CN116181229B - 四臂伞钻及四臂伞钻的钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本申请适用于矿山掘进钻孔定位技术领域，提供了一种四臂伞钻及四臂伞钻的钻孔方法，该四臂伞钻包括：用以固定伞钻在钻井中位置的支撑部，能够根据布孔文件进行钻孔作业的钻臂，以及用于无线接收用户指令，控制钻臂按照布孔文件进行钻孔作业的控制器。其中，每个钻臂包括摆臂机构、动臂机构、推进机构和凿岩装置，摆臂机构能够带动动臂机构沿水平方向做圆弧摆动，动臂机构的俯仰能够带动推进机构沿竖直方向上下移动，推进机构的倾斜使得凿岩装置与作业面保持预设角度，凿岩装置对作业面进行钻孔作业。本申请提供的四臂伞钻，实现了单人在钻井外即可通过控制控制器实施精准钻孔，不仅保护了人员安全，而且保证了钻孔精度，大大提高了掘进效率。

Description

四臂伞钻及四臂伞钻的钻孔方法

技术领域

本申请属于矿山掘进钻孔定位技术领域，尤其涉及一种四臂伞钻及四臂伞钻的钻孔方法。

背景技术

在矿山竖井施工时，采用伞钻进行钻凿炮眼是目前的作业方式。现有的钻孔定位通常需要多名操作人员在井下通过操作伞钻的手柄更换钻臂的工作位置，不仅效率低下，并且钻孔时产生的噪音可达100dB，又严重影响了操作人员的身心健康。

与此同时，每次伞钻的钻臂更换钻孔位置时，需要操纵手柄进行定位与垂调，由于人工操作垂调的精度有限，常常致使钻凿的炮眼位置与理论设计差别较大，难以达到理想的爆破效果。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种四臂伞钻及四臂伞钻的钻孔方法，实现了单人即可控制伞钻实施精准钻孔，不仅减少了井下作业人员数量，保护了人员安全，而且保证了钻孔精度，大大提高了掘进效率。

本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种四臂伞钻，包括：支撑部、钻臂和控制器；支撑部能够分别与钻井的井壁和井底接触，用以固定伞钻在钻井中的位置；四个钻臂均匀分布于支撑部的四周，能够根据布孔文件在井底的作业面进行钻孔作业，每个钻臂包括摆臂机构、动臂机构、推进机构和凿岩装置；其中，摆臂机构分别与支撑部和动臂机构固定连接，摆臂机构位于动臂机构的外侧，摆臂机构能够带动动臂机构沿水平方向做圆弧摆动，动臂机构和推进机构固定连接，推进机构位于动臂机构的外侧，动臂机构的俯仰动作能够带动推进机构沿竖直方向上下移动，推进机构和凿岩装置滑动连接，通过调整推进机构的倾斜角度使得凿岩装置与作业面保持预设角度，凿岩装置以预设角度对作业面进行钻孔作业；控制器设置于支撑部上，能够无线接收用户指令，基于用户指令、预设钻孔算法以及设置在钻臂上的多种传感器检测到的数值控制钻臂进行动作，使得四个钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业，多种传感器包括位移传感器、角度传感器和压力传感器。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请提供的四臂伞钻包括用于固定伞钻位置的支撑部、根据布孔文件进行钻孔作业的钻臂，以及用于无线接收用户指令，使钻臂按照布孔文件进行钻孔作业的控制器。其中，钻臂包括摆臂机构、动臂机构、推进机构和凿岩装置，摆臂机构能够带动动臂机构水平摆动、动臂机构能够带动推进机构竖直摆动，推进机构上固定有钻孔的凿岩装置，通过调整推进机构的倾斜角度使得凿岩装置与井底作业面保持预设角度。实现了单人在钻井外即可对伞钻进行精确控制，不仅减少了施工人员数量，保证了钻孔精度，提高了爆破效果，提升了掘进效率，且避免了噪音、灰尘对施工人员造成的健康损害。

在第一方面的一种可能的实现方式中，支撑部包括基座、立柱和支撑机构；

基座分别与立柱和支撑机构固定连接，基座位于立柱的上方，支撑机构的下方；立柱的顶部与基座的底部固定连接，立柱的底部与井底接触；支撑机构包括多个支撑柱和与多个支撑柱数量相同的第一伸缩装置，多个支撑柱以立柱为中心在基座上均匀分布，任一支撑柱的一端与基座固定连接，另一端与井壁接触，第一伸缩装置的两端分别与基座和支撑柱固定连接，第一伸缩装置能够带动支撑柱沿竖直平面摆动。

在第一方面的一种可能的实现方式中，摆臂机构设置于基座的底部，包括摆臂、第二伸缩装置和第一角度传感器；摆臂沿水平方向设置，摆臂的两端分别与基座和动臂机构固定连接；第二伸缩装置的两端分别与基座和摆臂固定连接，第二伸缩装置能够带动摆臂沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动；第一角度传感器设置于摆臂上，用于检测摆臂的摆动角度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，动臂机构包括连接座、动臂、第三伸缩装置和第二角度传感器；连接座与摆臂机构中的摆臂，与支撑部中的立柱滑动连接；动臂的两端分别与连接座和推进机构固定连接，摆臂机构通过连接座带动动臂沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动，动臂再带动推进机构沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动；第三伸缩装置沿竖直平面设置，第三伸缩装置的两端分别与连接座和动臂固定连接，第三伸缩装置能够带动动臂沿竖直方向做上下俯仰；第二角度传感器设置于动臂上，用于检测动臂的俯仰角度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，推进器、第四伸缩装置、第五伸缩装置、第一位移传感器和第三角度传感器；推进器与动臂固定连接；第四伸缩装置沿竖直平面设置，第四伸缩装置的两端分别与动臂和推进器固定连接，第四伸缩装置的伸缩能够调整推进器与作业面的倾斜角度；第五伸缩装置的两端分别与动臂和推进器固定连接，第五伸缩装置的伸缩能够带动推进器沿竖直平面上下移动；第一位移传感器设置于推进器上，用于检测推进器的移动速度；第三角度传感器设置于推进器上，用于检测推进器与作业面的倾斜角度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，推进机构还包括：第一压力传感器、第六伸缩装置、第二压力传感器、第三压力传感器和第二位移传感器；第一压力传感器设置于推进器与作业面接触的端面，用于检测推进器与作业面间的压力；第六伸缩装置的两端分别与推进器和凿岩装置固定连接，能够带动凿岩装置沿推进器上下移动；第二压力传感器和第三压力传感器分别设置于推进器的上下两端，均与第六伸缩装置连接，第二压力传感器用于检测第六伸缩装置伸长时的压力值，限制凿岩装置的给进距离，第三压力传感器用于检测第六伸缩装置缩回时的压力值，限制凿岩装置的后退距离；第二位移传感器设置于推进器的中部，用于检测凿岩装置进行钻孔作业时在推进器上的钻孔速度。

第二方面，本申请实施例提供了一种四臂伞钻的钻孔方法，基于第一方面任一项所述的四臂伞钻的支撑部和钻臂，应用于第一方面任一项所述的四臂伞钻的控制器，该四臂伞钻的钻孔方法包括：无线接收用户指令；基于用户指令、预设钻孔算法以及设置在钻臂上的多种传感器检测到的数值控制钻臂进行动作，使得四个钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业，多种传感器包括位移传感器、角度传感器和压力传感器。

本申请提供的四臂伞钻的钻孔方法与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请通过无线传输获取用户指令，控制器根据实时采集到的设置于钻臂上的多种传感器的数值，结合内置于控制器的预设钻孔算法的逻辑，依次控制钻臂的各活动部件按序动作，进行自动、高效、精准地定位钻孔。本申请实现了单人在井外即可替代现有技术中需要多人在井下通过伞钻手柄进行定位钻孔的操作模式，不仅减少了施工人员数量，保证了钻孔精度，提高了爆破效果，提升了掘进效率，且避免了噪音、灰尘对施工人员造成的健康损害。

在第二方面的一种可能的实现方式中，预设钻孔算法包括：根据布孔文件中的孔坐标，确定第一角度传感器的第一角度值、第二角度传感器的第二角度值和第三角度传感器的第三角度值，基于确定的第一角度值、第二角度值以及第三角度值调整摆臂的摆动角度、动臂的俯仰角度以及推进器的倾斜角度，使得凿岩装置与作业面的倾斜角度在预设范围内；基于第一压力传感器采集的第一压力值，调整推进器的补偿数值；基于第二压力传感器采集的第二压力值以及第三压力传感器采集的第三压力值，调整凿岩装置的给进与后退；基于第一位移传感器采集的第一位移值，调整推进器的移动速度；基于第二位移传感器采集的第二位移值，调整凿岩装置的钻孔速度。

在第二方面的一种可能的实现方式中，调整摆臂的摆动角度、动臂的俯仰角度以及推进器的倾斜角度，包括：实时检测第二角度传感器采集的第二角度值与第三角度传感器采集的第三角度值，若第二角度值与第三角度值的角度之和在预设范围内，则凿岩装置与工作面的倾斜角度在预设范围内，若第二角度值与第三角度值的角度之和不在预设范围内，则控制第三伸缩装置和第四伸缩装置进行伸缩，使得第二角度值与第三角度值的角度之和在预设范围内。

在第二方面的一种可能的实现方式中，钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业前，方法还包括：控制第二伸缩装置进行伸缩，使得第一角度传感器的第一角度值为45°，控制第三伸缩装置进行伸缩，使得第二角度传感器的第二角度值为0°，此时钻臂的位置为零点位置。

第三方面，本申请实施例提供了一种四臂伞钻的钻孔装置，包括：接收模块，用于无线接收用户指令；钻孔模块，用于基于用户指令预设钻孔算法以及设置在钻臂上的多种传感器的数值控制钻臂进行动作，使得四个钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业。

第四方面，本申请实施例提供了一种控制器，包括存储器和处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如第二方面任一项所述的四臂伞钻的钻孔方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第二方面任一项所述的四臂伞钻的钻孔方法。

第六方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在控制器上运行时，使得控制器执行上述第二方面中任一项所述的四臂伞钻的钻孔方法。

可以理解的是，上述第三方面至第六方面的有益效果可以参见上述第一方面和第二方面中的相关描述，在此不再赘述。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的四臂伞钻的外形示意图；

图2是本申请一实施例提供的控制器功能的示意框图；

图3是本发明一实施例提供的布孔文件示意图；

图4是本申请一实施例提供的四臂伞钻的钻孔方法的流程示意图；

图5是本发明一实施例提供的液压原理图；

图6是本申请实施例提供的控制器的结构示意图。

图中：101基座；102立柱；103支撑柱；104第一伸缩装置；201动臂；202第二伸缩装置；203第一角度传感器；301动臂连接座；302动臂；303第三伸缩装置；304第二角度传感器；401推进器；402第四伸缩装置；403第五伸缩装置；404第一位移传感器；405第三角度传感器；406第一压力传感器；407第六伸缩装置；408第二压力传感器；409第三压力传感器；410第二位移传感器；500凿岩装置；600控制器。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

随着我国采矿工程及地下空间的发展，竖开开挖逐渐增多。在采矿领域，竖并替代斜巷作为工作人员和矿石的进出通道，可以节约占地面积，缩短建造工期和造价，同时竖井也是地下工程通风必要的构造。

竖开钻爆法施工是目前竖开建造的最主要的方法，伞钻用来钻谐炮眼，是竖开钻爆法施工装备中重要装备，伞钻完全伸展后可覆盖直径几到十几米的范围。因为伞钻体积巨大，在施工过程中，往往需要多名施工人员对伞钻的活动部件通过不同手柄进行逐一操作，如：控制摆臂摆动的摆动手柄、控制动臂俯仰的俯仰手柄、控制推进器倾斜的倾斜手柄、控制凿岩装置给进的伸缩手柄，控制推进器补偿的补偿手柄，控制凿岩装置给进的推进手柄，控制凿岩装置回转的回转手柄等。每次伞钻的钻臂定位步骤繁多，操作复杂，同时，通过人工进行的定位精度难免出现误差，难以达到理想的爆破效果。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种四臂伞钻。为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下结合附图及实施例，对本申请进行详细说明。应当理解的是，以下所描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明实施例提供了一种四臂伞钻，至少包括支撑部、钻臂和控制器。支撑部可以分别与钻井的井壁和井底接触，将伞钻固定在钻井中；四个钻臂均匀分布于支撑部的四周，能够根据布孔文件在井底的作业面上进行钻孔作业；控制器可以设置于支撑部上，能够无线接收用户指令，控制钻臂按照布孔文件进行钻孔作业。图1示出了本发明一实施例提供的四臂伞钻的外形示意图。为了便于说明，仅示出了本发明实施例涉及的相关部分，下面参照图1，对四臂伞钻的部件、机构进行详述。

在一些实施例中，支撑部作为四臂伞钻的主体部件，可以包括基座101、立柱102和支撑机构。支撑机构包括多个支撑柱103和与多个支撑柱103数量相同的第一伸缩装置104。

示例性的，基座101的上下端面分别与立柱102和支撑机构固定连接，立柱102位于基座101的下方，支撑机构位于基座101的上方。

示例性的，立柱102与基座101垂直设置。立柱102的顶部与基座101的底部固定连接，立柱102的底部用于与井底的作业面接触。

示例性的，多个支撑柱103以立柱102为中心在基座102的上端面均匀分布，支撑柱103的一端与基座102固定连接，另一端用于与井壁接触。

示例性的，第一伸缩装置104的两端分别与基座102和支撑柱103固定连接，第一伸缩装置104的伸缩能够带动支撑柱沿沿竖直方向上下摆动。

解释性的，在进行钻孔爆破前，由于伞钻的重量巨大，需要启用大型吊装设备将伞钻放置到钻井中，使伞钻的立柱102与井底接触，但仅凭立柱103无法实现伞钻的固定，就需根据伞钻在井中的放置位置，调整不同第一伸缩装置104的伸缩量，使各个支撑柱103与钻井的井壁紧密接触，通过立柱102与支撑柱103将伞钻固定在钻井中。

需要说明的是，本申请对支撑柱103和第一伸缩装置104的数量不做进一步限定，可进行适应性调整。

在一些实施例中，每个钻臂包括摆臂机构、动臂机构、推进机构和凿岩装置500。摆臂机构分别与支撑部和动臂机构固定连接，摆臂机构位于动臂机构的外侧，摆臂机构能够带动动臂机构沿水平方向做圆弧摆动，动臂机构和推进机构固定连接，推进机构位于动臂机构的外侧，动臂机构的俯仰动作能够带动推进机构沿竖直方向上下移动，推进机构和凿岩装置500滑动连接，通过调整推进机构的倾斜角度使得凿岩机构与作业面保持预设角度，凿岩装置500以预设角度

参照图1对钻臂的各活动部件一一说明，详述如下：

在一些实施例中，摆臂机构设置于基座101的底部，可以包括摆臂201、第二伸缩装置202和第一角度传感器203。

示例性的，摆臂201沿水平方向设置，两端分别与基座101和动臂机构固定连接。

示例性的，第二伸缩装置202的两端分别与基座101和摆臂201固定连接，第二伸缩装置202的伸缩能够带动摆臂201沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动。

示例性的，第一角度传感器203设置于摆臂201上，当第二伸缩装置203带动摆臂201摆动时，用于检测摆臂201在水平面上的摆动角度。

说明性的，每个钻臂上的摆臂都能够做最大角度为90°的圆弧摆动，四个钻臂可覆盖整个井底的作业面区域，对每个钻臂的作业面区域进行了固化，避免了钻臂间可能出现的碰撞。

在一些实施例中，动臂机构设置于摆臂机构的外侧，可以包括连接座301、动臂302、第三伸缩装置303和第二角度传感器304。当摆臂201做最大角度90°的圆弧摆动时，能够带动动臂机构同步做最大角度90°的圆弧摆动。

示例性的，连接座301与摆臂201固定连接，与立柱102滑动连接。当摆动201摆动时，能够带动连接座301围绕立柱102沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动。

示例性的，动臂302的两端分别与连接座301和推进机构固定连接，连接座301围绕立柱102做圆弧摆动时，能够带动动臂302同步座圆弧摆动。进一步的，动臂302再带动推进机构沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动。

示例性的，第三伸缩装置303沿竖直平面设置，第三伸缩装置303的两端分别与连接座301和动臂302固定连接，第三伸缩装置303能够带动动臂302沿竖直方向做上下俯仰。

示例性的，第二角度传感器304设置于动臂上，当第三伸缩装置303带动动臂302俯仰时，用于检测动臂302在竖直方向上的俯仰角度。

在一些实施例中，推进机构设置于动臂机构的外侧，至少包括：推进器401、第四伸缩装置402、第五伸缩装置403、第一位移传感器404和第三角度传感器405。当动臂机构左右摆动和/或上下俯仰时，能够带动推进机构同步进行左右摆动和/或上下俯仰。

示例性的，推进器401与动臂302固定连接，当动臂302左右摆动和/或上下俯仰时，能够带动推进器401同步进行左右摆动和/或上下俯仰。

示例性的，第四伸缩装置402沿竖直平面设置，第四伸缩装置402的两端分别与动臂302和推进器401固定连接，第四伸缩装置402的伸缩能够调整推进器401与作业面的倾斜角度。

示例性的，第五伸缩装置403的两端分别与动臂302和推进器401固定连接，第五伸缩装置403的伸缩能够带动推进器401沿竖直平面上下移动。当第五伸缩装置403伸长，推进器401与作业面接近，当第五伸缩装置404缩回时，推进器401与作业面远离。

示例性的，第一位移传感器404设置于推进器401上，当推进器401由第五伸缩装置带动移动时，不仅可以采集推进器401的移动距离，还可以用于检测推进器401的移动速度。

示例性的，第三角度传感器405设置于推进器401上，当第四伸缩装置402带动推进器401倾斜时，用于检测推进器401与作业面的倾斜角度。

在一些实施例中，推进器机构还可以包括：第一压力传感器406、第六伸缩装置407、第二压力传感器408、第三压力传感器409和第二位移传感器410。

示例性的，第一压力传感器406设置于推进器401与作业面接触的端面，当推进器401被第五伸缩装置403带动与作业面接触时，能够检测推进器401与作业面间的压力。

示例性的，第六伸缩装置407的两端分别与推进器401和凿岩装置500固定连接，第六伸缩装置407的伸缩能够带动凿岩装置500沿推进器401上下移动。

示例性的，第二压力传感器408和第三压力传感器409分别设置于推进器401的上下两端，均与第六伸缩装置407连接。当凿岩装置500向前给进时，第二压力传感器408通过检测第六伸缩装置407伸长时的压力值（如油缸或气缸的压力值），限制装置500的给进距离；当500向后缩回时，第三压力传感器409通过检测第六伸缩装置408缩回时的压力值（如油缸或气缸的压力值），限制装置500的后退距离。

可选的，凿岩装置500的给进距离可以是按照布孔文件要求的钻孔深度，凿岩装置500的后退距离可以是凿岩装置500完成钻孔后的回缩距离。

示例性的，第二位移传感器410设置于推进器的中部，当凿岩装置500沿推进器401移动时，不仅可以采集凿岩装置500的移动距离和钻孔深度，还用于检测凿岩装置500的移动速度和钻孔速度。

需要特殊说明的是，第一伸缩装置104至第六伸缩装置407可以是螺杆、油缸、气缸或铰链等各种类型的伸缩机构，能够根据实际需求适应性选取，本申请不做进一步限定。

上述是对本申请提供的四臂伞钻的活动部件支撑部和钻臂进行的说明，下面对四臂伞钻的控制器进行说明。

参照图1，控制器600设置于支撑部的基座101上，控制器可以包括无线传输模块，用于接收外部终端的用户指令，并将采集到的压力传感器、位移传感器、角度传感器的数值传输至外部终端。其中，外部终端可以是上位机、PC机、可穿戴设备、车载设备、平板电脑、笔记本电脑、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtual reality，VR)设备、手机等终端设备。

需要说明的是，控制器作为四臂伞钻的控制终端，具有储存运行程序、接收用户指令、采集各种传感器的运行数据，控制钻臂各部件发生动作等多种功能。图2是本申请一实施例提供的控制器功能的示意框图。为了便于说明，图2仅示出了与本发明实施例相关的部分功能。

参照图2，控制器600用于无线接收用户指令，基于用户指令、预设钻孔算法以及设置在钻臂上的多种传感器的数值控制钻臂进行动作，使得四个钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业。

控制器实现上述功能的方法将在后面四臂伞钻的钻孔方法中进行详述。

为了使阅读者更好地理解，现对本申请中涉及到的名词进行解释，名词解释如下：

所谓定位，是在矿山掘进开采过程中，在开钻爆破孔前，要将凿岩装置定位到需要钻孔的工作面的一个具体位置，在无法提高钻孔效率的情况下，进行快速、准确地定位，是决定掘进速度的关键因素。

所谓零点，是指在开始定位前，通过调整凿岩装置的姿态，使凿岩装置与工作面垂直，具体的零点的设定规则为：通过点动步进的方式，使每个钻臂的摆臂上的第一角度传感器的角度为45°，同时动臂收拢到靠近立柱的位置，且要和立柱保持平行，此时的位置即为钻臂的零点位置。记录该位置时所有角度传感器、位移传感器的数值，该数值就是零点数值，这个确定零点的过程非常重要，在后续的定位及钻孔的工作中，不同的钻孔位置所对应的角度值及位移值均为相对于零点的相对数值。需要说明的是，四个钻臂需要确定各自的零点。

所谓布孔文件，是指根据布孔的工艺图纸，转化成本发明控制器可识别和储存的电子文件。布孔文件中包含根据工作面区域划定的布孔区域、需要布孔的数量、每个钻孔的坐标信息以及布孔的顺序等。图3示出的本发明一实施例提供的布孔文件示意图，参照图3，布孔文件被分为了I区域、II区域、III区域和IV区域，分别对应第一钻臂、第二钻臂、第三钻臂和第四钻臂。每个钻臂只能在对应的区域进行定位及钻孔的工作。

所谓孔坐标，是指是布孔文件中要布置的钻孔坐标。参照图3，以I区域中的点M为例，点M的孔坐标为

，/>

表示凿岩装置钻在工作面上投影的极坐标，/>

表示凿岩装置钻在工作面上的投影与X轴的夹角。将布孔文件中的多个孔坐标依次连接起来，就是钻孔顺序，如图3中所示的“折线L”。

所述摆臂摆动，是指通过摆臂机构上的第二伸缩装置的伸缩，能够带动动臂机构和推进其机构绕立柱为旋转轴做圆弧运动，对于四臂伞钻来说，每个摆臂机构的工作范围为90°，四个摆臂可完成工作面360°范围内的全覆盖。

所谓动臂俯仰，是指动臂以连接座为支点，沿竖直平面做上下摆动的动作。

所谓推进器倾斜，是做推进器以动臂为支点，在竖直平面做与水平面呈倾斜角动的摆动。

基于上述名词解释，本申请实施例还提供了一种四臂伞钻的钻孔方法，基于四臂伞钻，应用于四臂伞钻中的控制器600。图4是本申请一实施例提供的四臂伞钻的钻孔方法的流程示意图，参照图4，该方法可以包括步骤101至步骤102，详述如下：

在步骤101中，无线接收用户指令。

在一些实施例中，控制器中设有无线传输模块，可以无线接收用户指令。用户指令可以包括系统初始化、钻臂归零、发送钻孔指令以及暂停钻孔指令。

示例性的，系统初始化可以包括检测控制器的通讯状态，检测多种传感器的通通关系状态和数值，以及钻臂各部件的实际位置。

示例性的，钻臂归零可以包括：控制摆臂上的第二伸缩装置进行伸缩，带动摆臂做水平方向上的圆弧摆动，使得摆臂上的第一角度传感器的第一角度值为45°，控制动臂上的第三伸缩装置进行伸缩，带动动臂做竖直方向上的俯仰摆动，使得动臂上的第二角度传感器的第二角度值为0°（相对于竖直方向）。

示例性的，发送钻孔指令为控制钻臂各部件按照布孔文件中的任一孔坐标进行定位和钻孔工作。

示例性的，暂停钻孔指令为暂停钻臂正在进行的定位或转孔工作。

在步骤102中，基于用户指令、预设钻孔算法以及设置在钻臂上的多种传感器检测到的数值控制钻臂进行动作，使得四个钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业。

在一些实施例中，控制器还内置了预设钻孔算法。预设钻孔算法基于防止各钻臂及钻臂各活动部件发生碰撞，以及钻臂各活动部件的移动范围所确定。

示例性的，本申请内置的预设钻孔算法至少包括以下五种：

第一钻孔算法、根据布孔文件中的孔坐标，确定第一角度传感器的第一角度值、第二角度传感器的第二角度值和第三角度传感器的第三角度值，基于确定的第一角度值、第二角度值以及第三角度值调整摆臂的摆动角度、动臂的俯仰角度以及推进器的倾斜角度，使得凿岩装置与作业面的倾斜角度在预设范围内。

第二钻孔算法、基于第一压力传感器采集的第一压力值，调整推进器的补偿数值。

第三钻孔算法、基于第二压力传感器采集的第二压力值以及第三压力传感器采集的第三压力值，调整凿岩装置的给进与后退。

第四钻孔算法、基于第一位移传感器采集的第一位移值，调整推进器的移动速度。

第五钻孔算法、基于第二位移传感器采集的第二位移值，调整凿岩装置的钻孔速度。

为了清楚描述预设钻孔算法，图5是本发明一实施例提供的液压原理图。如图5所示，第二伸缩装置至第六伸缩装置都配有一个电比例液压阀，每个电比例液压阀分别有A、B两套线圈控制油缸的伸缩，如图5所示，第二伸缩装置的控制线圈为Y02A和Y02B，第三伸缩装置的控制线圈为Y03A和Y03B，……，第六伸缩装置的控制线圈为Y06A和Y06B。

下面仍以I区域中的点M为例，对第一钻孔算法至第五钻孔算法的具体执行步骤，结合图5进行说明：

第一钻孔算法

步骤A1、根据点M的孔坐标为

，计算出摆臂需摆动的第一角度值、动臂需俯仰的第二角度值以及推进器需倾斜的第三角度值。

步骤A2、判定第一角度传感器的数值是否为第一角度值，若不是，则控制线圈Y02A或Y02B得电，第二伸缩装置伸长或缩回，使得摆臂沿水平面进行圆弧摆动，直到第一角度传感器的数值为第一角度值。

步骤A3、判定第二角度传感器的数值是否为第二角度值，若不是，则控制线圈Y03A或Y03B得电，第三伸缩装置伸长或缩回，使得动臂沿竖直面进行上下俯仰，直到第二角度传感器的数值为第二角度值。

步骤A4、判定第三角度传感器的数值是否为第三角度值，若不是，则控制线圈Y04A或Y04B得电，第四伸缩装置伸长或缩回，使得推进器沿竖直面与水平面进行倾斜，直到第三角度传感器的数值为第三角度值。

需要说明的是，控制器应先调整摆臂摆动、再调整动臂俯仰，最后调整推进器倾斜，用以避免各活动部件的碰撞。

第二钻孔算法

步骤B1、当凿岩装置与作业面的倾斜角度调整完毕后，判定第一压力传感器的数值是否为第一压力值，若不是，则控制线圈Y05A得电，第五伸缩装置沿预设的倾斜角度向作业面给进，直到第一压力传感器的数值为第一压力值。此时的推进器和作业面为紧密接触，避免凿岩装置进行钻孔时出现抖动。

第三钻孔算法

步骤C1、推进器与作业面紧密接触后，判定第二压力传感器的数值是否为第二压力值，若不是，则控制Y06A得电，第六伸缩装置沿推进器向工作面给进，直到第二压力传感器的数值为第二压力值。此时的凿岩装置到达布孔文件要求的钻孔深度，凿岩装置停止钻孔。

步骤C2、凿岩装置停止钻孔后，判定第三压力传感器的数值是否为第三压力值，若不是，则控制Y06B得电，第六伸缩装置沿推进器远离工作面缩回，直到第三压力传感器的数值为第三压力值。此时的凿岩装置缩回至预设位置。

第四钻孔算法

步骤D1、在进行步骤B1时，判定第一位移传感器的数值是否为第一位移值，若不是，则调整线圈Y05A的得电频率，控制第五伸缩装置的伸长速度，避免因推进器移动速度过快，造成推进器的损坏。

第五钻孔算法

步骤E1、在进行步骤C1是，判定第二位移传感器的数值是否为第二位移值，若不是，则调整线圈Y06A的得电频率，控制第六伸缩装置的给进速度，避免因凿岩装置的钻孔速度过快，造成凿岩装置的损坏，或因凿岩装置的钻孔速度过慢，造成钻孔效率的低下。

需要说明的是，控制器调整钻臂时，一般遵循由内向外的顺序，即首先完成靠近立柱的圆弧上的定位和钻孔，再在远离立柱的圆弧的定位和钻孔。目的为，在完成一个钻孔后，只需要调整摆臂的摆动角度，即可进行下一个孔的定位，不需要再调整动臂俯仰和推进器倾斜，可大幅提高作业效率。

在一些实施例中，在第一钻孔算法的步骤A3和步骤A4中，还可以包括步骤A5：

步骤A5、实时检测第二角度传感器采集的角度值与第三角度传感器采集的角度值，若该两个角度的角度之和在预设范围内，则凿岩装置与工作面的倾斜角度在预设范围内，若该两个角度的角度之和不在预设范围内，则控制第三伸缩装置和第四伸缩装置进行伸缩，使得第二角度值与第三角度值的角度之和在预设范围内。

步骤A5应用于动臂远离立柱的移动过程，在动臂远离立柱时，实时检测动臂俯仰角度与推进器倾斜角度的角度之和，使得凿岩装置实时保持与作业面的预设的倾斜角度。

在一些实施例中，在钻臂按照布孔文件依次进行钻孔前，预设钻孔算法还包括钻臂归零算法，该钻臂归零算法包括：

步骤F1、判定第一角度传感器的数值是否为45°，若不是45°，则控制第二伸缩装置进行伸缩，使得第一角度传感器的数值为45°。

步骤F2、判定第二角度传感器的数值是否为0°，若不是0°，则控制第三伸缩装置进行伸缩，使得第二角度传感器的数值为0°。

在一些实施例中，控制器控制钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业时，本申请公开的四臂伞钻的钻孔方法还包括：

控制器实时检测第一角度传感器采集的摆臂的摆动角度；

控制器实时检测第二角度传感器采集的动臂的俯仰角度；

控制器实时检测第三角度传感器采集的推进器的倾斜角度；

控制器实时检测第一位移传感器采集的推进器的移动速度；

控制器实时检测第二位移传感器采集的凿岩装置的钻孔速度；

控制器实时检测第一压力传感器采集的推进器与作业面间的压力；

控制器实时检测第二压力传感器采集的凿岩装置的给进距离。

上述四臂伞钻的钻孔方法，通过无线传输获取用户指令，控制器根据实时采集到的设置于钻臂上的多种传感器的数值，结合内置于控制器的预设钻孔算法的逻辑，依次控制钻臂的各活动部件按序动作，进行自动、高效、精准地定位钻孔。实现了单人在井外即可替代现有技术中需要多人在井下通过伞钻手柄进行定位钻孔的操作模式，不仅减少了施工人员数量，保证了钻孔精度，提高了爆破效果，提升了掘进效率，且避免了噪音、灰尘对施工人员造成的健康损害。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种控制器，参见图6，该控制器600可以包括：至少一个处理器610、存储器620，存储器620中储存可在至少一个处理器610上运行的计算机程序621，处理器610执行计算机程序621时实现上述任意各个方法实施例中的步骤，例如图4所示实施例中的步骤101至步骤102

示例性的，计算机程序621可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器620中，并由处理器610执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序段，该程序段用于描述计算机程序在控制器600中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，图6仅仅是控制器的示例，并不构成对控制器的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如输入输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器610可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器620可以是控制器600的内部存储单元，也可以是控制器600的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字卡（Secure Digital，SD），闪存卡（Flash Card）等。存储器620用于存储计算机程序621以及控制器600所需的其他程序和数据。存储器620还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

总线可以是工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，ISA）总线、外部设备互连（Peripheral Component，PCI）总线或扩展工业标准体系结构（ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现可实现上述四臂伞钻的钻孔方法各个实施例中的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述四臂伞钻的钻孔方法各个实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种四臂伞钻，其特征在于，包括：支撑部、钻臂和控制器；

所述支撑部能够分别与钻井的井壁和井底接触，用以固定伞钻在钻井中的位置；

四个所述钻臂均匀分布于所述支撑部的四周，能够根据布孔文件在所述井底的作业面进行钻孔作业，每个所述钻臂包括摆臂机构、动臂机构、推进机构和凿岩装置；

其中，所述摆臂机构分别与所述支撑部和所述动臂机构固定连接，所述摆臂机构位于所述动臂机构的外侧，所述摆臂机构能够带动所述动臂机构沿水平方向做圆弧摆动，所述动臂机构和所述推进机构固定连接，所述推进机构位于所述动臂机构的外侧，所述动臂机构的俯仰动作能够带动所述推进机构沿竖直方向上下移动，所述推进机构和所述凿岩装置滑动连接，通过调整所述推进机构的倾斜角度使得所述凿岩装置与所述作业面保持预设角度，所述凿岩装置以所述预设角度对所述作业面进行钻孔作业；

所述控制器设置于所述支撑部上，能够无线接收用户指令，基于所述用户指令、预设钻孔算法以及设置在所述钻臂上的多种传感器检测到的数值控制所述钻臂进行动作，使得四个所述钻臂按照所述布孔文件依次进行钻孔作业，所述多种传感器包括位移传感器、角度传感器和压力传感器；

所述支撑部包括基座、立柱和支撑机构；

所述基座分别与所述立柱和所述支撑机构固定连接，所述基座位于所述立柱的上方、所述支撑机构的下方；

所述立柱的顶部与所述基座的底部固定连接，所述立柱的底部与所述井底接触；

所述支撑机构包括多个支撑柱和与所述多个支撑柱数量相同的第一伸缩装置，所述多个支撑柱以所述立柱为中心在所述基座上均匀分布，任一所述支撑柱的一端与所述基座固定连接，另一端与所述井壁接触，所述第一伸缩装置的两端分别与所述基座和所述支撑柱固定连接，所述第一伸缩装置能够带动所述支撑柱沿竖直平面摆动；

所述摆臂机构设置于所述基座的底部，包括摆臂、第二伸缩装置和第一角度传感器；

所述摆臂沿水平方向设置，所述摆臂的两端分别与所述基座和所述动臂机构固定连接；

所述第二伸缩装置的两端分别与所述基座和所述摆臂固定连接，所述第二伸缩装置能够带动所述摆臂沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动；

所述第一角度传感器设置于所述摆臂上，用于检测所述摆臂的摆动角度；

所述动臂机构包括连接座、动臂、第三伸缩装置和第二角度传感器；

所述连接座与所述摆臂机构中的摆臂以及所述支撑部中的立柱滑动连接；

所述动臂的两端分别与所述连接座和所述推进机构固定连接，所述摆臂机构通过所述连接座带动所述动臂沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动，所述动臂再带动所述推进机构沿水平面做最大角度为90°的圆弧摆动；

所述第三伸缩装置沿竖直平面设置，所述第三伸缩装置的两端分别与所述连接座和所述动臂固定连接，所述第三伸缩装置能够带动所述动臂沿竖直方向做上下俯仰；

所述第二角度传感器设置于所述动臂上，用于检测所述动臂的俯仰角度；

推进器、第四伸缩装置、第五伸缩装置、第一位移传感器和第三角度传感器；

所述推进器与所述动臂固定连接；

所述第四伸缩装置沿竖直平面设置，所述第四伸缩装置的两端分别与所述动臂和所述推进器固定连接，所述第四伸缩装置的伸缩能够调整所述推进器与所述作业面的倾斜角度；

所述第五伸缩装置的两端分别与所述动臂和所述推进器固定连接，所述第五伸缩装置的伸缩能够带动所述推进器沿竖直平面上下移动；

所述第一位移传感器设置于所述推进器上，用于检测所述推进器的移动速度；

所述第三角度传感器设置于所述推进器上，用于检测所述推进器与所述作业面的倾斜角度；

所述推进机构还包括：第一压力传感器、第六伸缩装置、第二压力传感器、第三压力传感器和第二位移传感器；

所述第一压力传感器设置于所述推进器与所述作业面接触的端面，用于检测所述推进器与所述作业面间的压力；

所述第六伸缩装置的两端分别与所述推进器和所述凿岩装置固定连接，能够带动所述凿岩装置沿所述推进器上下移动；

所述第二压力传感器和所述第三压力传感器分别设置于所述推进器的上下两端，均与所述第六伸缩装置连接；所述第二压力传感器用于检测所述第六伸缩装置伸长时的压力值，限制所述凿岩装置的给进距离；所述第三压力传感器用于检测所述第六伸缩装置缩回时的压力值，限制所述凿岩装置的后退距离；

所述第二位移传感器设置于所述推进器的中部，用于检测所述凿岩装置进行所述钻孔作业时在所述推进器上的钻孔速度。

2.一种四臂伞钻的钻孔方法，其特征在于，基于权利要求1所述的四臂伞钻的支撑部和钻臂，应用于权利要求1所述的四臂伞钻的控制器，所述四臂伞钻的钻孔方法包括：

无线接收用户指令；

基于所述用户指令、预设钻孔算法以及设置在钻臂上的多种传感器检测到的数值控制所述钻臂进行动作，使得四个所述钻臂按照布孔文件依次进行钻孔作业，所述多种传感器包括位移传感器、角度传感器和压力传感器。

3.如权利要求2所述的四臂伞钻的钻孔方法，其特征在于，所述预设钻孔算法包括：

根据所述布孔文件中的孔坐标，确定第一角度传感器的第一角度值、第二角度传感器的第二角度值和第三角度传感器的第三角度值，基于所述第一角度值调整摆臂的摆动角度，基于所述第二角度值调整动臂的俯仰角度，以及基于所述第三角度值调整推进器的倾斜角度，使得凿岩装置与作业面的倾斜角度在预设范围内；

基于第一压力传感器采集的第一压力值，调整所述推进器的补偿数值；

基于第二压力传感器采集的第二压力值以及第三压力传感器采集的第三压力值，调整所述凿岩装置的给进与后退；

基于第一位移传感器采集的第一位移值，调整所述推进器的移动速度；

基于第二位移传感器采集的第二位移值，调整所述凿岩装置的钻孔速度。

4.如权利要求3所述的四臂伞钻的钻孔方法，其特征在于，所述调整摆臂的摆动角度、动臂的俯仰角度以及推进器的倾斜角度，包括：

实时检测第二角度传感器采集的第二角度值与第三角度传感器采集的第三角度值，若所述第二角度值与所述第三角度值的角度之和在预设范围内，则所述凿岩装置与所述作业面的倾斜角度在预设范围内，若所述第二角度值与所述第三角度值的角度之和不在预设范围内，则控制第三伸缩装置和第四伸缩装置进行伸缩，使得所述第二角度值与所述第三角度值的角度之和在预设范围内。

5.如权利要求2所述的四臂伞钻的钻孔方法，其特征在于，所述钻臂按照所述布孔文件依次进行钻孔作业前，所述方法还包括：

控制第二伸缩装置进行伸缩，使得第一角度传感器的第一角度值为45°，控制第三伸缩装置进行伸缩，使得第二角度传感器的第二角度值为0°，此时钻臂的位置为零点位置。

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