至所述控制器。[0020] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述位移传感器的电源端连接有导线；所述导线贯穿所述钻机、所述钻杆和所述钻头后延伸至探测钻机的外部与电源连接。

[0021] 可选地，上述的地下水位智能探测钻机中，所述控制器还配置有显示屏；[0022] 所述控制器接收所述数据采集卡发送的所述水压值和所述深度值后发送至所述显示屏进行显示。

[0023] 本发明提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：[0024] 本发明提供的地下水位智能探测钻机，通过对钻机中钻头的改进，实现对边坡内部水压力的实时自动测定，并记录数据及地下水位高度位置的自动分析能够提高软岩地层

中水压测量的精度、减少人力投入，收效良好，应用成本低，极具推广价值。

附图说明[0025] 图1为本发明一个实施例所述的地下水位智能探测钻机及技术的示意图。[0026] 图2为本发明一个实施例所述的地下水位智能探测钻机及技术的电器系统结构图；

[0027] 图3为本发明一个实施例所述的地下水位智能探测钻机及技术的钻杆连接示意图；

[0028] 图4为图3所示钻杆连接A?A剖面图。[0029] 图5为图4所示插销式接头及轴承结构B?B剖面图。[0030] 图中：1?钻机，2?钻杆，3?钻头，4?水压传感器，5?电源，6?数据传输线，7?数据采集卡，8?控制器，9?多孔封堵板，10?插销式接头，11?限位轴承。

具体实施方式[0031] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0032] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了

便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、

以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、

“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和

“第二位置”为两个不同的位置。

[0033] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可

以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是

两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本

发明中的具体含义。

[0034] 另外，本发明以下实施例中的各个方案只要不彼此冲突，则可以根据实际需要进行组合。

[0035] 本实施例提供一种地下水位智能探测钻机，如图1所示，包括依次相连的钻机1、钻杆2和钻头3，所述钻头3为麻花钻头，其中：所述钻头3为中空结构，在所述中空结构的前端

设置有多孔封堵板9，在所述中空结构内部设置有水压传感器4，所述水压传感器4设置于所

述多孔封堵板9的内壁上；数据采集卡7，与所述水压传感器4通信连接，所述数据采集卡7接

收所述水压传感器4检测到的水压值；控制器8，与所述数据采集卡7通信连接，所述控制器8

接收所述数据采集卡7发发送的所述水压值；其中，所述中空结构的前端为远离所述钻杆2

的一端。

[0036] 以上方案中，水压传感器4能够透过多孔封堵板9与外界相通，从而能够通过水压传感器4检测到外部环境的水压值，之后将水压值经过数据采集卡7发送至控制器8。控制器

8能够将水压值直接显示或者通过其他方式通信传输给操作人员，以上方案中能够实现对

软岩边坡内部水压力的准确测定，自动记录并呈现试验数据给操作人员，同时控制器能够

对整组试验进行自动分析，提供岩体的抗剪强度参数，减少人员投入，提高土工试验的效

率。

[0037] 如图所示，智能探测钻机通过运输装备车操控，因此以上方案中的数据采集卡7和控制器8设置于运输装备车的驾驶室中。优选地，也可以直接将数据采集卡7和控制器8集成

在钻机里，但是在驾驶室中配置显示屏用于对控制器得到的结果显示出来用于提醒操作人

员。

[0038] 以上方案中，所述多孔封堵板9可拆卸地设置于所述中空结构的前端。便于对多孔封堵板9进行拆卸更换，同时也便于对水压传感器4进行拆卸和更换。

[0039] 优选地，参考图2，在智能探测钻机内部需要有过线孔，也即所述钻机1、所述钻杆2和所述钻头3内部开设有过线孔，所述水压传感器4的电源端连接有导线6；所述导线6贯穿

所述过线孔后延伸至探测钻机的外部与电源5连接。所述电源5可用于给水压传感器4、数据

采集卡7和控制器8进行供电。如前所述，电源5可以设置于钻机外部也可以集成在钻机内

部。

[0040] 进一步地，上述方案中，所述钻机1与所述钻杆2通过螺纹紧固连接；所述钻杆2与所述钻头3通过螺纹紧固连接。所述钻机1驱动钻杆2和钻头3协同转动向地层内钻进。螺纹

紧固连接的方式能够方便地对钻机、钻杆和钻头整体长度进行调节。优选地，可以将钻杆2

设计成多段结构。参考图3和图4，所述钻杆2由多段钻杆部件螺纹连接得到，每一段所述钻

杆部件的长度为2?3m，其中钻杆部件的一端为凸出螺纹，另一端为凹陷螺纹，多个钻杆部件

可通过螺纹连接后延长钻杆2的整体长度。

[0041] 参考图4，所述导线6包括第一段子导线和第二段子导线；其中，所述第一段子导线设置于所述钻头3内部，所述第二段子导线设置于所述钻杆2内部；所述第一子导线和所述

第二子导线通过插销式接头10连接。本方案中，在钻杆2和钻头3内部安装有数据传输线，数

据传输线两端为插销式接头，便于钻机组合时插接。当所述钻杆2由多段钻杆部件螺纹连接

得到时，其中所述第二段子导线包括多股，每一股所述第二段子导线设置于一段所述钻杆

部件内部，不同股第二段子导线通过插销式接头连接。

[0042] 以上方案中，水压传感器4可以通过多种方式固定于多孔封堵板9的内壁。参考图5，所述水压传感器4通过限位轴承11设置于所述多孔封堵板9的内壁上。通过轴承11固定水

压传感器4操作简单，安装方便。

[0043] 进一步地，以上方案中，还包括位移传感器，所述位移传感器设置于所述中空结构的内部，且与所述水压传感器4一同设置于所述多孔封堵板9的内壁上；所述位移传感器检

测所述钻头3的钻入深度值并将所述深度值发送至所述数据采集卡7；所述数据采集卡7将

所述深度值转发至所述控制器8。位移传感器与水压传感器4和外部电源的连接方式相似，

其中，所述位移传感器的电源端连接有导线；所述导线贯穿所述钻机、所述钻杆和所述钻头

后延伸至探测钻机的外部与电源连接。相应地，位移传感器连接的导线也可以分为多段，不

同段导线之间通过接线插头插接连接。每一段导线均穿过钻机、钻机和钻头内部的过线孔

与外界电源相连接。

[0044] 所述控制器8，所述数据采集卡7发送的所述水压值和所述深度值后发送至所述显示屏进行显示。所述控制器8内置程序指令，能够对数据采集卡7采集到的位移和水压进行

数据转换和分析，根据静水压力现象分布规律计算出该钻孔的水头，并在显示屏上显示。

[0045] 另外，为了能进一步提升水压和位移监测结果的准确性，在钻头3内部可以设置多个水压传感器和多个位移传感器。如图5所示，轴承内部可以有四个限位孔，可分别设置两

个位移传感器和两个水压传感器，控制器能够一次性接收到多个深度值和多个水压值，之

后根据多个检测结果求取平均值的方式或者加权求和取平均值等方式得到最终的水压值

和深度值。

[0046] 本发明以上实施例提供的地下水位智能探测钻机技术，通过对钻机的改进，实现对边坡内部水压力的实时自动测定，并记录数据及地下水位高度位置的自动分析。具有应

用成本低、节省实验人数、操作简单等优点，更具有推广价值。

[0047] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可

以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；

而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和

范围。