CN109973011A - 一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置 - Google Patents

一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置，该钻孔装置包括凿岩钻机、信号发射器和信号接收器，所述信号发射器设置在凿岩钻机的钻头内，所述信号接收器设置在钻孔设定的基准点，所述信号发射器的信号输出端与信号接收器的信号接收端连接。本发明通过在钻头中内置信号发射器，可以在钻孔过程中由信号接收装置确定钻头的精确位置，并根据钻孔偏差不断调整钻头倾角，提高预裂孔的钻孔精度。

Description

一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置
技术领域
本发明属于岩土工程爆破的技术领域，具体涉及一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置。
背景技术
在矿山、水利水电、道路桥梁等岩土工程领域，预裂爆破技术在建基面、边坡坡面、道路基面等关键部位的开挖中，应用非常广泛。预裂爆破效果的好坏，会直接影响着保留基面的损伤程度、开挖平整度，也会间接影响着边坡和基面的稳定以及后续主体工程的安全。而预裂孔的钻孔精度是影响预裂爆破效果好坏的一项非常重要的因素。
传统的预裂孔钻孔方法是人工架设支架式潜孔钻机，人工调整钻机的位置和钻头的方位。该方法对于潜孔预裂爆破和小范围爆破能够满足精度和效率的要求。而对于深孔大爆区台阶爆破，预裂孔的深度较深，预裂孔的数量也较多时，传统方法的钻孔精度和钻孔效率就很难满足要求。比如，对于15m深的预裂孔，当钻孔偏差超过1°时，孔底的预裂孔位置偏差会超过26cm。而当相邻炮孔孔位偏差叠加时，这个偏差会更大。
因此，需要研发一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，用于工程现场台阶爆破快速高效地钻孔。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种快速高效、且精度高的提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定基准点Y0(x0,y0,z0)，设定各个预裂孔的孔位坐标Y1(x1,y1,z1)、Y2(x2,y2,z2)······Yi(xi,yi,zi)和各个预裂孔对应的孔轴线的方向向量V1(a1,b1,c1)、V2(a2,b2,c2)······Vi(ai,bi,ci)；
2)根据各个预裂孔设定的孔位坐标和孔轴线的方向向量，建立预裂孔轴线三维直线方程；
3)凿岩钻机定位第一个预裂孔Y1(x1,y1,z1)的位置，在凿岩钻机的钻头内设置信号发射器，在基准点Y0(x0,y0,z0)处设置信号接收器，按照设定的钻孔倾角和位置开始钻孔；
4)开始钻孔后，通过钻头内置的信号发射器发射信号，设置在基准点Y0(x0,y0,z0)处的信号接收器接收来自信号发射器发射的信号，并确定钻头的位置坐标Z(x,y,z)，计算钻头与预裂孔轴线的距离偏差d；
5)当偏差d大于阈值D时，信号发射器发出预警，并计算偏差角度根据计算结果调整钻头的钻孔倾角，以校准钻孔精度；
6)继续钻孔，直到钻头达到设定的预裂孔位置；
7)循环步骤3)～6)完成全部预裂孔的钻孔施工。
作为优选实施方式地，所述步骤2)中，预裂孔轴线三维直线方程的建立方法如下：
式中，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3······n。
作为优选实施方式地，所述步骤4)中，计算钻头与预裂孔轴线的距离偏差d的公式如下：
式中，(x,y,z)为钻头的三维坐标，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3······n。
作为优选实施方式地，所述步骤5)中，计算偏差角度的公式如下：
式中，(x,y,z)为钻头的三维坐标，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3······n。
本发明还提供一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔装置，包括凿岩钻机，还包括信号发射器和信号接收器，所述信号发射器设置在凿岩钻机的钻头内，所述信号接收器设置在钻孔设定的基准点，所述信号发射器的信号输出端与信号接收器的信号接收端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
其一，本发明的方法相比于传统的人工架设支架式潜孔钻机钻孔，可以克服在钻进过程中无法判断钻孔偏差情况、钻孔精度只能靠初始钻头定位精度来控制的缺点，避免出现孔位偏差过大的问题。
其二，本发明通过在钻头中内置信号发射器，可以在钻孔过程中由信号接收装置确定钻头的精确位置，并根据钻孔偏差不断调整钻头倾角，提高预裂孔的钻孔精度。
其三，本发明的装置相比于传统的人工架设支架式潜孔钻机，该利用凿岩钻机内置信号发射器进行钻孔，可以提高钻孔的效率，节省施工时间，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明的提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔装置在工作状态时的结构示意图；
图中：1-凿岩钻机、2-钻头、3-信号发射器、4-信号接收器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示本发明的一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔装置，包括凿岩钻机1、信号发射器3和信号接收器4，所述信号发射器3设置在凿岩钻机1的钻头2内，所述信号接收器4设置在钻孔设定的基准点，所述信号发射器3的信号输出端与信号接收器4的信号接收端连接。
以某水电工程坝肩边坡开挖采用预裂爆破为例，保护保留岩体，并形成平整的坝肩开挖面。设计边坡开挖爆破区采用台阶爆破，台阶高度10m，爆区长度80m。坝肩开挖面采用预裂爆破，预裂孔孔深10m，孔径100mm，倾角81.95度，预裂孔间距1.0m，共计81个孔。
本发明的一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，包括如下步骤：
1)在开挖爆破区选择任意点作为基准点Y0(0,0,0)，设定各个预裂孔的孔位坐标Y1(1,10,0)、Y2(2,10,0)······Y81(81,10,0)和各个预裂孔对应的孔轴线的方向向量V1(1,1,-10)、V2(1,1,-10)······V81(1,1,-10)；
2)根据各个预裂孔设定的孔位坐标和孔轴线的方向向量，建立预裂孔轴线三维直线方程，具体建立方法如下：
式中，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3······n；
以Y1(1,10,0)为例，方向向量V1(1,1,-10)，三维轴线方程为：
3)凿岩钻机1定位第一个预裂孔Y1(1,10,0)的位置，在凿岩钻机的钻头2内设置信号发射器3，在基准点Y0(x0,y0,z0)处设置信号接收器4，按照设定的钻孔倾角和位置开始钻孔；
4)开始钻孔后，通过钻头2内置的信号发射器3发射信号，设置在基准点Y0(0,0,0)处的信号接收器4接收来自信号发射器3发射的信号，并确定钻头2的位置坐标Z(x,y,z)，计算钻头2与预裂孔轴线的距离偏差d，具体计算公式如下：
式中，(x,y,z)为钻头2的三维坐标，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3······n。
例如，钻头到达某一位置Z(1.527，10.402，-5.000)时，计算距离偏差d：
5)当偏差d大于设定阈值D＝0.1时，信号发射器3发出预警，并计算偏差角度根据计算结果调整钻头2的钻孔倾角，以校准钻孔精度，计算偏差角度的公式如下：
式中，(x,y,z)为钻头2的三维坐标，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3······n；
以实例中的数据为例，计算出的距离偏差d＝0.1014，大于设定的偏差阈值D＝0.1，此时要进行角度调整。根据实例数据可以计算此时的偏差角度
此时钻杆角度和设定的孔位角度偏差为1.15°，根据偏差角进行钻孔角度调整。
6)继续钻孔，直到钻头2达到设定的预裂孔位置；
7)循环步骤3)～6)完成全部预裂孔的钻孔施工。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定基准点Y0(x0,y0,z0)，设定各个预裂孔的孔位坐标Y1(x1,y1,z1)、Y2(x2,y2,z2)……Yi(xi,yi,zi)和各个预裂孔对应的孔轴线的方向向量V1(a1,b1,c1)、V2(a2,b2,c2)……Vi(ai,bi,ci)；
2)根据各个预裂孔设定的孔位坐标和孔轴线的方向向量，建立预裂孔轴线三维直线方程；
3)凿岩钻机(1)定位第一个预裂孔Y1(x1,y1,z1)的位置，在凿岩钻机的钻头(2)内设置信号发射器(3)，在基准点Y0(x0,y0,z0)处设置信号接收器(4)，按照设定的钻孔倾角和位置开始钻孔；
4)开始钻孔后，通过钻头(2)内置的信号发射器(3)发射信号，设置在基准点Y0(x0,y0,z0)处的信号接收器(4)接收来自信号发射器(3)发射的信号，并确定钻头(2)的位置坐标Z(x,y,z)，计算钻头(2)与预裂孔轴线的距离偏差d；
5)当偏差d大于阈值D时，信号发射器(3)发出预警，并计算偏差角度根据计算结果调整钻头(2)的钻孔倾角，以校准钻孔精度；
6)继续钻孔，直到钻头(2)达到设定的预裂孔位置；
7)循环步骤3)～6)完成全部预裂孔的钻孔施工。
2.根据权利要求1所述的提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，其特征在于，所述步骤2)中，预裂孔轴线三维直线方程的建立方法如下：
式中，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3……n。
3.根据权利要求1所述的提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，其特征在于，所述步骤4)中，计算钻头(2)与预裂孔轴线的距离偏差d的公式如下：
式中，(x,y,z)为钻头(2)的三维坐标，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3……n。
4.根据权利要求1所述的提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法，其特征在于，所述步骤5)中，计算偏差角度的公式如下：
式中，(x,y,z)为钻头(2)的三维坐标，(xi,yi,zi)为Yi的孔位坐标，(ai,bi,ci)为Yi孔轴线的方向向量，其中i为1,2,3……n。
5.一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔装置，包括凿岩钻机(1)，其特征在于：还包括信号发射器(3)和信号接收器(4)，所述信号发射器(3)设置在凿岩钻机(1)的钻头(2)内，所述信号接收器(4)设置在钻孔设定的基准点，所述信号发射器(3)的信号输出端与信号接收器(4)的信号接收端连接。
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