CN114963908B - 一种隧道掘进爆破炮孔定位方法 - Google Patents

一种隧道掘进爆破炮孔定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114963908B
CN114963908B CN202210902128.1A CN202210902128A CN114963908B CN 114963908 B CN114963908 B CN 114963908B CN 202210902128 A CN202210902128 A CN 202210902128A CN 114963908 B CN114963908 B CN 114963908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
blasting
blast hole
positioning
section
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210902128.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114963908A (zh
Inventor
王建国
陶家龙
雷露刚
李祥龙
马军
关思
张小华
陶子豪
左庭
赵泽虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN202210902128.1A priority Critical patent/CN114963908B/zh
Publication of CN114963908A publication Critical patent/CN114963908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114963908B publication Critical patent/CN114963908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/006—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries by making use of blasting methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

本发明涉及爆破施工技术领域，尤其是一种隧道掘进爆破炮孔定位方法，其中，本发明提供了一种隧道掘进爆破炮孔定位系统，包括：信息采集模块、断面模拟模块、定位模拟模块和定位布设模块；信息采集模块、断面模拟模块、定位模拟模块和定位布设模块依次连接。本系统通过多个功能模块，结合目标施工隧道爆破断面的状况模拟出具体的三维爆破断面，在虚拟的三维爆破断面进行炮孔定位的模拟，从而获得精准的炮孔布设点，并使用定位布设模块将该炮孔布设点在实际的爆破断面上进行标记，总体上布孔更合理、均匀，减少了随机布孔的炮孔数量，同时消除了随机布孔带来的误差和爆炸能量不均匀，大大减少了因欠挖带来的二次补炮工作量和安全风险。

Description

一种隧道掘进爆破炮孔定位方法
技术领域
本发明涉及爆破施工技术领域，尤其是一种隧道掘进爆破炮孔定位方法。
背景技术
进入21世纪以来，随着经济的持续发展、综合国力的不断提升以及高新技术的不断应用，我国隧道及地下工程建设迅速发展。截止2018年底，我国建成铁路及高速铁路隧道18145座，运营总里程21227km；公路隧道17738座，运营总里程17236km；地铁运营线路里程5761km。当前，由于钻孔爆破法施工简便、灵活、造价低和适用性强，铁路、公路及地铁等岩质隧道主要以钻孔爆破法为主，其中以光面爆破技术应用最为广泛。然而，由于地质环境的复杂性，但隧道开挖现场作业时，常出现炮孔数量及位置布置不当，导致施工人员采用加大装药量或经验来提升爆破作用效果，并由此导致到界保留岩体松动垮落或悬顶，超欠挖现象严重。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，为减少钻孔时长和避免因欠挖导致多次补炮，一方面，本发明提供了一种隧道掘进爆破炮孔定位系统，包括：信息采集模块，所述信息采集模块用于采集目标施工隧道的爆破断面状况；断面模拟模块，所述断面模拟模块用于根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面；定位模拟模块，所述定位模拟模块用于根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点；定位布设模块，所述定位布设模块用于根据多个所述炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位。本系统通过结合目标施工隧道爆破断面的爆破断面状况模拟出具体的三维爆破断面，在虚拟的三维爆破断面进行爆破定位的模拟，从而获得精准的炮孔布设点，并使用定位布设模块将该炮孔布设点在实际的爆破断面上进行标记，不仅解决了在复杂地质条件下，由于炮孔数量及位置布置不当造成的“大断面”、“大埋深”等带来的超欠挖、塌方等问题，并且减少了钻孔时长，极大程度降低了因欠挖带来的二次补炮工作量和安全风险。
另一方面，本发明还提供了一种隧道掘进爆破炮孔定位方法，所述隧道掘进爆破炮孔定位方法适用于第一方面所述的隧道掘进爆破炮孔定位系统，包括如下步骤：信息采集模块采集目标施工隧道的爆破断面状况；断面模拟模块根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面；定位模拟模块根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点；定位布设模块根据所述多个炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面打孔定位。本方法结合第一方面的隧道掘进爆破炮孔定位系统，实现了通过结合目标施工隧道爆破断面的爆破断面状况模拟出具体的三维爆破断面，在虚拟的三维爆破断面进行爆破定位的模拟，从而获得精准的炮孔布设点。
可选地，所述信息采集模块采集目标施工隧道的爆破断面状况，包括如下步骤：信息采集模块扫描目标施工隧道的爆破断面，获得所述爆破断面的外部结构特征；信息采集模块采集所述目标施工隧道所处的岩体信息，获得所述爆破断面的内部岩体特征；信息采集模块结合所述外部结构特征和所述内部岩体特征，获得所述目标施工隧道的爆破断面状况。
可选地，所述断面模拟模块根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面，包括如下步骤：断面模拟模块利用所述爆破断面状况构建初始三维爆破断面；断面模拟模块设定目标爆破方向、目标爆破深度和目标爆破面积；断面模拟模块根据所述目标爆破方向、所述目标爆破深度和所述目标爆破面积，在所述初始三维爆破断面中构建中心坐标系；断面模拟模块以所述中心坐标系为基础，在所述初始三维爆破断面提取三维爆破断面。
可选地，所述定位模拟模块根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多 个炮孔布设点，包括如下步骤：定位模拟模块在所述三维爆破断面内，设定初始炮孔布设 点，获取单点爆破体积v与炮孔深度h、炮孔面积s和炸药量g的单点爆破映射关系
Figure 70837DEST_PATH_IMAGE001
；定位模拟模块以初始炮孔布设点为中心
Figure 355188DEST_PATH_IMAGE002
，设定炮孔间距
Figure 767715DEST_PATH_IMAGE003
、炮孔 相对角度
Figure 733397DEST_PATH_IMAGE004
，根据所述设定炮孔间距
Figure 914979DEST_PATH_IMAGE003
、炮孔相对角度
Figure 104652DEST_PATH_IMAGE004
获得第二炮孔布设点
Figure 440693DEST_PATH_IMAGE005
； 定位模拟模块利用初始炮孔布设点
Figure 6804DEST_PATH_IMAGE002
和所述第二炮孔布设点
Figure 308472DEST_PATH_IMAGE005
，结合所述单 点爆破映射关系
Figure 606730DEST_PATH_IMAGE001
，获取双点爆破体积
Figure 993849DEST_PATH_IMAGE006
与炮孔深度h、炮孔面积s、炸药量g和 爆破点位置的双点爆破映射关系
Figure 363650DEST_PATH_IMAGE007
；定位模拟模块设定目标爆 破效果，结合所述单点爆破映射关系
Figure 254246DEST_PATH_IMAGE001
和所述双点爆破映射关系
Figure 988984DEST_PATH_IMAGE007
，获得满足目标爆破效果的所有炮孔布设点
Figure 597819DEST_PATH_IMAGE008
。
进一步可选地，所述目标爆破效果满足如下公式：
Figure 771312DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，
Figure 719676DEST_PATH_IMAGE010
表示所述三维爆破断面的总体积，
Figure 687632DEST_PATH_IMAGE011
表示目标爆破效果的接受误差量，
Figure 783764DEST_PATH_IMAGE012
表示炮孔布设点的个数，
Figure 931587DEST_PATH_IMAGE013
表示第i个炮孔布设点的坐标，
Figure 796774DEST_PATH_IMAGE015
表示第i个炮孔布设点 的单点爆破映射关系，表示第i个炮孔布设点与第i+1个炮孔布设点的双点爆破映射关系，
Figure 935632DEST_PATH_IMAGE016
表示第i个炮孔布设点的单点爆力系数，
Figure 519060DEST_PATH_IMAGE017
表示第i个炮孔布设点与第i+1个炮孔 布设点的双点爆力系数，
Figure 706459DEST_PATH_IMAGE018
表示第i个炮 孔布设点爆破体积函数，
Figure 691732DEST_PATH_IMAGE019
表示满足目标爆破效果的最少炮孔布设点数量。
可选地，所述定位布设模块根据多个所述炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位，包括如下步骤：定位布设模块提供炮孔布设点的投影装置；定位布设模块设定所述投影装置的地面安装位置；定位布设模块根据所述地面安装位置和多个所述炮孔布设点，设定所述投影装置的投影高度；定位布设模块结合所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，设计炮孔投影板；定位布设模块提供所述炮孔投影板；定位布设模块利用所述炮孔投影板，结合所述投影装置，在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位。
可选地，所述定位布设模块结合所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，设计炮孔投影板，包括如下步骤：定位布设模块根据所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，获取炮孔投影板的投影孔布设函数；定位布设模块根据所述投影孔布设函数，获取多个所述炮孔布设点对应的投影孔的平面坐标；定位布设模块根据所述平面坐标，设计所述炮孔投影板上投影孔的面阵排布。
进一步可选地，所述投影孔布设函数满足如下公式：
Figure 1491DEST_PATH_IMAGE020
，
其中，
Figure 9898DEST_PATH_IMAGE013
表示第i个炮孔布设点的坐标，
Figure 63305DEST_PATH_IMAGE021
表示在炮孔投影板上
Figure 903085DEST_PATH_IMAGE013
对应的投影孔的平面坐标，
Figure 321428DEST_PATH_IMAGE022
表示第i个炮孔布设点的横坐标的转换参数，
Figure 613869DEST_PATH_IMAGE023
表示第i个炮孔 布设点的纵坐标的转换参数。
可选地，所述定位布设模块利用所述炮孔投影板，结合所述投影装置，在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位，包括如下步骤：定位布设模块通过所述平面坐标，在所述投影孔的面阵排布找到对应的投影孔，并将对应的投影孔封闭；定位布设模块把封闭对应的投影孔后的炮孔投影板放置在所述投影装置的出光侧；定位布设模块将所述出光侧对准目标施工隧道的爆破断面，使得所述爆破断面出现亮光斑和暗光斑；定位布设模块在所述暗光斑上进行炮孔布设点标记定位。
附图说明
图1为本发明的隧道掘进爆破炮孔定位系统结构示意图；
图2为本发明的隧道掘进爆破炮孔定位方法流程示意图；
图3为本发明的投影装置和炮孔投影板结构示意图；
图4为本发明的炮孔钉的结构示意图；
图5为通过本发明在目标施工隧道内实际打孔图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
请参见图1，在一个实施例中，本发明提供的一种隧道掘进爆破炮孔定位系统，包括：信息采集模块，所述信息采集模块用于采集目标施工隧道的爆破断面状况；断面模拟模块，所述断面模拟模块用于根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面；定位模拟模块，所述定位模拟模块用于根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点；定位布设模块，所述定位布设模块用于根据多个所述炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位。其中，信息采集模块分别与断面模拟模块和定位模拟模块连接，断面模拟模块与定位模拟模块连接，定位模拟模块连接与定位布设模块连接。本系统通过结合目标施工隧道爆破断面的爆破断面状况模拟出具体的三维爆破断面，在虚拟的三维爆破断面进行爆破定位的模拟，从而获得精准的炮孔布设点，并使用定位布设模块将该炮孔布设点在实际的爆破断面上进行标记，不仅节省了施工成本，且减少了炮孔数量和钻孔时长，优化了工人钻孔精度，提升了爆破作用效果，极大程度避免了超挖或欠挖现象。
请参见图2，在一个实施例中，本发明结合图1中的隧道掘进爆破炮孔定位系统，提供了一种隧道掘进爆破炮孔定位方法，包括如下步骤：
S1、信息采集模块采集目标施工隧道的爆破断面状况；
S2、断面模拟模块根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面；
S3、定位模拟模块根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点；
S4、定位布设模块根据所述多个炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面打孔定位。
本方法结合隧道掘进爆破炮孔定位系统，实现了通过结合目标施工隧道爆破断面的爆破断面状况模拟出具体的三维爆破断面，在虚拟的三维爆破断面进行爆破定位的模拟，从而获得精准的炮孔布设点。
详细地，在又一个可选地实施例中，S1、信息采集模块采集目标施工隧道的爆破断面状况，包括如下步骤：
信息采集模块扫描目标施工隧道的爆破断面，获得所述爆破断面的外部结构特征，具体地，信息采集模块可以选择利用无人机搭载三维激光扫描仪对该爆破断面进行数据采集从而获得外部结构特征，该外部结构特征包括爆破断面的轮廓、高度、面积等参数，其涉及到的测绘技术为现有技术，故不进行详细解说。
信息采集模块采集所述目标施工隧道所处的岩体信息，获得所述爆破断面的内部岩体特征，即信息采集模对目标施工隧道内的岩石结构勘探鉴定，从而获得目标施工隧道内的内部岩体特征，该内部岩体特征包括结构面和结构体，结构面包括在目标施工隧道内的爆破断面对应的岩体中各种不同成因、不同特征的地质界面，具体地，结构面包括了目标施工隧道内的爆破断面对应的岩体的规模、形态、物质组成、延展性、密集程度、张开度、充填胶结等内部特征；结构体包括目标施工隧道内的爆破断面由不同的结构面将岩体分割成形态不一、大小不等的岩块体。
信息采集模块结合所述外部结构特征和所述内部岩体特征，获得所述目标施工隧道的爆破断面状况，即信息采集模块将外部结构特征和内部岩体特征进行了汇总整理，汇总整理后数据表征了目标施工隧道的爆破断面状况。
详细地，在又一个可选地实施例中，S2、断面模拟模块根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面，包括如下步骤：
断面模拟模块利用所述爆破断面状况构建初始三维爆破断面。断面模拟模块利用步骤S1中获取的模块利用外部结构特征和内部岩体特征汇总整合得到的爆破断面状况，并将相应的数据导入三维制图软件，例如3Dmax、CAD等进行三维建模；断面模拟模块所获取的初始三维爆破断面包括所述爆破断面以及爆破断面后可拓延的岩体结构。
断面模拟模块设定目标爆破方向、目标爆破深度和目标爆破面积。目标爆破方向、目标爆破深度和目标爆破面积根据具体施工情况进行设定，不同的目标爆破方向、目标爆破深度和目标爆破面积决定了不同的炮孔布设点、炸药的使用量等实际施工参数，也影响了隧道掘进爆破炮孔定位系统的模拟速度、效率精确度等相关性能。
断面模拟模块根据所述目标爆破方向、所述目标爆破深度和所述目标爆破面积， 在所述初始三维爆破断面中构建中心坐标系。在本实施例中，断面模拟模块根据目标爆破 面积在初始三维爆破断面（表面）划定爆破区域，并在该爆破区域的中心点设定中心坐标原 点
Figure 470966DEST_PATH_IMAGE024
；断面模拟模块以水平地面作为基准，利用垂直水平地面并相切于该中心点的切线设 定为
Figure 607331DEST_PATH_IMAGE025
轴，利用经过中心点并平行于目标爆破方向的直线设定为
Figure 258892DEST_PATH_IMAGE026
轴，利用经过中心点并 垂直
Figure 304208DEST_PATH_IMAGE027
平面的直线设定为
Figure 699417DEST_PATH_IMAGE028
轴；断面模拟模块即通过中心坐标原点
Figure 185893DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 273935DEST_PATH_IMAGE028
轴、
Figure 540968DEST_PATH_IMAGE026
轴 和
Figure 677552DEST_PATH_IMAGE025
轴构建出中心坐标系。
断面模拟模块以所述中心坐标系为基础，在所述初始三维爆破断面提取三维爆破 断面。具体地，断面模拟模块在该中心坐标系中，以坐标原点
Figure 80851DEST_PATH_IMAGE024
为初始点，以目标爆破方向、 所述目标爆破深度和所述目标爆破面积作为阈值条件，截取对应爆破断面以及爆破断面的 岩体结构从而获得三维爆破断面，该三维爆破断面即为本次实施模拟演算需要爆破的爆破 断面和岩体结构。
详细地，在又一个可选地实施例中，S3、定位模拟模块根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点，包括如下步骤：
定位模拟模块在所述三维爆破断面内，设定初始炮孔布设点，获取单点爆破体积v 与炮孔深度h、炮孔面积s和炸药量g的单点爆破映射关系
Figure 339794DEST_PATH_IMAGE001
。在本实施例中，具 体地，定位模拟模块将该三维爆破断面压缩成目标二维爆破断面，并以中心坐标原点
Figure 31807DEST_PATH_IMAGE024
压 缩在所述目标二维爆破断面内对应的o点作为二维坐标系原点构建二维坐标系o-xy，其中x 轴平行于水平地面，同时利用中心坐标系与二维坐标系的相对位置关系，获得二维坐标系 中每个坐标
Figure 768819DEST_PATH_IMAGE029
对应的岩体结构深度H；定位模拟模块以该二维坐标系原点o作为初始炮 孔布设点，提取该点对应岩体结构深度
Figure 292204DEST_PATH_IMAGE030
；定位模拟模块在初始炮孔布设点o通过模拟获 取单点爆破体积v与炮孔深度h、炮孔面积s和炸药量g的单点爆破映射关系
Figure 722048DEST_PATH_IMAGE001
， 该单点爆破映射关系表示了岩体结构深度H的初始炮孔布设点o在炮孔深度为h、炮孔面积 为s和炸药量为g的条件下爆破的岩体体积，其中，
Figure 134313DEST_PATH_IMAGE031
、炮孔深度为h、炮孔面积为s和 炸药量为g由施工人员凭实际爆破经验预先设定，并且可以根据后续拟定的多个炮孔布设 点反馈修正后进行重新设定，再进行炮孔布设点模拟。
定位模拟模块以初始炮孔布设点为中心
Figure 675015DEST_PATH_IMAGE002
，设定炮孔间距
Figure 318486DEST_PATH_IMAGE003
、炮孔相对角 度
Figure 591336DEST_PATH_IMAGE004
，根据所述设定炮孔间距
Figure 320257DEST_PATH_IMAGE003
、炮孔相对角度
Figure 399072DEST_PATH_IMAGE004
获得第二炮孔布设点
Figure 834732DEST_PATH_IMAGE005
。在本实 施例中，定炮孔间距
Figure 340800DEST_PATH_IMAGE003
表示初始炮孔布设点
Figure 557018DEST_PATH_IMAGE032
与第二炮孔布设点
Figure 377206DEST_PATH_IMAGE005
之间的距 离，即
Figure 729690DEST_PATH_IMAGE033
。炮孔相对角度
Figure 672238DEST_PATH_IMAGE004
表示以初始炮孔布设点为中 心，顺时针旋转的角度，即
Figure 110173DEST_PATH_IMAGE034
。定位模拟模块通过设定不同的炮孔间距
Figure 967008DEST_PATH_IMAGE003
和炮孔相对角度
Figure 439578DEST_PATH_IMAGE004
获得多个不同的第二炮孔布设点
Figure 287448DEST_PATH_IMAGE005
，并将不同的第二炮孔布设点
Figure 150362DEST_PATH_IMAGE005
分别进行后续模拟运算步骤。
定位模拟模块利用初始炮孔布设点
Figure 374670DEST_PATH_IMAGE002
和所述第二炮孔布设点
Figure 701746DEST_PATH_IMAGE005
，结 合所述单点爆破映射关系
Figure 923780DEST_PATH_IMAGE001
，获取双点爆破体积
Figure 336307DEST_PATH_IMAGE006
与炮孔深度h、炮孔面积s、 炸药量g和爆破点位置的双点爆破映射关系
Figure 98727DEST_PATH_IMAGE007
。在本实施例中， 定位模拟模块通过第二炮孔布设点
Figure 280309DEST_PATH_IMAGE005
获取对应的岩体结构深度
Figure 673244DEST_PATH_IMAGE035
，并根据所述单点 爆破映射关系
Figure 573067DEST_PATH_IMAGE001
获得在第二炮孔布设点
Figure 139178DEST_PATH_IMAGE005
被爆破的岩体体积；定位模 拟模块通过两个炮孔布设点的相对位置，去除第二炮孔布设点
Figure 611485DEST_PATH_IMAGE005
爆破的岩体体积中， 与初始炮孔布设点
Figure 237639DEST_PATH_IMAGE002
共同爆破的岩体体积，并将初始炮孔布设点
Figure 624758DEST_PATH_IMAGE002
爆破的岩 体体积与剩余的第二炮孔布设点
Figure 666663DEST_PATH_IMAGE005
爆破的岩体体积进行叠加，从而获得双点爆破映 射关系
Figure 822838DEST_PATH_IMAGE007
，即双点爆破映射关系
Figure 619892DEST_PATH_IMAGE007
表示以初始炮孔布设点
Figure 166411DEST_PATH_IMAGE002
与初始炮孔布设点
Figure 339904DEST_PATH_IMAGE002
具有炮孔间距
Figure 350585DEST_PATH_IMAGE003
和炮孔相对 角度
Figure 318541DEST_PATH_IMAGE004
的第二炮孔布设点
Figure 352356DEST_PATH_IMAGE005
，在炮孔深度为h、炮孔面积为s和炸药量为g的条件下爆 破的岩体体积，其中，
Figure 798381DEST_PATH_IMAGE036
。
定位模拟模块设定目标爆破效果，结合所述单点爆破映射关系
Figure 929148DEST_PATH_IMAGE001
和 所述双点爆破映射关系
Figure 498364DEST_PATH_IMAGE007
，获得满足目标爆破效果的所有炮孔 布设点
Figure 81792DEST_PATH_IMAGE008
。在本实施例中，所述目标爆破效果满足如下公式：
Figure 331508DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，
Figure 254465DEST_PATH_IMAGE037
表示所述三维爆破断面的总体积，
Figure 564223DEST_PATH_IMAGE038
表示目标爆破效果的接受误差量，
Figure 634948DEST_PATH_IMAGE039
表示炮孔布设点的个数，
Figure 688354DEST_PATH_IMAGE040
表示第i个炮孔布设点的坐标，
Figure 465817DEST_PATH_IMAGE041
表示第i个炮孔布设点 的单点爆破映射关系，即表示第i个炮孔布设点的
Figure 946477DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 238918DEST_PATH_IMAGE042
表示第i个炮孔布设 点与第i+1个炮孔布设点的双点爆破映射关系，即表示第i个炮孔布设点与第i+1个炮孔布 设点的
Figure 33699DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 727986DEST_PATH_IMAGE043
表示第i个炮孔布设点的单点爆力系数，
Figure 379547DEST_PATH_IMAGE044
表示第i个炮孔布设点与第i+1个炮孔布设点的双点爆力系数，
Figure 861081DEST_PATH_IMAGE045
表示第i个炮孔布设点爆破体积函 数，
Figure 256291DEST_PATH_IMAGE046
表示满足目标爆破效果的最少炮孔布设点数量。即该目标爆破效果表示在接受误 差量范围内，使用最少炮孔布设点数量使得在炮孔深度为h、炮孔面积为s和炸药量为g的条 件下爆破的总岩体体积与所述三维爆破断面的总体积近似。详细地，当n=3时，表示分别在
Figure 805084DEST_PATH_IMAGE047
三个位置处，开凿炮孔深度为h、炮孔面积为s，放置炸药量为g 的炸药，爆破的总岩体体积与所述三维爆破断面的总体积近似。
详细地，请参见图3和图4，在又一个可选地实施例中，S4、定位布设模块根据多个所述炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位，包括如下步骤：
定位布设模块提供炮孔布设点的投影装置。在本实施例中，定位布设模块提供了一个投影装置，该投影装置包括：光源11、光束整合器12、支撑架和防震套18，光源11设置于光束整合器12的入光侧，光束整合器12的出光侧对准目标施工隧道内的爆破断面，所述光束整合器12用于调整所述光线的发散角；光源11、光束整合器12设置于支撑架上，该支撑架包括：支撑面板14、高度调节手柄15、调节杆17和三角固定架16，该支撑面板14的一侧设置有所述光源11和所述光束整合器12，支撑面板14的另一侧与所述调节杆17旋转连接；该三角固定架16的一端与地面接触，该三角固定架16的另一端与所述调节杆17连接；该调节杆17表面设置有螺纹；该高度调节手柄15设置于所述三角固定架16背离地面的一端，所述高度调节手柄15的一端套设于调节杆17表面，并设置螺纹与所述调节杆17的螺纹旋转连接，从而可通过高度调节手柄15的另一端旋转调节所述调节杆17的升降；所述防震套18设置于所述支撑架接触地面的一端，该防震套18用于减小由于隧道施工对设备定位精度的影响。
定位布设模块设定所述投影装置的地面安装位置。详细地，具体地面安装位置的设定根据目标施工隧道的具体情况决定，但要保证投影装置的稳定性，从而确保施工质量。
定位布设模块根据所述地面安装位置和多个所述炮孔布设点，设定所述投影装置的投影高度；具体地面安装位置的设定根据目标施工隧道的具体情况决定。
定位布设模块结合所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，设计炮孔投影板。即定位布设模块根据所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，获取炮孔投影板的投影孔布设函数；定位布设模块根据所述投影孔布设函数，获取多个所述炮孔布设点对应的投影孔的平面坐标；定位布设模块根据所述平面坐标，设计所述炮孔投影板上投影孔的面阵排布。在本实施例中，所述投影孔布设函数满足如下公式：
Figure 893125DEST_PATH_IMAGE048
，
其中，
Figure 35525DEST_PATH_IMAGE049
表示第i个炮孔布设点的坐标，
Figure 968846DEST_PATH_IMAGE050
表示在炮孔投影板上
Figure 637725DEST_PATH_IMAGE049
对应的投影孔的平面坐标，
Figure 896668DEST_PATH_IMAGE051
表示第i个炮孔布设点的横坐标的转换参数，
Figure 323101DEST_PATH_IMAGE052
表示第 i个炮孔布设点的纵坐标的转换参数。两个确定的坐标之间的坐标对应的的转换参数的求 解简单容易的，有助于提升施工效率。
定位布设模块提供所述炮孔投影板，并利用所述炮孔投影板，结合所述投影装置，在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位。在本实施例中，定位布设模块设计并提供一块炮孔投影板13，该炮孔投影板包括面板、炮孔131和炮孔钉132，多个阵列排布的炮孔131贯穿于面板；炮孔钉132包括炮孔钉帽132A和炮孔钉尖132B，所述炮孔钉尖132B的一端与所述炮孔钉帽132A连接，炮孔钉尖132B的另一端插入炮孔131，利用炮孔钉132和炮孔投影板13结合确定投影孔的布设位置。
定位布设模块利用所述炮孔投影板，结合所述投影装置，在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位，包括如下步骤：定位布设模块通过所述平面坐标，在所述投影孔的面阵排布找到对应的投影孔，并将对应的投影孔封闭；定位布设模块把封闭对应的投影孔后的炮孔投影板放置在所述投影装置的出光侧，即定位布设模块将该炮孔投影板13设置于所述光束整合器12的出光侧；定位布设模块将所述出光侧对准目标施工隧道的爆破断面，使得所述爆破断面出现亮光斑和暗光斑；定位布设模块在所述暗光斑上进行炮孔布设点标记定位。请参见图5，图5中细线圈内黑色的炮孔即为本系统通过使用S1至S4步骤定位出的炮孔位置而开凿出的炮孔。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
信息采集模块采集目标施工隧道的爆破断面状况；
断面模拟模块根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面；
定位模拟模块根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点；
定位布设模块根据所述多个炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位；
所述信息采集模块采集目标施工隧道的爆破断面状况，包括如下步骤：
信息采集模块扫描目标施工隧道的爆破断面，获得所述爆破断面的外部结构特征；
信息采集模块采集所述目标施工隧道所处的岩体信息，获得所述爆破断面的内部岩体特征；
信息采集模块结合所述外部结构特征和所述内部岩体特征，获得所述目标施工隧道的爆破断面状况；
所述断面模拟模块根据所述爆破断面状况模拟三维爆破断面，包括如下步骤：
断面模拟模块利用所述爆破断面状况构建初始三维爆破断面；
断面模拟模块设定目标爆破方向、目标爆破深度和目标爆破面积；
断面模拟模块根据所述目标爆破方向、所述目标爆破深度和所述目标爆破面积，在所述初始三维爆破断面中构建中心坐标系；
断面模拟模块以所述中心坐标系为基础，在所述初始三维爆破断面提取三维爆破断面。
2.根据权利要求1所述的隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，所述定位模拟模块根据所述爆破断面状况在所述三维爆破断面上拟定多个炮孔布设点，包括如下步骤：
定位模拟模块在所述三维爆破断面内，设定初始炮孔布设点，获取单点爆破体积v与炮 孔深度h、炮孔面积s和炸药量g的单点爆破映射关系
Figure 293710DEST_PATH_IMAGE001
；
定位模拟模块以初始炮孔布设点为中心
Figure 253313DEST_PATH_IMAGE002
，设定炮孔间距
Figure 417578DEST_PATH_IMAGE003
、炮孔相对角度
Figure 659204DEST_PATH_IMAGE004
，根据所述设定炮孔间距
Figure 199906DEST_PATH_IMAGE003
、炮孔相对角度
Figure 515481DEST_PATH_IMAGE004
获得第二炮孔布设点
Figure 116227DEST_PATH_IMAGE005
；
定位模拟模块利用初始炮孔布设点
Figure 579569DEST_PATH_IMAGE002
和所述第二炮孔布设点
Figure 861646DEST_PATH_IMAGE005
，结合所 述单点爆破映射关系
Figure 359623DEST_PATH_IMAGE001
，获取双点爆破体积
Figure 865691DEST_PATH_IMAGE006
与炮孔深度h、炮孔面积s、炸药 量g和爆破点位置的双点爆破映射关系
Figure 816330DEST_PATH_IMAGE007
；
定位模拟模块设定目标爆破效果，结合所述单点爆破映射关系
Figure 698835DEST_PATH_IMAGE001
和所述双 点爆破映射关系
Figure 51319DEST_PATH_IMAGE007
，获得满足目标爆破效果的所有炮孔布设点
Figure 373628DEST_PATH_IMAGE008
。
3.根据权利要求2所述的隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，所述目标爆破效果满足如下公式：
Figure 811562DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，
Figure 497759DEST_PATH_IMAGE010
表示所述三维爆破断面的总体积，
Figure 704749DEST_PATH_IMAGE011
表示目标爆破效果的接受误差量，
Figure 755882DEST_PATH_IMAGE012
表 示炮孔布设点的个数，
Figure 681112DEST_PATH_IMAGE013
表示第i个炮孔布设点的坐标，
Figure 905420DEST_PATH_IMAGE014
表示第i个炮孔布设点的 单点爆破映射关系，
Figure 966917DEST_PATH_IMAGE015
表示第i个炮孔布设点与第i+1个炮孔布设点的双点爆破映射关 系，
Figure 251268DEST_PATH_IMAGE016
表示第i个炮孔布设点的单点爆力系数，
Figure 398216DEST_PATH_IMAGE017
表示第i个炮孔布设点与第i+1个 炮孔布设点的双点爆力系数，
Figure 567160DEST_PATH_IMAGE018
表示第 i个炮孔布设点爆破体积函数，
Figure 748743DEST_PATH_IMAGE019
表示满足目标爆破效果的最少炮孔布设点数量。
4.根据权利要求1所述的隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，所述定位布设模块根据多个所述炮孔布设点在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位，包括如下步骤：
定位布设模块提供炮孔布设点的投影装置；
定位布设模块设定所述投影装置的地面安装位置；
定位布设模块根据所述地面安装位置和多个所述炮孔布设点，设定所述投影装置的投影高度；
定位布设模块结合所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，设计炮孔投影板；
定位布设模块提供所述炮孔投影板；
定位布设模块利用所述炮孔投影板，结合所述投影装置，在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位。
5.根据权利要求4所述的隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，所述定位布设模块结合所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，设计炮孔投影板，包括如下步骤：
定位布设模块根据所述地面安装位置、所述投影高度和多个所述炮孔布设点，获取炮孔投影板的投影孔布设函数；
定位布设模块根据所述投影孔布设函数，获取多个所述炮孔布设点对应的投影孔的平面坐标；
定位布设模块根据所述平面坐标，设计所述炮孔投影板上投影孔的面阵排布。
6.根据权利要求5所述的隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，所述投影孔布设函数满足如下公式：
Figure 203995DEST_PATH_IMAGE020
，
其中，
Figure 336773DEST_PATH_IMAGE021
表示第i个炮孔布设点的坐标，
Figure 902884DEST_PATH_IMAGE022
表示在炮孔投影板上
Figure 938973DEST_PATH_IMAGE021
对应 的投影孔的平面坐标，
Figure 706072DEST_PATH_IMAGE023
表示第i个炮孔布设点的横坐标的转换参数，
Figure 827612DEST_PATH_IMAGE024
表示第i个炮孔布 设点的纵坐标的转换参数。
7.根据权利要求6所述的隧道掘进爆破炮孔定位方法，其特征在于，所述定位布设模块利用所述炮孔投影板，结合所述投影装置，在所述目标施工隧道的爆破断面标记定位，包括如下步骤：
定位布设模块通过所述平面坐标，在所述投影孔的面阵排布找到对应的投影孔，并将对应的投影孔封闭；
定位布设模块把封闭对应的投影孔后的炮孔投影板放置在所述投影装置的出光侧；
定位布设模块将所述出光侧对准目标施工隧道的爆破断面，使得所述爆破断面出现亮光斑和暗光斑；
定位布设模块在所述暗光斑上进行炮孔布设点标记定位。
CN202210902128.1A 2022-07-29 2022-07-29 一种隧道掘进爆破炮孔定位方法 Active CN114963908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210902128.1A CN114963908B (zh) 2022-07-29 2022-07-29 一种隧道掘进爆破炮孔定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210902128.1A CN114963908B (zh) 2022-07-29 2022-07-29 一种隧道掘进爆破炮孔定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114963908A CN114963908A (zh) 2022-08-30
CN114963908B true CN114963908B (zh) 2022-09-30

Family

ID=82968553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210902128.1A Active CN114963908B (zh) 2022-07-29 2022-07-29 一种隧道掘进爆破炮孔定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114963908B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117332639B (zh) * 2023-09-26 2024-06-18 西南交通大学 破碎围岩大断面隧道全断面开挖参数识别方法及设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0465239A1 (en) * 1990-07-05 1992-01-08 SATO KOGYO CO., Ltd. Laser positioner and marking method using the same
CN101067375A (zh) * 2007-05-31 2007-11-07 中国科学院武汉岩土力学研究所 隧道无线激光放样装置
CN206694031U (zh) * 2017-05-10 2017-12-01 中国水利水电第五工程局有限公司 一种隧道掌子面炮孔位置定位装置
CN108930539A (zh) * 2018-08-02 2018-12-04 中铁十八局集团有限公司 一种基于bim隧道超欠挖控制的方法
CN111350510A (zh) * 2020-03-09 2020-06-30 中交第四公路工程局有限公司 中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法
CN112576257A (zh) * 2020-12-04 2021-03-30 中交第二航务工程局有限公司 一种隧道爆破孔放样定位方法
CN112880501A (zh) * 2021-03-24 2021-06-01 山东科技大学 一种控制隧道爆破飞石的限飞洞钻爆方法
CN114382489A (zh) * 2021-12-29 2022-04-22 中铁隧道局集团建设有限公司 隧道减振控制爆破结构及施工方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0465239A1 (en) * 1990-07-05 1992-01-08 SATO KOGYO CO., Ltd. Laser positioner and marking method using the same
CN101067375A (zh) * 2007-05-31 2007-11-07 中国科学院武汉岩土力学研究所 隧道无线激光放样装置
CN206694031U (zh) * 2017-05-10 2017-12-01 中国水利水电第五工程局有限公司 一种隧道掌子面炮孔位置定位装置
CN108930539A (zh) * 2018-08-02 2018-12-04 中铁十八局集团有限公司 一种基于bim隧道超欠挖控制的方法
CN111350510A (zh) * 2020-03-09 2020-06-30 中交第四公路工程局有限公司 中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法
CN112576257A (zh) * 2020-12-04 2021-03-30 中交第二航务工程局有限公司 一种隧道爆破孔放样定位方法
CN112880501A (zh) * 2021-03-24 2021-06-01 山东科技大学 一种控制隧道爆破飞石的限飞洞钻爆方法
CN114382489A (zh) * 2021-12-29 2022-04-22 中铁隧道局集团建设有限公司 隧道减振控制爆破结构及施工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
九架炉台阶爆破技术探索;方颜空等;《有色金属(矿山部分)》;20090915(第05期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114963908A (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108930539B (zh) 一种基于bim隧道超欠挖控制的方法
CN110847963B (zh) 一种针对铁路隧道施工的数据交互系统
CN113362469B (zh) 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法
CN102622526A (zh) 数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法
CN114963908B (zh) 一种隧道掘进爆破炮孔定位方法
CN202834381U (zh) 三维双曲线钢顶管纠偏装置
CN205691120U (zh) 一种无人机搭载全站仪的地形图测绘装置
CN107391841A (zh) 临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法
CN109635340B (zh) 一种基于倾斜摄影和bim的矿山加工系统设计方法
CN109635367A (zh) 一种掘进机三维模拟方法、装置及系统
CN112146588A (zh) 一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法
CN107144192A (zh) 一种抛掷爆破智能施工方法
CN114898053A (zh) 基于三维空间影像技术的碎裂松动岩体发育范围圈定方法
CN113280703A (zh) 一种基于bim技术的钻爆施工隧道超欠挖控制方法
Medinac et al. Pre-and post-blast rock block size analysis using uav-lidar based data and discrete fracture network
CN106289164A (zh) 一种洞室断面快速测量方法
CN116050138A (zh) 一种应用于露天爆破的台阶坡面运动参数获取方法
Wimmer et al. 3D mapping of sublevel caving (SLC) blast rings and ore flow disturbances in the LKAB Kiruna mine
Warneke et al. Use of a 3-D scanning laser to quantify drift geometry and overbreak due to blast damage in underground manned entries
CN114001604A (zh) 一种高寒区多节理硬岩坝料爆破直采施工方法
CN111678389A (zh) 一种基于bim的山地大体积石方精准爆破施工方法
Nordbäck Tunnel crosscutting fractures (TCF) in ONKALO (chainage O-4986)
CN115655031A (zh) 基于bim技术的多排微差挤压深孔爆破方法
Gutierrez et al. An IT-based system for planning, designing and constructing tunnels in rocks
CN115030729B (zh) 基于空间坐标系的钻爆法隧道围岩结构面数字化构建方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant