CN103982171B - 监测和控制钻孔的孔底平面高程的方法及监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监测和控制钻孔的孔底平面高程的方法及监测设备，所述方法包括：(a)通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值；(b)测量钻机上的预定位置的高程值；(c)测量钻机钻头的当前的实际位移；(d)计算钻机钻头的当前深度值；(e)显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值随钻机钻头的钻进而变化。根据本发明的监测和控制钻孔的孔底平面高程的方法及监测设备，通过将钻机上安装的定位系统与传感器相结合，为钻机操作工人提供实时在线钻孔深度显示，以使钻机操作工人精确控制多个孔的孔底的高程具有相同值。

Description

监测和控制钻孔的孔底平面高程的方法及监测设备

技术领域

本发明涉及露天矿钻机钻孔方法的技术领域，更具体地讲，涉及一种监测和控制钻孔的孔底平面高程的方法及监测设备。

背景技术

露天台阶爆破钻孔深度的精确控制，直接关系到钻孔成本以及后续装药的精确计算。目前，针对钻机钻孔深度的测量主要采用红外扫描计数方式、拨片计数器或光电编码器来控制孔深。以上几种测量方法的共性是：一方面是虽能够准确的测量钻机的钻进深度，但是由于钻机钻孔前需要进行调平，造成钻机平台距地面的作业面的高度不同，所以即使钻机的钻进深度相同，钻孔的孔底平面仍然高低落差很大；另一方面是这些方法虽能够测量孔深，但是不能实时在线显示钻进深度来指导钻机操作工人钻孔。

而且近些年，虽然部分钻机装有钻孔定位功能，但是没能将定位的高程信息与孔深的计算相结合。针对目前的钻孔状况，直接导致爆破钻孔超深的增加，特别是对后续的爆破装药计算和爆破效果的评估都无法实现精细化。

发明内容

本发明的目的在于监测钻机钻头的当前深度值，使每次钻孔的孔底的高程具有相同值，对提高露天矿山生产爆破效果、增加采矿效率和经济效益、减少因超深过多造成的浪费等方面起到积极作用。

本发明的一方面提供一种监测钻孔的孔底平面高程的方法，所述方法包括：(a)通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值；(b)测量钻机上的预定位置的高程值；(c)测量钻机钻头的当前的实际位移；(d)根据钻机上的预定位置的高程值、钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值、钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离、钻机钻头的当前的实际位移，得到钻机钻头的当前深度值；(e)显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值随钻机钻头的钻进而变化。

可选地，步骤(a)可包括：接收参数，所述参数包括用户输入的设定孔深、测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值和首次钻孔时测量得到的钻机上的预定位置的高程值；根据所述参数确定钻孔的孔底的高程值。

可选地，计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀

其中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，M₀表示设定孔深。

可选地，可利用实时动态差分法的全球定位系统对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。

可选地，测量钻机钻头的当前的实际位移的步骤包括：测量钻机转轴旋转的周数，根据所述周数计算钻机钻头的当前的实际位移，其中，计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X$

其中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

可选地，计算钻机钻头的当前深度值的公式如下，

Z(t)＝Z₁-H₁-H₂-G(X)

其中，Z(t)表示钻机钻头的当前深度值，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，H₂表示钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数。

可选地，本发明所述的方法可还包括步骤(f)：当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，进行提示。

本发明的另一方面提供一种监测钻孔的孔底平面高程的设备，所述设备包括：卫星定位测量仪、控制器、转速传感器、钻机监控终端，其中，卫星定位测量仪的接收机模块设置在钻机操作室中，卫星定位测量仪的天线设置在钻机上的预定位置，卫星定位测量仪将测量的钻机上的预定位置的高程值发送给钻机监控终端，转速传感器设置在钻机的加压主轴侧面的U型架上，将检测到钻机的加压主轴每旋转的一周而产生的信号发送给控制器，控制器设置在钻机操作室中，对从转速传感器接收到的所述信号的个数进行计数得到所述信号的个数的计数值，钻机的加压主轴旋转的周数为所述信号的个数的计数值，并将钻机的加压主轴旋转的周数发送给钻机监控终端，钻机监控终端设置在钻机操作室中，根据所述钻机的加压主轴旋转的周数得到钻机钻头的当前的实际位移，钻机监控终端根据钻机上的预定位置的高程值、钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值、钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离、钻机钻头的当前的实际位移，计算钻机钻头的当前深度值，钻机监控终端还显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值移随钻机钻头的钻进而变化。

可选地，卫星定位测量仪将首次钻孔时测量的钻机上的预定位置的高程值发送给钻机监控终端，钻机监控终端根据首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值、用户输入的设定孔深和测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值计算钻孔的孔底的高程值。

可选地，钻机监控终端计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀

其中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，M₀表示设定孔深。

可选地，钻机监控终端计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X$

其中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

可选地，钻机监控终端计算钻机钻头的当前深度值的公式如下，

Z(t)＝Z₁-H₁-H₂-G(X)

其中，Z(t)表示钻机钻头的当前深度值，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，H₂表示钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数。

可选地，当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，钻机监控终端进行提示。

本发明的再一方面提供一种控制钻孔的孔底平面高程的方法，所述方法包括：(a)通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值；(b)对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值；(c)测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值；(d)利用钻孔的孔底的高程值、钻机上的预定位置的高程值和所述高度值，得到钻孔相对于钻机的平台的目标孔深；(e)根据所述目标孔深进行钻孔。

可选地，通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值的步骤可为，(a1)预先设定钻孔相对于钻机的平台的设定孔深；(a2)对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值；(a3)测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值；(a4)利用所述设定孔深、钻机上的预定位置的高程值和所述高度值，得到钻孔的孔底的高程值。

可选地，计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀

其中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，M₀表示设定孔深。

可选地，计算钻孔相对于钻机的平台的目标孔深的公式如下，

M₁＝Z₁-H₁-Z₂

其中，M₁表示钻孔相对于钻机的平台的目标孔深，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，Z₂表示钻孔的孔底的高程值。

可选地，步骤(e)可包括：(e1)测量钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离；(e2)利用钻孔相对于钻机的平台的目标孔深和所述距离，得到钻机钻头的目标位移；(e3)利用转速传感器计算钻机钻头的当前的实际位移，当钻机钻头的当前的实际位移达到所述目标位移时，停止钻孔。

可选地，计算钻机钻头的目标位移的公式如下，

G₀(X)＝M₁-H₂

其中，G₀(X)表示钻机钻头的目标位移，M₁表示钻孔相对于钻机的平台的目标孔深，H₂表示钻机钻头的标定位置距离钻机钻头顶端的距离。

可选地，利用转速传感器计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X$

其中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

可选地，本发明所述的方法可还包括步骤(e4)：在每次钻孔时，显示钻机钻头的当前的实际位移，所述显示的钻机钻头的当前的实际位移随钻机钻头的钻进而变化。

可选地，本发明所述的方法可还包括步骤(e5)：当钻机钻头的当前的实际位移达到所述目标位移时，进行提示。

可选地，可利用实时动态差分法的全球定位系统对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。

根据本发明的监测和控制钻孔的孔底平面高程的方法及监测设备，通过在钻机上安装的定位系统与传感器相结合，为钻机操作工人提供实时在线钻孔深度显示，以使钻机操作工人精确控制多个孔的孔底的高程具有相同值。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的第一实施例的监测钻孔的孔底平面高程的设备的结构图；

图2是示出根据本发明的第二实施例的监测钻孔的孔底平面高程的方法的流程图；

图3是示出根据本发明的第三实施例的控制钻孔的孔底平面高程的方法的流程图；

图4是示出根据本发明的第三实施例的确定钻孔的孔底的高程值的方法的流程图；

图5是示出根据本发明的第三实施例的计算钻机钻头的目标位移的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是示出根据本发明的第一实施例的监测钻孔的孔底平面高程的设备的结构图。

参照图1，根据本发明的第一实施例的监测钻孔的孔底平面高程的设备包括：卫星定位测量仪101、控制器102、转速传感器103和钻机监控终端104。

卫星定位测量仪101的接收机模块设置在钻机操作室中，卫星定位测量仪101的天线设置在钻机上的预定位置，卫星定位测量仪101将测量的钻机上的预定位置的高程值发送给钻机监控终端104。

这里，可利用各种现有的卫星定位测量仪101测量钻机的高程值。例如，可选地，可利用实时动态差分法的全球定位系统(GPS-RTK)对钻机上的预定位置进行定位，获得钻机上的预定位置的高程值，以提高定位精度。

在一个示例中，可选地，卫星定位测量仪101可包括GPS-RTK基准站和GPS-RTK移动站。例如，GPS-RTK基准站可建立在矿区的调度中心，GPS-RTK移动站可设置在钻机上，例如，GPS-RTK移动站的GPS天线可设置在钻机上的预定位置(例如，钻机操作室的屋顶)，GPS-RTK移动站的接收机模块可设置在钻机操作室中，GPS-RTK移动站的接收机模块通过RS232接口与钻机监控终端104进行通讯。通过GPS-RTK移动站的接收机模块，在单纯的对钻孔坐标进行定位的基础上，可以获得钻机上的预定位置此时的高程信息。

GPS-RTK基准站通过数据链将伪距观测值和GPS-RTK基准站的坐标信息一起传送给GPS-RTK移动站。GPS-RTK移动站不仅通过数据链接收来自GPS-RTK基准站传送的数据，还要采集GPS-RTK基准站的载波相位观测值，并利用了GPS-RTK基准站和GPS-RTK移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去GPS-RTK移动站观测数据中的大部分误差，从而得到高精度的钻机上的预定位置的高程值。这里，GPS-RTK技术为本领域的公知常识，本发明对此部分不再进行详细的描述。

转速传感器103设置在钻机的加压主轴侧面的U型架上，将检测到钻机的加压主轴每旋转一周而产生的信号发送给控制器102。这里，可利用各种现有的转速传感器(例如，霍尔传感器)将检测到钻机的加压主轴每旋转一周而产生的信号发送给控制器102。

控制器102设置在钻机操作室中，对从转速传感器103接收到的所述信号的个数进行计数得到所述信号的个数的计数值，钻机的加压主轴旋转的周数为所述信号的个数的计数值，并将钻机的加压主轴旋转的周数发送给钻机监控终端104。

在一个示例中，转速传感器103可选用霍尔传感器(例如，Hal-16-2型)，具有双向可逆计数功能。霍尔传感器安装在钻机的加压主轴侧面的U型架上，霍尔传感器的探头对准轴心，与之配套的磁钢片对称的贴在转轴上，当霍尔传感器的探头经过磁钢片时，霍尔传感器输出两路开漏信号。霍尔传感器将检测到钻机的加压主轴每旋转一周而产生的信号发送给控制器102(例如，可编程逻辑控制器PLC)，控制器102对从霍尔传感器接收的信号的个数进行计数得到从霍尔传感器接收的信号的个数的计数值，该计数值即为钻机的加压主轴旋转的周数，并将钻机的加压主轴旋转的周数发送给钻机监控终端104。本发明所述的设备可识别钻机的正反转，防止在钻孔过程中遇阻提钻对计数产生的影响。控制器102可设置在钻机操作室中，采用RS485接口与钻机监控终端104进行通讯。钻机工作前，控制器102和霍尔传感器须通电，否则霍尔传感器需重新标定K(0)(钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数)。

钻机监控终端104设置在钻机操作室中，根据钻机的加压主轴旋转的周数得到钻机钻头的当前的实际位移。

可选地，钻机监控终端104计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X---\left(1\right)$

在公式(1)中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

钻机监控终端104根据钻机上的预定位置的高程值、钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值、钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离、钻机钻头的当前的实际位移，计算钻机钻头的当前深度值。这里，可使用各种现有装置来测量钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离和钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，本发明对这部分的内容不再详细描述。

可选地，卫星定位测量仪101将首次钻孔时测量的钻机上的预定位置的高程值发送给钻机监控终端104，钻机监控终端104根据首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值、用户输入的设定孔深和测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值计算钻孔的孔底的高程值。

可选地，在首次钻孔时，可预先设定一个钻孔相对于钻机的平台的设定孔深(例如，17.5m)，根据所述设定孔深可计算出钻孔的孔底的高程值。所述设定孔深仅在首次钻孔时进行设定，之后在每次钻孔时，由于钻机的平台距地面的作业面的高度不同，为了保证每次钻孔的孔底的高程值不变，需控制钻机钻头相对于钻机的平台的钻进深度，也就是说之后每次钻孔时，所述钻进深度可能为17m、18m或16.5m等。

这里，由于将卫星定位测量仪101的天线设置在钻机上的预定位置(例如，钻机操作室的屋顶)上，则利用卫星定位测量仪101测量得到的钻机上的预定位置的高程值中包括了钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，因此，在利用钻机上的预定位置的高程值进行相关计算时，需将钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值减掉。

在对钻机上的预定位置进行定位时，可将卫星定位测量仪101的天线设置在钻机上的预定位置，例如，优选地，所述预定位置可为钻机的操作室的屋顶，然而本发明不限于此，也可将卫星定位测量仪101的天线放置在钻机上的其它地方。例如，卫星定位测量仪101的天线还可直接安装在钻机的平台上，此时钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值就为零。由于卫星定位测量仪101的天线设置在钻机上的预定位置选定后，则所述预定位置相对于钻机的平台的高度值就是固定不变的，因此，只需对钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值测量一次即可，不必每次钻孔时都进行测量。

可选地，钻机监控终端104计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀(2)

在公式(2)中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，M₀表示设定孔深。

可选地，钻机监控终端104计算钻机钻头的当前深度值的公式如下，

Z(t)＝Z₁-H₁-H₂-G(X)(3)

在公式(3)中，Z(t)表示钻机钻头的当前深度值，Z₁表示钻机的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，H₂表示钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移。

可选地，钻机监控终端104可还显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值移随钻机钻头的钻进而变化。

可选地，当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，钻机监控终端104进行提示，以提示钻机操作工人可停止钻孔。例如，钻机监控终端104可显示提示信息，和/或钻机监控终端104还可控制声卡发声，进行声音提示。

例如，可将钻孔的孔底的高程值作为钻机钻头的当前深度值的结束位置，所述显示的钻机钻头的当前深度值随钻机钻头的钻进而变化。例如，当钻机钻头的当前深度值没有达到钻孔的孔底的高程值时，钻机操作工人控制钻机继续钻孔；当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，钻机监控终端104可进行提示，以提示钻机操作工人可停止钻孔。这里，钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值不是指钻机钻头的当前深度值与钻孔的孔底的高程值完全相等，可以是指当钻机钻头的当前深度值接近钻孔的孔底的高程值时，钻机监控终端104进行提示。例如，可预先设定提示范围，当钻机钻头的当前深度值与钻孔的孔底的高程值的差在提示范围内时，钻机监控终端104进行提示，以提示钻机操作工人将要停止钻孔。

例如，可将钻机钻头的当前深度值的变化利用进度条的方式进行显示，将钻机上的预定位置的高程值作为进度条满量程时的起始位置，将钻孔的孔底的高程值作为进度条为零时的结束位置，当钻机钻头的当前深度值发生变化时，显示的进度条随钻机钻头的当前深度值进行相应比例的变化，当显示的进度条为零时，表明钻机操作工人可停止钻孔操作。然而本发明不限于此，也可将钻机上的预定位置的高程值作为进度条的结束位置，将钻孔的孔底的高程值作为进度条的起始位置，或是将进度条为零时作为钻机钻头的实际位移的起始位置，进度条满量程时作为钻机钻头的实际位移的结束位置，当显示的进度条为满量程时，表明钻机操作工人可停止钻孔操作。

采用本发明所述的监测钻孔的孔底平面高程的设备，随钻机钻头的钻进可向钻机操作工人显示钻机钻头的当前深度值的变化，钻机操作工人可根据显示出的钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值控制钻机钻孔，以使每次钻孔的孔底的高程具有相同值。

图2是示出根据本发明的第二实施例的监测钻孔的孔底平面高程的方法的流程图。

在步骤201中，通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值。

具体地讲，通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值的步骤可为：接收参数，所述参数包括用户输入的设定孔深、测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值和首次钻孔时测量得到的钻机上的预定位置的高程值；根据所述参数确定钻孔的孔底的高程值。这里，可利用各种方法来测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，本发明对此部分的内容不再详述。例如，可利用公式(2)计算钻孔的孔底的高程值。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值的方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

在步骤202中，测量钻机上的预定位置的高程值。

这里，可利用各种现有的方法测量钻机上的预定位置的高程值，优选地，可利用实时动态差分法的全球定位系统对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。

由于在本发明的第一实施例的卫星定位测量仪101中已经对测量钻机上的预定位置的高程值的方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

在步骤203中，测量钻机钻头的当前的实际位移。

例如，可利用公式(1)计算钻机钻头的当前的实际位移。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对测量钻机钻头的当前的实际位移的方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

在步骤204中，根据钻机上的预定位置的高程值、钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值、钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离、钻机钻头的当前的实际位移，得到钻机钻头的当前深度值。

例如，可利用公式(3)计算钻机钻头的当前深度值。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对计算钻机钻头的当前深度值的方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

在步骤205中，显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值随钻机钻头的钻进而变化。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值的方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

根据本发明的第二实施例所述的方法可还包括：当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，进行提示。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时进行提示的方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

下面详细描述根据本发明的第二实施例所述的方法的具体工作过程。

首先，接收参数，接收的参数包括用户输入的设定孔深M₀、测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值H₁和首次钻孔时测量得到的钻机的高程值Z₀，利用公式(2)可计算得到钻孔的孔底的高程值Z₂。将通过首次钻孔计算得到的钻孔的孔底的高程值Z₂作为标准，在该爆区所有孔的孔底的高程值均为同一孔底的高程值Z₂。

除首次钻孔外，在每次钻孔时，测量钻机上的预定位置的高程值。根据钻机上的预定位置的高程值Z₁、钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值H₁、钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离H₂、钻机钻头的当前的实际位移G(X)，得到钻机钻头的当前深度值Z(t)。

例如，可将钻机钻头的当前深度值的变化利用进度条的方式进行显示，将钻机上的预定位置的高程值作为进度条满量程时的起始位置，将钻孔的孔底的高程值作为进度条为零时的结束位置，当钻机钻头的当前深度值发生变化时，显示的进度条随钻机钻头的当前深度值进行相应比例的变化。

然后，测量钻机钻头的当前的实际位移。例如，读取钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数K(t)，则此时钻机钻头的当前的实际位移为：G(X)＝G[K(t)-K(0)]。由于Z(t)＝Z₁-H₁-H₂-G(X)，因此随着钻机钻头的钻进，K(t)不断增大，则G(X)不断增大，则Z(t)不断减少，同时进度条也随Z(t)不断减少。当钻机钻头的当前深度值Z(t)减少至钻孔的孔底的高程值Z₂时，进度条的量程为零时，可进行提示，以提示钻机操作工人可停止钻孔。

在每次钻孔时，由于钻机的平台距地面的作业面的高度不同，则钻机上的预定位置的高程值也会不同。为保证每次钻孔的孔底的高程值不变，因此在每次钻孔时，需更新钻机上的预定位置的高程值，其他的值可保持不变。

此外，应该理解根据本发明的第二实施例的监测钻孔的孔底平面高程的方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机代码，所述计算机代码可在本发明的第一实施例中的钻机监控终端104中得以实现。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机代码。当所述计算机代码在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。

图3是示出根据本发明的第三实施例的控制钻孔的孔底平面高程的方法的流程图。

如图3所示，在步骤301中，通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值。

具体地讲，图4是示出确定钻孔的孔底的高程值的方法的流程图。

在步骤401中，预先设定钻孔相对于钻机的平台的设定孔深。

可选地，在首次钻孔时，可预先设定一个钻孔相对于钻机的平台的设定孔深(例如，17.5m)，根据所述设定孔深可计算出钻孔的孔底的高程值。所述设定孔深仅在首次钻孔时进行设定，之后在每次钻孔时，由于钻机的平台距地面的作业面的高度不同，为了保证钻孔的孔底的高程值不变，需控制钻机钻头相对于钻机的平台的钻进深度，也就是说之后每次钻孔时，所述钻进深度可能为17m、18m或16.5m等。

在步骤402中，对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。

这里，可利用各种现有的定位方法对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。例如，可选地，可利用实时动态差分法的全球定位系统对钻机上的预定位置进行定位，以提高定位精度。

由于在本发明的第一实施例的卫星定位测量仪101中已经对得到钻机上的预定位置的高程值的方法进行了详细描述，在此不再赘述。

在步骤403中，测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值。这里，可利用各种现有方法来测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值。

由于在本发明的第一实施例的卫星定位测量仪101中已经对测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值的方法进行了详细描述，在此不再赘述。

在步骤404中，利用设定孔深、钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值和钻机上的预定位置的高程值，得到钻孔的孔底的高程值。

例如，可利用公式(2)计算钻孔的孔底的高程值。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对计算钻孔的孔底的高程值的方法进行了详细描述，在此不再赘述。

返回图3，在步骤302中，对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。

由于在本发明的第一实施例的卫星定位测量仪101中已经对得到钻机上的预定位置的高程值的方法进行了详细描述，在此不再赘述。

在步骤303中，测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值。

由于在本发明的第一实施例的卫星定位测量仪101中已经对测量钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值的方法进行了详细描述，在此不再赘述。

在步骤304中，利用钻孔的孔底的高程值、钻机上的预定位置的高程值和所述高度值，得到钻孔相对于钻机的平台的目标孔深。

图5是示出根据本发明的第三实施例的计算钻机钻头的目标位移的示意图。

如图5所示，1表示钻机的平台、2表示千斤顶、3表示钻机钻头、4表示钻机钻杆、5表示操作室(可以作为前面所述的钻机上的预定位置)。

参照图5，可选地，计算钻孔相对于钻机的平台的目标孔深的公式如下，

M₁＝Z₁-H₁-Z₂(4)

在公式(4)中，M₁表示钻孔相对于钻机的平台的目标孔深，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机的平台的高度值，Z₂表示钻孔的孔底的高程值。

在步骤305中，根据所述目标孔深进行钻孔。

具体地讲，可首先测量钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离，然后利用钻孔相对于钻机的平台的目标孔深和钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离，得到钻机钻头的目标位移，最后利用转速传感器计算钻机钻头的当前的实际位移，当钻机钻头的当前的实际位移达到所述目标位移时，停止钻孔。这里可使用各种现有方法来测量钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离，本发明对这部分的内容不再详细描述。

可选地，计算钻机钻头的目标位移的公式如下，

G₀(X)＝M₁-H₂(5)

在公式(5)中，G₀(X)表示钻机钻头的目标位移，M₁表示钻孔相对于钻机的平台的目标孔深，H₂表示钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离。

例如，可利用公式(1)计算钻机钻头的当前的实际位移。

可选地，本发明所述的方法可还包括：在每次钻孔时，显示钻机钻头的当前的实际位移，所述显示的钻机钻头的当前的实际位移随钻机钻头的钻进而变化。

例如，当钻机钻头的当前的实际位移没有达到钻孔相对于钻机的平台的目标孔深时，钻机操作工人控制钻机继续钻孔；当钻机钻头的当前的实际位移达到钻孔相对于钻机的平台的目标孔深时，可进行提示，以提示钻机操作工人可停止钻孔。

由于在本发明的第一实施例的钻机监控终端104中已经对显示钻机钻头的当前的实际位移的变化的方法进行了详细描述，在此不再赘述。

本发明通过在钻机上安装的定位系统与转速传感器相结合，为钻机操作工人提供实时在线钻孔深度显示，以使钻机操作工人精确控制多个孔的孔底的高程具有相同值。

精确的炮孔定位与在线监测相结合可取得更好的爆碎效果和更松散的爆堆以及更平整的台阶轮廓。这些因素可使爆堆的铲挖作业更加容易，取得较高的生产效率和减少因爆堆紧实和根底坚硬以及台阶地面不平整所造成的设备部件磨损和损坏，提高设备效率，降低了采矿总成本。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (23)

1.一种监测钻孔的孔底平面高程的方法，所述方法包括：

(a)通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值；

(b)测量钻机上的预定位置的高程值；

(c)测量钻机钻头的当前的实际位移；

(d)根据钻机上的预定位置的高程值、钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值、钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离、钻机钻头的当前的实际位移，得到钻机钻头的当前深度值；

(e)显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值随钻机钻头的钻进而变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括：

接收参数，所述参数包括用户输入的设定孔深、测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值和首次钻孔时测量得到的钻机上的预定位置的高程值；

根据所述参数确定钻孔的孔底的高程值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀

其中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值，M₀表示设定孔深。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，利用实时动态差分法的全球定位系统对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，测量钻机钻头的当前的实际位移的步骤包括：测量钻机转轴旋转的周数，根据所述周数计算钻机钻头的当前的实际位移，其中，计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X$

其中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，计算钻机钻头的当前深度值的公式如下，

Z(t)＝Z₁-H₁-H₂-G(X)

其中，Z(t)表示钻机钻头的当前深度值，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值，H₂表示钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤(f)：当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，进行提示。

8.一种监测钻孔的孔底平面高程的设备，所述设备包括：卫星定位测量仪、控制器、转速传感器、钻机监控终端，

其中，卫星定位测量仪的接收机模块设置在钻机操作室中，卫星定位测量仪的天线设置在钻机上的预定位置，卫星定位测量仪将测量的钻机上的预定位置的高程值发送给钻机监控终端，

转速传感器设置在钻机的加压主轴侧面的U型架上，将检测到钻机的加压主轴每旋转一周而产生的信号发送给控制器，

控制器设置在钻机操作室中，对从转速传感器接收到的所述信号的个数进行计数得到所述信号的个数的计数值，钻机的加压主轴旋转的周数为所述信号的个数的计数值，并将钻机的加压主轴旋转的周数发送给钻机监控终端，

钻机监控终端设置在钻机操作室中，根据所述钻机的加压主轴旋转的周数得到钻机钻头的当前的实际位移，

其中，钻机监控终端根据钻机上的预定位置的高程值、钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值、钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离、钻机钻头的当前的实际位移，计算钻机钻头的当前深度值，

钻机监控终端还显示钻机钻头的当前深度值和钻孔的孔底的高程值，所述显示的钻机钻头的当前深度值移随钻机钻头的钻进而变化。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，

卫星定位测量仪将首次钻孔时测量的钻机上的预定位置的高程值发送给钻机监控终端，

钻机监控终端根据首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值、用户输入的设定孔深和测量得到的钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值计算钻孔的孔底的高程值。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，钻机监控终端计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀

其中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值，M₀表示设定孔深。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，钻机监控终端计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X$

其中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

12.根据权利要求8所述的设备，其中，钻机监控终端计算钻机钻头的当前深度值的公式如下，

Z(t)＝Z₁-H₁-H₂-G(X)

其中，Z(t)表示钻机钻头的当前深度值，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值，H₂表示钻机钻头的标定位置处距离钻机钻头顶端的距离，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数。

13.根据权利要求8所述的设备，其中，当钻机钻头的当前深度值达到钻孔的孔底的高程值时，钻机监控终端进行提示。

14.一种控制钻孔的孔底平面高程的方法，所述方法包括：

(a)通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值；

(b)对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值；

(c)测量钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值；

(d)利用钻孔的孔底的高程值、钻机上的预定位置的高程值和所述高度值，得到钻孔相对于钻机平台的目标孔深；

(e)根据所述目标孔深进行钻孔。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过首次钻孔确定钻孔的孔底的高程值的步骤为，

(a1)预先设定钻孔相对于钻机平台的设定孔深；

(a2)对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值；

(a3)测量钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值；

(a4)利用所述设定孔深、钻机上的预定位置的高程值和所述高度值，得到钻孔的孔底的高程值。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，计算钻孔的孔底的高程值的公式如下，

Z₂＝Z₀-H₁-M₀

其中，Z₂表示钻孔的孔底的高程值，Z₀表示首次钻孔时钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值，M₀表示设定孔深。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，计算钻孔相对于钻机平台的目标孔深的公式如下，

M₁＝Z₁-H₁-Z₂

其中，M₁表示钻孔相对于钻机平台的目标孔深，Z₁表示钻机上的预定位置的高程值，H₁表示钻机上的预定位置相对于钻机平台的高度值，Z₂表示钻孔的孔底的高程值。

18.根据权利要求14所述的方法，步骤(e)包括：

(e1)测量钻机钻杆的标定位置距离钻机钻头顶端的距离；

(e2)利用钻孔相对于钻机平台的目标孔深和所述距离，得到钻机钻头的目标位移；

(e3)利用转速传感器计算钻机钻头的当前的实际位移，当钻机钻头的当前的实际位移达到所述目标位移时，停止钻孔。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，计算钻机钻头的目标位移的公式如下，

G₀(X)＝M₁-H₂

其中，G₀(X)表示钻机钻头的目标位移，M₁表示钻孔相对于钻机平台的目标孔深，H₂表示钻机钻头的标定位置距离钻机钻头顶端的距离。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，利用转速传感器计算钻机钻头的当前的实际位移的公式如下，

$G\left(X\right)=\frac{D_0}{N}\·X$

其中，G(X)表示钻机钻头的当前的实际位移，X表示钻机的加压主轴旋转的周数，X＝K(t)-K(0)，K(t)表示钻机钻头在钻进过程中钻机的加压主轴的当前的累积旋转周数，K(0)表示钻机钻杆在标定位置处时钻机的加压主轴的累积旋转周数，D₀表示钻机的加压主轴转动一周钻机钻头所行进的位移，N表示粘贴在钻机的加压主轴上的磁钢数量。

21.根据权利要求18所述的方法，还包括步骤(e4)：在每次钻孔时，显示钻机钻头的当前的实际位移，所述显示的钻机钻头的当前的实际位移随钻机钻头的钻进而变化。

22.根据权利要求18所述的方法，还包括步骤(e5)：当钻机钻头的当前的实际位移达到所述目标位移时，进行提示。

23.根据权利要求14所述的方法，其中，利用实时动态差分法的全球定位系统对钻机上的预定位置进行定位，得到钻机上的预定位置的高程值。