智能巖石錨桿驅動器的制作方法
1.本公開涉及用于加固地層(比如巖層)的巖石錨桿，并且具體涉及用于監測這種錨桿的安裝的技術，尤其是監測附接到錨桿的外端部分的螺母或類似物的旋轉的技術。
背景技術：
2.地層(諸如巖石地層或巖層)通常使用巖石錨桿來加固。例如，巖石錨桿通常用于加固隧道頂部和穩定巖壁、斜坡和巖脈。根據例如待加固的地層的類型，使用各種類型的巖石錨桿或錨固件。
3.一種普通類型的巖石錨桿是能夠液壓膨脹的巖石錨桿，該能夠液壓膨脹的巖石錨桿設置有能夠膨脹的主體，該能夠膨脹的主體被打入地層中，此后通過引入加壓壓力介質而膨脹，使得該能夠膨脹的主體壓靠在鉆孔的孔壁上，從而接合地層。從cz 25706u1中已知一種能夠液壓膨脹的巖石錨桿。
4.另一種類型的巖石錨桿是摩擦錨桿。這種巖石錨桿可以通過驅動設備(諸如鉆孔臺車)打入到地層中。能夠機械膨脹的錨桿包括拉長的能夠膨脹的外部主體(有時稱為對開管)，以及在該外部主體內從設置有螺母的尾部部分延伸到前部部分的中心桿，該前部部分可操作地連接到膨脹機構，用于在中心桿旋轉時使外部主體膨脹。
5.在地層中安裝能夠機械膨脹的巖石錨桿時，驅動設備被操作以反復沖擊錨桿的外部主體，從而迫使外部主體進入地層。當錨桿被打入到地層中足夠得遠時，錨桿通過螺母的旋轉而膨脹，這引起中心桿的旋轉，使得膨脹機構引起外部主體的膨脹。螺母可以是盲孔螺母，使得螺母可以首先被擰到中心桿的尾部部分的螺紋上，其中中心桿最終在盲孔螺母中降至最低點，從而防止中心桿和盲孔螺母之間的進一步相對旋轉。這允許扭矩施加到螺母并且進一步施加到中心桿，以用于拉緊錨桿的膨脹機構。用于防止中心桿和螺母之間共同旋轉的其它裝置也是可行的，例如螺紋鎖緊流體或剪切銷，其中可以使用帶有通孔的標準螺母來代替盲孔螺母。
6.一些摩擦錨桿包括外部主體，但沒有膨脹機構，其中錨桿通過壓配合被迫使進入地層中，以將錨桿錨固在地層中。
7.對于許多類型的巖石錨桿來說，有利的是在將錨桿打入地層之后旋轉盲孔螺母，從而增加錨桿與地層的附接強度。
8.不能夠膨脹的錨桿(比如樹脂錨桿)在插入后也可能需要通過旋轉附接到錨桿尾部部分的螺母來旋轉。
9.au2010223134b2公開了一種能夠機械膨脹的摩擦錨桿。
10.有時，安裝巖石錨桿的操作者在將錨桿打入地層之后并不旋轉盲孔螺母，而是從盲孔螺母上移除驅動設備。實際上，這意味著錨桿沒有正確安裝。
11.人工檢查和擰緊地層中的多個錨桿是費時且容易出錯的，并且巖石錨桿的錯誤安裝是危險的，因為部分地層可能會無意中坍塌。
12.優選地是，每個螺母應該旋轉預定的轉數，或者旋轉到預定的扭矩。將螺母旋轉太
少圈可能導致未足夠錨桿膨脹而以足夠大的力接合地層。另一方面，將螺母旋轉太多圈可能導致地層開裂，從而降低地層的強度。
13.有時，攜帶驅動器套筒的采礦機器設置有扭矩控制設備，該扭矩控制設備被配置用以允許操作者設定預定的目標扭矩，以施加到驅動器套筒，用于旋轉巖石錨桿的螺母。然而，在錨桿已經被打入地層中之后，操作者可能仍然忘記啟動驅動器套筒的旋轉。
14.因此，需要一種改進的裝置來促進巖石錨桿的正確安裝。
技術實現要素：
15.本發明的目的是能夠改進對巖石錨桿安裝的控制，以確保驅動器套筒已經被充分旋轉，以正確安裝每個巖石錨桿。
16.根據本發明的第一方面，該目的通過一種用于安裝地面加固錨桿的驅動器套筒來實現。所述驅動器套筒包括用于測量驅動器套筒的旋轉的旋轉傳感器。此外，驅動器套筒包括處理單元，該處理單元被配置用以接收來自旋轉傳感器的信號，并且被配置用以基于來自旋轉傳感器的信號導出與驅動器套筒已經旋轉的轉數相關的旋轉數據。
17.當驅動器套筒旋轉時，旋轉傳感器測量驅動器套筒的旋轉并且發出信號。該信號由處理單元接收，該處理單元導出與驅動器套筒已經旋轉的轉數相關的旋轉數據。因此，這種驅動器套筒能夠基于關于自從錨桿開始安裝以來驅動器套筒已經旋轉的轉數的認知來控制驅動器套筒的操作。通過將旋轉傳感器集成到驅動器套筒中，旋轉數據能夠獨立于驅動器套筒所附接的機器類型而獲得。因此，驅動器套筒能夠實現即插即用的方法來測量所安裝的錨桿的旋轉，并且能夠使用任何攜帶該新型驅動器套筒的現有機器來監測地面加固錨桿的正確安裝。
18.旋轉數據可以包括描述預定時間段內的平均旋轉速度的數據、描述驅動器套筒在一個或多個特定時間點已經旋轉的轉數的數據、或者描述驅動器套筒是否已經旋轉的數據。
19.旋轉數據的典型示例是驅動器套筒已經旋轉的轉數、平均旋轉速度或加速度數據。平均速度和加速度數據兩者都可以用來導出驅動器套筒已經旋轉的轉數。
20.傳感器可以包括陀螺儀和/或加速度計和/或傾角計。
21.此外，驅動器套筒可以進一步包括無線發射器或收發器，其被配置用以發射包括旋轉數據的信號。
22.通過發射包括旋轉數據的信號，能夠遠程接收旋轉數據，使得遠程實體能夠用于實時監測地面加固錨桿的旋轉，而無需與旋轉的驅動器套筒進行任何有線或直接的物理接觸。
23.根據本發明的第二方面，該目的還通過一種監測地面加固錨桿的安裝的方法來實現，其中該方法包括從一個或多個驅動器套筒接收旋轉數據，并且根據可替代方案a)將旋轉數據記錄到數據載體，或者根據可替代方案b)從旋轉數據導出描述驅動器套筒已經旋轉的轉數的旋轉值，如果旋轉值超過下限閾值，則發出第一信號，該下限閾值限定驅動器套筒為了正確安裝而應該旋轉的最小轉數，并且/或者，如果旋轉值超過下限閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示錨桿已經旋轉了所需的轉數的數據。
24.根據該方法，旋轉數據從一個或多個驅動器套筒獲得，并且用于確定是否發出信號，該信號指示地面加固錨桿已經進行了足夠的旋轉從而使其被認為安裝正確。具體地是，該方法包括確定描述驅動器套筒已經旋轉的轉數的旋轉值。這可以簡單到使用旋轉數據已經明確給出的轉數，但是可能需要基于平均旋轉速度和/或加速度數據計算轉數。一旦確定了驅動器套筒已經旋轉的轉數，就將轉數與閾值進行比較。
25.此外，如果驅動器套筒已經進行了足夠的旋轉，則可以創建或更新數據記錄，使得個人或系統可以容易地查閱數據載體上的數據記錄，以查看錨桿是否被正確安裝。因此，一旦驅動器套筒從插入地下的加固錨桿中移除，驅動器套筒就可以用于安裝另一個錨桿，其中數據載體的數據記錄用于保持跟蹤哪些錨桿已經被正確安裝。
26.該方法還可以包括：如果旋轉值超過上限閾值，則發出第二信號，該上限閾值限定了驅動器套筒為了正確安裝而可以旋轉的最大轉數，并且/或者，如果旋轉值超過上限閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示錨桿已經過度旋轉的數據。
27.此外，該方法可以進一步包括記錄每個錨桿的安裝持續時間，并且如果旋轉值超過下限閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的安裝持續時間和當前旋轉的錨桿的標識符。
28.因此，驅動器套筒的電子設備也可以用于通過分別記錄開始和停止錨桿的安裝的時間來保持跟蹤每個地面加固錨桿的安裝持續時間。可以為每個錨桿測量任何一個或多個合適的持續時間，例如從開始將錨桿打入地面中和/或從開始旋轉驅動器套筒。此外，持續時間的結束可以是檢測到錨桿已經旋轉了高于閾值的轉數的時間，并且/或者，持續時間的結束可以是錨桿已經插入地面的孔中但在驅動器套筒開始旋轉之前的時間。例如，持續時間可以用于基準測試和統計目的，以提高安裝效率和質量。
29.此外，該方法可以包括接收來自扭矩傳感器的扭矩數據，該扭矩傳感器被配置用以測量施加到驅動器套筒的扭矩，并且基于扭矩數據和旋轉數據來導出旋轉阻力數據。
30.通過這樣導出旋轉阻力數據，可以驗證旋轉阻力是否在驅動器套筒進一步旋轉時突然降低，這通常表明在安裝過程中出現了問題，例如加固錨桿周圍形成了裂紋。此外，旋轉阻力數據實現了基于阻力與當前地面類型的追蹤。
31.扭矩傳感器可以與攜帶驅動器套筒的機器(諸如，鉆孔臺車)集成在一起。
32.在安裝地面加固錨桿時攜帶驅動器套筒的機器通常設置有扭矩調節裝置，該扭矩調節裝置允許機器施加到驅動器套筒上的扭矩根據經驗適當設定。因此，扭矩數據能夠直接或間接地從攜帶驅動器套筒的機器獲得，并且通過調整安裝地面加固錨桿的方法以使之也包括導出每個安裝的錨桿的旋轉阻力數據的步驟，可以更好地理解每個錨桿的安裝并且采取措施來校正任何偏差。例如，如果旋轉阻力在長時間增加之后突然減小，這可能是由于錨桿已經使地面開裂，使得錨桿不再如預期的那樣正確地加固地面。然后，可以考慮采取任何適當的措施，例如更換地面加固錨桿或在附近增加額外的錨桿。
33.該方法可以進一步包括連續地將當前旋轉阻力與下限阻力閾值進行比較，并且a)如果該比較表明旋轉阻力下降到下限阻力閾值以下，則發出第三信號，并且/或者b)如果該比較表明旋轉阻力下降到下限阻力閾值以下，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示扭矩已經降低到下限阻力閾值以下的數據。
34.通過連續監測旋轉阻力是否下降得超過預期，可以采取適當的措施，諸如更換地面加固錨桿或在附近增加額外的錨桿。下限阻力閾值用于確定所關注的偏差。下限阻力閾值可以是動態計算的閾值，或者下限阻力閾值可以是預定的閾值。
35.可以通過基于旋轉阻力數據來連續記錄旋轉阻力的最大值而連續計算下限阻力閾值，并且然后將下限阻力閾值計算為旋轉阻力數據的所述最大值的預定分數。由于旋轉阻力的輕微上下變化是正常的，所以僅僅尋扭矩的瞬間降低是不夠的，因為這可能會引發一種錯誤的印象，即已經達到了最大扭矩并且已經開始過度旋轉。而是，應該使用下限阻力閾值，該下限阻力閾值可以動態地計算為所述最大值的預定分數，而不是基于預定的下限閾值。
36.所發射的第一信號、第二信號和/或第三信號可以使用諸如揚聲器的音頻通信設備或者使用諸如光源或顯示單元的視覺通信設備來呈現。
37.通過使用音頻通信設備或視覺通信設備呈現第一信號，控制加固錨桿安裝的操作者容易理解該信號，使得操作者知道錨桿何時被正確安裝。
38.根據本發明的第三方面，該目的還通過一種用于監測地面加固錨桿的安裝的監測系統來實現。該監測系統包括如上所述的驅動器套筒和被配置用以執行如上所述的方法的計算機程序產品。
39.監測系統可以進一步包括用于運行計算機程序產品的移動計算設備，諸如智能電話或移動終端。
附圖說明
40.圖1示出了根據第一實施例的驅動器套筒的簡化側視圖，其中虛線表示分別用于接納錨桿和附接到采礦機器的中心凹部。
具體實施方式
41.下文將參照附圖描述根據第一實施例的驅動器套筒及其與采礦機器的一起使用。驅動器套筒1用于在地層中安裝地面加固錨桿。驅動器套筒包括用于測量驅動器套筒1的旋轉的旋轉傳感器2。驅動器套筒1還包括處理單元3，處理單元3被配置用以接收來自旋轉傳感器2的信號，并且被配置用以基于來自旋轉傳感器2的信號來導出與驅動器套筒1已經旋轉的轉數相關的旋轉數據。旋轉傳感器是電子旋轉傳感器。
42.旋轉數據包括描述預定時間段內的平均旋轉速度的數據、描述驅動器套筒1在一個或多個特定時間點已經旋轉的轉數的數據、或者描述驅動器套筒1是否已經旋轉的數據。
43.旋轉數據的典型示例是驅動器套筒已經旋轉的轉數、平均旋轉速度或加速度數據。如果需要的話，則平均速度和加速度數據兩者都可以用于導出驅動器套筒已經旋轉的轉數。在驅動器套筒上設置這種旋轉傳感器使得能夠直接替換許多現有類型的驅動器套筒，從而通過研究通過傳感器提供的旋轉數據來提供對錨桿安裝的監測。旋轉數據可以實時分析，或者作為安裝后的程序進行分析，以保證安全和及時的錨桿安裝。
44.旋轉傳感器2包括陀螺儀和/或加速度計和/或傾角計。該陀螺儀、加速度計和/或傾角計被配置用以考慮旋轉傳感器相對于驅動器套筒的旋轉軸線的位置/定向來確定旋轉數據。
45.驅動器套筒1進一步包括無線發射器或收發器4，該無線發射器或收發器被配置用以發射包括旋轉數據的信號。然而，可替代地或附加地是，驅動器套筒可以包括數據載體(諸如計算機存儲器)，該數據載體被配置用以代替/除了發射具有旋轉數據的信號之外還保存旋轉數據。
46.通過發射包括旋轉數據的信號，能夠遠程接收旋轉數據，使得遠程實體能夠用于實時監測地面加固錨桿的旋轉，而無需與旋轉的驅動器套筒進行任何有線或直接的物理接觸。
47.本發明的第二方面涉及一種監測地面加固錨桿的安裝的方法。該方法包括：從一個或多個根據權利要求1-4中任一項所述的驅動器套筒1接收旋轉數據，并且將旋轉數據記錄到數據載體上。該數據載體可以集成在驅動器套筒中，或者該驅動器套筒可以遠離該數據載體設置，諸如在單獨的存儲設備中。存儲設備的示例是云存儲設備、手持終端或采礦機器機載的計算機系統。
48.附加地是或可替代地是，該方法可以包括從旋轉數據中導出旋轉值的步驟，該旋轉值描述了驅動器套筒1已經旋轉的轉數。
49.附加地是，該方法可以包括：如果旋轉值超過下限閾值，則發出第一信號，該下限閾值限定驅動器套筒1為了正確安裝而應該旋轉的最小轉數。此外，該方法可以包括：如果該旋轉值超過該下限閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示錨該桿已經旋轉了所需的轉數的數據。
50.該方法可以進一步包括：如果旋轉值超過上限閾值，則發出第二信號，該上限閾值限定了驅動器套筒1為了正確安裝而可以旋轉的最大轉數。可替代地是或附加地是，該方法可以包括：如果該旋轉值超過該上限閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示該錨桿已經過度旋轉的數據。
51.單個數據載體可以用于所有提到的數據存儲需求，或者代替地是可以提供多個數據載體。
52.該方法還包括如下可選步驟：記錄每個錨桿的安裝持續時間，并且如果旋轉值超過下限閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的安裝持續時間和當前旋轉的錨桿的標識符。
53.每個錨桿的安裝時間從旋轉被認為已經開始時開始測量，直到錨桿的安裝被認為已經完成為止。
54.此外，該方法包括如下可選步驟：接收來自扭矩傳感器的扭矩數據，該扭矩傳感器被配置用以測量施加到驅動器套筒1的扭矩，以及基于該扭矩數據和旋轉數據4導出旋轉阻力數據。
55.這里，所使用的扭矩傳感器是與攜帶驅動器套筒的機器(即采礦機器)集成在一起的永久傳感器。然而，可替代地是，該扭矩傳感器可以設置在其它地方，諸如與驅動器套筒集成在一起或安裝在采礦機器和驅動器套筒之間。
56.該方法進一步包括連續地將當前旋轉阻力與下限阻力閾值進行比較。一旦比較表明旋轉阻力下降到下限阻力閾值以下，就發出第三信號。可替代地是或附加地是，如果比較表明旋轉阻力下降到下限阻力閾值以下，則創建或更新數據載體上的數據記錄。數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示該扭矩已經降低到下限阻力閾值以下的數據。
57.下限阻力閾值被連續計算為旋轉阻力數據的最大值的預定分數。然而，可以使用任何其它合適的統計計算來導出合適的下限阻力閾值。
58.代替使用來自扭矩傳感器的信息來確定錨桿是否太容易旋轉，可以使用旋轉數據來得出相同的結論。在這種情況下，該方法還包括連續監測當前旋轉速度并且將其與預定的上限旋轉速度閾值進行比較，并且如果該比較表明該旋轉速度超過該上限旋轉速度閾值，則發出第三信號。可替代地是或附加地是，如果比較表明該旋轉速度超過該上限旋轉速度閾值，則在數據載體上創建或更新數據記錄，所述數據記錄包括當前旋轉的錨桿的標識符和指示該旋轉速度已經超過上限旋轉速度閾值的數據。
59.使用揚聲器形式的音頻通信設備并且使用顯示單元形式的視覺通信設備來呈現所發射的第一信號、第二信號和/或第三信號。在其它實施例中，可以省略發射信號的聽覺和/或視覺呈現。
60.在一個方面，該技術以用于監測地面加固錨桿的安裝的監測系統的形式提供，其中該監測系統包括如上所述的驅動器套筒1和被配置用以執行上述方法的計算機程序產品。
61.該系統可以進一步包括用于運行計算機程序產品的移動計算設備，諸如智能電話或移動終端。
