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申请/专利权人：东北大学

摘要：一种工程岩体钻孔破裂‑变形‑波速综合智能感知装置及方法，装置包括孔内监测执行单元和孔外监控单元，二者通过线缆连接；孔内监测执行单元包括孔径自适应爬行机器人及组合式多功能探头组件；探头组件包括高清广角摄像头、激光雷达探头及声波收发探头，各探头可自由组合；孔径自适应爬行机器人采用防水密封壳体结构，内部可充压实现泄漏检测，孔径自适应爬行机器人采用升降式电动履带行走机构，可自动调节支撑力防止打滑；孔外监控单元采用设备柜形式置于隧道内，线缆采用电缆线与水管集成结构，设备柜内置工控机，机器人和探头与工控机由电缆线连接，工控机无线远程连接隧道主管室内的主控系统；实现孔内同步监测和孔外远程数据采集分析的方法。

主权项：1.一种工程岩体钻孔破裂-变形-波速综合监测方法，采用了工程岩体钻孔破裂-变形-波速综合智能感知装置，装置包括孔内监测执行单元和孔外监控单元，所述孔内监测执行单元与孔外监控单元通过线缆进行连接；所述孔内监测执行单元包括孔径自适应爬行机器人及组合式多功能探头组件；所述组合式多功能探头组件通过快速接头与孔径自适应爬行机器人前端连接，孔径自适应爬行机器人后端接入线缆；所述组合式多功能探头组件包括高清广角摄像头、激光雷达探头及声波收发探头；所述高清广角摄像头上固定安装快速接头的公端，所述孔径自适应爬行机器人上固定安装快速接头的母端；所述高清广角摄像头密封安装在透明防护罩内；所述激光雷达探头和声波收发探头采用串联方式通过转接头固定在高清广角摄像头的透明防护罩前端，或者激光雷达探头和声波收发探头各自独立通过转接头固定在高清广角摄像头的透明防护罩前端；所述孔径自适应爬行机器人采用升降式电动履带行走机构实现机器人在钻孔内的孔径自适应爬行移动，升降式电动履带行走机构采用防水密封壳体结构；所述孔径自适应爬行机器人的机身采用防水密封壳体结构；在所述孔径自适应爬行机器人的机身内部设有气压传感器，在孔径自适应爬行机器人的机身壳体后部设有充气嘴，孔径自适应爬行机器人机身内部的密封空腔为充压状态且与透明防护罩内部相导通，充压压力值为1.2bar～1.6bar；孔径自适应爬行机器人机身内部密封空腔的充压压力由气压传感器实时检测，气压传感器的测量数据通过线缆传输至孔外监控单元；当所述气压传感器测量的实时压力值位于1.2bar～1.6bar范围内，说明孔径自适应爬行机器人机身内部密封空腔的密封状态良好；若气压传感器测量的实时压力值低于1.2bar，说明孔径自适应爬行机器人机身存在压力泄漏点，此时孔外监控单元会发出报警，由工作人员第一时间处理密封泄漏；在所述升降式电动履带行走机构内设置有控制器和压力传感器，升降式电动履带行走机构对钻孔孔壁的支撑力N由压力传感器实时检测，压力传感器的测量数据直接传输至控制器内，由控制器将支撑力N自动换算为升降式电动履带行走机构与钻孔孔壁之间的实时摩擦力F；在所述控制器内预先写入有防止升降式电动履带行走机构打滑的最小允许摩擦力Fmin，通过控制器对比最小允许摩擦力Fmin与实时摩擦力F的大小，当F＞Fmin时，支撑力N可维持不变，当F＜Fmin时，则由控制器对升降式电动履带行走机构进行调节以增大支撑力N，直到F＞Fmin为止；所述线缆采用集成式结构，在线缆的外皮内集成有电缆线和水管；所述电缆线用于在孔内监测执行单元与孔外监控单元之间传递控制指令和监测数据；所述水管用于在波速监测时向钻孔内注入清水；所述孔外监控单元采用设备柜的形式固定安装在隧道内，在设备柜内设置有工控机，所述电缆线接入工控机；所述工控机配置有无线数据传输模块，工控机通过无线数据传输模块与隧道主管室内的主控系统远程连接；所述孔径自适应爬行机器人及组合式多功能探头组件产生的数据通过电缆线传输至工控机，工控机获取数据后再通过无线传输方式远程传递给隧道主管室内的主控系统，由主控系统对数据进行采集和分析；所述隧道主管室内的主控系统采集数据的模式包括三种，分别为按等时间间隔采集数据、按输入时间采集数据及实时连续采集数据；其特征在于：方法包括如下步骤：步骤一：在隧道边墙上加工钻孔，然后在钻孔正下方的隧道边墙上沿高度方向布设多个线缆导向滑轮，之后在钻孔正下方的隧道地面上安装设备柜，随后在设备柜安装工控机和电缆盘；步骤二：将线缆一端接入孔径自适应爬行机器人，在线缆另一端将电缆线通过电缆盘接入工控机，然后将组合式多功能探头组件安装到孔径自适应爬行机器人前端；步骤三：接通电源，对工控机、孔径自适应爬行机器人及组合式多功能探头组件进行调试，确保工作正常，同时确保工控机能够正常与隧道主管室内的主控系统远程连接；步骤四：将安装有组合式多功能探头组件的孔径自适应爬行机器人放入钻孔内部，之后控制孔径自适应爬行机器人的两个升降式电动履带行走机构沿径向展开，直到孔径自适应爬行机器人依靠摩擦力稳定的支撑在钻孔孔壁上；步骤五：由隧道主管室内的主控系统远程发出监测启动指令，孔径自适应爬行机器人在接收到指令后，开始沿着钻孔轴向匀速前进，在移动过程中，通过高清广角摄像头对钻孔破裂进行监测，同时通过激光雷达探头对钻孔变形进行监测，待孔径自适应爬行机器人移动孔底后，信息采集结束，并控制孔径自适应爬行机器人回退至孔口处；步骤六：先将钻孔孔口进行封堵，使孔径自适应爬行机器人封闭在钻孔内部，然后通过水管向封闭的钻孔内注入清水，直到清水注满钻孔，之后继续由隧道主管室内的主控系统远程发出监测启动指令，孔径自适应爬行机器人沿着钻孔轴向在水中匀速前进，在移动过程中，通过声波收发探头对钻孔波速进行监测，待孔径自适应爬行机器人移动孔底后，信息采集结束，并控制孔径自适应爬行机器人回退至孔口处；步骤七：先将钻孔内的水排净，然后拆除钻孔孔口处的封堵，之后控制孔径自适应爬行机器人的两个升降式电动履带行走机构沿径向回缩，解除孔径自适应爬行机器人与钻孔孔壁之间的支撑固定，随后将自适应爬行机器人连同组合式多功能探头组件移出钻孔，最后由隧道主管室内的主控系统对采集到的数据进行分析处理。

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