(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210654898.9 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 中国矿业大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁1 1号 申请人 江西蓝翔重 工有限公司 (72)发明人 岳中文　岳小磊　李杨　王煦　 戴诗清　李为　唐福新　胡少银　 杨正华　李凯　 (74)专利代理 机构 北京方圆嘉 禾知识产权代理 有限公司 1 1385 专利代理师 李宁 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统 及方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤矿巷道围岩随钻岩性 智能识别系统及方法， 涉及矿山开采技术领域， 包括试件台、 数据采集系统、 数据处理系统、 动力 控制系统和钻进系统； 试件台用于夹持固定岩石 试件， 试件台与钻进系统设置于同一水平面上， 中轴线保持水平； 数据采集系统用于采集钻进系 统对岩石试件钻进过程中的旋转压力和推进力 信号； 数据处理系统与数据采集系统电连接， 用 于接收、 处理数据采集系统的传感器信号； 动力 控制系统为整个试验系统提供工作动力； 本发明 在矿山巷道掘进、 打孔作业领域实现了岩性识 别、 自动控制、 爆 破参数优化等智能化试验， 大大 减少了工作量， 改善劳动环境， 提高了安全系数 和作业效率， 具有重要的实际工程与科研意 义。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115077607 A 2022.09.20 CN 115077607 A 1.一种煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 包括试件台、 数据采集系 统、 数据处 理系统、 动力控制系统和钻进系统； 所述试件台用于夹持固定岩石试件， 所述试件台与所述钻进系统设置于同一水平面 上， 中轴线保持水平； 所述数据采集系统用于采集所述钻进系统对所述岩石试件钻进过程中的旋转压力和 推进力信号； 所述数据处理系统与所述数据采集系统电连接， 用于接收、 处理所述数据采集 系统的传感器信号； 所述动力控制系统为整个试验系统提供工作动力。 2.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述试件 台包括岩石试件、 围压加载装置、 支架、 后支撑杆和第一底座， 所述支架设置于所述第一底 座的顶部， 所述岩石试件设置于所述支架内， 所述围压加载装置通过所述支架固定于所述 岩石试件的周围， 所述后支撑杆穿过所述支架的尾端支撑于所述岩石试件的尾端， 用于提 供稳定支撑作用。 3.根据权利要求2所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述围压 加载装置包块分别位于所述岩石 试件顶部和两侧的三块压板， 三块所述压板通过螺杆与对 应的所述支架螺纹连接， 所述螺杆的末端设置有把手； 所述后支撑杆 的首端设置有支撑所 述岩石试件的支撑板， 所述后支撑杆与所述支架螺纹连接， 所述后支撑架的尾端也设置有 把手。 4.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述数据 采集系统包括扭矩 ‑转速传感器、 拉绳位移传感器、 第一压力 传感器、 第二压力 传感器、 第三 压力传感器和第四压力传感器； 所述扭矩 ‑转速传感器用于采集钻进过程中的扭矩信号和转速信号； 所述拉绳位移传感器设置于所述钻进系统的滑轨的后方， 所述拉绳位移传感器通过拉 绳与钻进系统的液压马达连接， 钻进过程中所述拉绳跟随所述液压马达前进与后退， 实时 监测运动位移； 所述第一压力传感器通过第二液压进油管连接于液压马达的进油口与所述动力控制 系统的多路控制阀的旋转控制A口间， 监测所述液压马达的旋转进油压； 所述第二压力 传感 器通过第二液压回油管连接于所述液压马达的回油口与所述多路控制阀的旋转控制B口 间， 监测所述液压马达的旋转回油压； 所述第三压力传感器通过第一液压进油管连接于钻 进系统的推进油缸 的进油口与所述多路控制阀的推进控制A口间， 监测所述推进油缸 的推 进油压， 所述第四压力 传感器通过第一液压回油管连接于所述推进油缸的回油口与多路控 制阀的推进控制B口间， 监测推进油缸后退油压 。 5.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述数据 处理系统包括相互之 间通过信号线 连接的显示仪表、 数据处理中心、 数据采集卡、 信号转换 器和电源变压器， 所述数据 处理系统通过信号线与数据采集系统中的各项传感器连接， 用 于接收、 处理传感器信号； 所述电源变压器用于转换数据处理系统 的工作电压， 使系统在不同工作电压环境下皆 具备适应性， 所述信号转换器用于将数据采集系统采集到的模拟量信号转换为数字量信 号， 将信号可视化； 所述数据处理中心还包括数据采集模块、 数据处理模块和反馈控制模权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115077607 A 2块， 用于实时记录、 处理数据采集系统传递回的数据， 并通过反馈控制模块中智能算法实时 反馈调控整机体的工作状态。 6.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述动力 控制系统包括电动机、 水泵、 油箱、 电磁阀、 控制启动器、 推进控制手柄、 旋转控制手柄、 多路 控制阀、 液压显示表和主动力泵， 所述电动机与所述主动力泵刚性连接， 所述主动力泵通过 液压油管与所述电磁阀、 所述油箱及所述多路控制阀循环连接， 为整个系统提供动力， 所述 控制启动器通过电源线与所述电动机连接， 用于控制所述电动机的工作状态， 所述液压显 示表通过信号线与所述多路控制阀连接， 用于监测所述动力控制系统的油压状态， 提供报 警功能； 所述推进控制手柄、 旋转控制手柄与所述多路控制阀连接， 通过控制所述旋转控制手 柄的开关程度， 给予所述钻进系统的液压马达不同的液压油流量， 从而控制不同的初始旋 转速度； 通过控制所述推进控制手柄的开关程度， 给予所述钻进系统的推进油缸不同的液 压油流量， 从而控制不同的初始推进力； 所述水泵通过水管与所述钻进系统的动力头连接， 钻进过程中为钻头提供冲洗液， 通 过不同旋转速度提供不同的冲洗液压力。 7.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述钻进 系统包括钻头、 钻杆、 滑轨、 推进油缸、 动力头、 液压马达、 限位板、 第二底座和 铰接轴， 所述 钻头与所述钻杆通过螺纹连接， 扭矩 ‑转速传感器通过第一联轴器与所述钻杆刚性连接， 通 过第二联轴器与所述动力头刚性连接， 所述液压马达、 动力头及扭矩 ‑转速传感器滑动连接 于所述滑轨的上方， 所述液压马达与所述动力头通过销栓连接， 所述液压马达提供 的旋转 力带动所述动力头和所述钻头整体旋转， 所述推进油缸设置于所述滑轨内侧， 通过所述推 进油缸的伸缩控制所述液压马达、 动力头及扭矩 ‑转速传感器沿着所述滑轨前进或后退， 所 述限位板设置于滑轨的首端， 为所述钻杆提供稳定支撑作用， 所述滑轨通过所述铰接轴与 所述第二底座连接 。 8.根据权利要求7所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述铰接 轴内部设置有能够 控制所述滑轨升降的液压油缸， 通过所述铰接轴控制所述滑轨的横向旋 转和纵向偏移， 通过控制所述铰接轴的不同角度， 控制钻进系统的不同钻进方向， 以满足实 际工程需要。 9.根据权利要求7所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统， 其特征在于： 所述钻杆 中间设置有螺纹连接端口， 可 连接多个不同长度的钻杆， 以满足不同的钻进深度要求。 10.一种应用于权利要求1 ‑9任一项所述的煤矿巷道围岩随钻岩性智能识别系统的煤 矿巷道围岩随钻岩性智能识别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)、 首先将岩石试件放置在试件台上， 通过旋紧X方向和Z方向围压加载装置， 对岩石试 件施加围压， 将后支撑杆固定 于岩石后方， 用于提供钻进过程中的支撑力； 2)、 启动控制启动 器， 调整电动机带动主动力泵开始工作， 保证动力控制系统整体油压 运行状态稳定； 3)、 将钻头调整于所述岩石试件接近接触位置， 通过控制多路控制阀、 旋转控制手柄及 推进控制手柄， 给与钻进系统液压马达初始旋转量， 给与推进油缸初始推进油压， 获得恒定 推进力， 开始钻进；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115077607 A 3