CN118031768A - 一种炮孔测量装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种炮孔测量装置及使用方法，一种炮孔测量装置，其特征在于，包括手持装置，手持装置上安装激光探测装置和控制器，激光探测装置包括多个激光探测器；多个激光探测器，用于向炮孔底部不同位置发射激光信号；控制器，用于获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。能够实现对炮孔水平倾角、竖向倾角和炮孔长度的测量，并能判断炮孔是否塌孔及塌孔的形态、位置等。

Description

一种炮孔测量装置及使用方法

技术领域

本发明涉及地下洞室爆破作业技术领域，尤其涉及一种炮孔测量装置及使用方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

由于钻爆法施工技术简单、操作灵活、经济成本低，且随着钻爆机械的不断升级和操作水平的不断提高，目前仍是山岭隧道、城市岩质隧道最常用的开挖方法之一。

地下洞室工程，诸如山岭隧道、城市地铁、矿房开挖，工作面常常布设上百个炮孔，炮孔布设的质量直接影响爆破开挖的好坏，其中炮孔参数和是否塌孔是最主要影响因素之一。当前，大断面地下洞室的爆破开挖以楔形掏槽爆破和光面爆破为主，按照炮孔设计方案，掏槽眼为向内倾斜钻孔，且炮孔钻设长度较大，周边孔为微向外倾斜炮孔，周边孔和辅助孔孔长为设计开挖进尺长度。大断面地下洞室所有炮孔的钻设质量常常取决于工人的施工技术水平，无法量化。炮孔清理完成后，孔内是否存在塌孔，以及塌孔位置和形态，尚缺乏判断手段。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种炮孔测量装置及使用方法，能够准确测量炮孔竖向角度、水平角度和孔长，并能判断炮孔是否塌孔及塌孔的形态、位置等。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种炮孔测量装置，包括手持装置，手持装置上安装激光探测装置和控制器，激光探测装置包括多个激光探测器；

多个激光探测器，用于向炮孔底部不同位置发射激光信号；

控制器，用于获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。

进一步的，激光探测装置中所有激光探测器距离设计炮孔底部的距离相等；

控制器，用于当存在激光探测器距离炮孔底部的距离与其余激光探测器距离炮孔底部的距离之间的误差大于第一误差设定值时，判定炮孔底部存在塌孔，且距离最小对应的炮孔底部位置为塌孔位置。

进一步的，控制器，还用于当所有激光探测器距离炮孔底部的距离与设计炮孔长度的误差均小于等于第二误差设定值时，对所有激光探测器距离炮孔底部的距离取平均，获得距离平均值，将距离平均值加上激光探测装置伸入炮孔的长度，获得炮孔孔长。

进一步的，手持装置包括把手、竖向测量装置和水平测量装置，竖向测量装置包括竖向支座和转动探头，转动探头与竖向支座连接，并能够相对于竖向支座绕水平轴线转动，竖向支座上设置角度标识，能够通过角度标识获得转动探头的转动角度；转动探头与水平测量装置连接，水平测量装置包括相连接的第一测量杆和第二测量杆，且第二测量杆能够相对于第一测量杆绕竖直轴线转动，第一测量杆与测盘连接，能够通过测盘获得第一测量杆与第二测量杆之间的夹角；激光探测装置安装于第一测量杆的自由端。

进一步的，第二测量杆的自由端安装激光探测器，所有激光探测器均与控制器连接，控制器与控制开关连接。

进一步的，竖向支座上设置水准气泡，水准气泡居中，表明竖向支座水平。

进一步的，竖向支座包括底座和竖向支撑壁，底座与把手相连接，竖向支撑壁固定于底座上，转动探头的一端通过转轴与竖向支撑壁相连接。

进一步的，竖向支座包括两个竖向支撑壁，两个竖向支撑壁相对设置于底座上，转动探头的一端位于两个竖向支撑壁之间，并通过转轴与两个竖向支撑壁相连接。

进一步的，水平测量装置与转动探头的自由端连接，水平测量装置的长度方向与转动探头的长度方向一致。

进一步的，测盘与第一测量杆相连接，表面刻有角度标识，第二测量杆可沿测盘自由滑动。

第二方面，提出了第一方面提出的一种炮孔测量装置的使用方法，包括：

将激光探测装置伸入炮孔内部；

控制多个激光探测器向炮孔底部不同位置发射激光信号；

获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明在手持装置上设置激光探测装置，用于向炮孔底部不同位置发射激光信号，从而能够根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置，可为炮孔二次清孔工作提供“靶向”指导，提高炮孔成孔质量。

2、本发明设置激光探测装置，除能够确定炮孔是否存在塌孔及塌孔位置外，还能够对炮孔的长度进行测量。

3、本发明的手持装置包括把手、竖向测量装置和水平测量装置，竖向测量装置的转动探头能够相对于竖向支座绕水平轴线转动，通过角度标识获得转动探头的转动角度，实现对炮孔竖向角度的测量；水平测量装置的第二测量杆能够相对于第一测量杆绕竖直轴线转动，第一测量杆与测盘连接，能够通过测盘获得第一测量杆与第二测量杆之间的夹角，从而能够通过水平测量装置实现对炮孔水平角度的测量，从而有利于及时调整炮孔钻设参数。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1公开装置的整体结构图；

图2为实施例1公开的竖向测量装置结构图；

图3为实施例1公开的水平测量装置结构图；

图4为实施例1公开的激光探测装置结构示意图。

其中：1、把手，2、竖向测量装置，3、水平测量装置，2-1、底座，2-2、竖向支撑壁，2-3、水准气泡，2-4、角度标识，2-5、转动探头，2-6、显示器，2-7、控制开关，3-1、竖向锚栓，3-2、第一测量杆，3-3、测盘，3-4、第二测量杆，3-5、激光探测器，4、激光探测装置，4-1、机身，4-2、激光探测器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

在该实施例中，公开了一种炮孔测量装置，如图1-图4所示，包括手持装置，手持装置上安装激光探测装置4和控制器，激光探测装置4包括多个激光探测器4-2；

多个激光探测器4-2，用于向炮孔底部不同位置发射激光信号；

控制器，用于获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。

如图1所示，手持装置包括把手1、竖向测量装置2和水平测量装置3，竖向测量装置2包括竖向支座和转动探头2-5，转动探头2-5与竖向支座连接，并能够相对于竖向支座绕水平轴线转动，竖向支座上设置角度标识2-4，能够通过角度标识2-4获得转动探头2-5的转动角度；转动探头2-5与水平测量装置3连接，水平测量装置3包括相连接的第一测量杆3-2和第二测量杆3-4，且第二测量杆3-4能够相对于第一测量杆3-2绕竖直轴线转动，第一测量杆3-2与测盘3-3连接，能够通过测盘3-3获得第一测量杆3-2与第二测量杆3-4之间的夹角；激光探测装置4安装于第一测量杆3-2的自由端。

激光探测装置4与第一测量杆3-2采用可拆卸的方式进行连接，优选的，激光探测装置4与第一测量杆3-2采用插入扣接的方式进行连接。

本实施例还在第二测量杆3-4的自由端设置激光探测器3-5。

竖向测量装置2，用于测量炮孔的竖向角度，如图2所示，竖向测量装置2包括竖向支座和转动探头2-5，竖向支座上还设置水准棋牌2-3，竖向支座包括底座2-1和两个竖向支撑壁2-2，底座2-1的下表面与把手1相连接，两个竖向支撑壁2-2相对设置，固定于底座2-1上表面上。转动探头2-5的一端位于两个竖向支撑壁2-2之间，并通过转轴与两个竖向支撑壁2-2相连接，转轴能够绕自身轴线旋转，从而带动转动探头2-5绕转轴轴线旋转，在其中一个竖向支撑壁2-2侧面固定水准气泡2-3，水准气泡居中，表明竖向支座水平，在竖向支撑壁2-2上刻有角度标识2-4，用于读取转动探头2-5的竖向转动角度。

优选的，在竖向支撑壁2-2的侧面中心位置固定水准气泡2-3，当水准气泡2-3位于中间时，表明竖向支座水平。

在竖向支撑壁2-2的上侧边界顺时针刻有角度标识2-4。当转动探头2-5处于初始位置，转动探头2-5未转动时，角度标识2-4读取转动探头2-5的转动角度为0°。

如图3所示，水平测量装置3包括第一测量杆3-2、第二测量杆3-4和测盘3-3，第二测量杆3-4的第一端与第一测量杆3-2的第一端相连接，且第二测量杆3-4能够相对于第一测量杆3-2转动，测盘3-3与第一测量杆3-2相连接，测盘3-3是90°圆弧结构，表面刻有角度标识，第二测量杆3-4可沿测盘3-3自由滑动，从而能够根据测盘3-3测得第一测量杆3-2和第二测量杆3-4之间的夹角。

为了实现对炮孔竖向角度和水平角度的测量，限定第二测量杆3-4的旋转轴线与转动探头2-5的旋转轴线垂直。

当第一测量杆3-2和第二测量杆3-4之间的夹角为零时，第一测量杆3-2和第二测量杆3-4上下叠落在一起，此时，测盘3-3读数为0°。

本实施例还在第二测量杆3-4的自由端设置激光探测器3-5。激光探测装置上的所有激光探测器与激光探测器3-5均与控制器连接，控制器和控制开关连接。

优选的，控制开关包括开关A和开关B，开关A用于控制激光探测装置上的所有激光探测器4-2工作的启停，开关B用于控制激光探测器3-5工作的启停，当开关A被按下时，激光探测装置上的所有激光探测器开启工作，向炮孔底部不同位置发射激光信号；当开关B被按下时，激光探测器3-5开启工作，发出激光信号。

控制器还与显示器2-6连接，显示器2-6用于显示激光探测器获取的距离信息、炮孔长度信息、是否存在塌孔、塌孔位置及形态信息等。

控制器、显示器2-6和控制开关均安装于转动探头2-5上。

激光探测装置4包括机身4-1和多个激光探测器4-2，多个激光探测器4-2布置于机身的同一侧面，当通过本实施例公开装置进行炮孔测量时，激光探测装置中所有激光探测器4-2距离设计炮孔底部的距离相等。

控制器，用于根据获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。

具体的，控制器，用于当存在激光探测器距离炮孔底部的距离与其余激光探测器距离炮孔底部的距离之间的误差大于第一误差设定值时，判定炮孔底部存在塌孔，且距离最小对应的炮孔底部位置为塌孔位置。当判定炮孔底部存在塌孔时，控制器，还可以用于根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判断塌孔形态，如完全堵孔、上部塌孔、左半侧塌孔、右半侧塌孔和下部塌孔等。

本实施例的控制器，还用于当所有激光探测器距离炮孔底部的距离与设计炮孔长度的误差均小于等于第二误差设定值时，对所有激光探测器距离炮孔底部的距离取平均，获得距离平均值，将距离平均值加上激光探测装置伸入炮孔的长度，获得炮孔孔长。

优选的，激光探测装置4的机身4-1外部尺寸与要测量的炮孔孔径相适配，使得激光探测装置4能够伸入炮孔内部，且当激光探测装置4伸入炮孔内部时，机身4-1与炮孔内壁相切。

机身4-1的一端与第一测量杆3-2连接，机身4-1的另一端上布置多个激光探测器4-2，多个激光探测器4-2在机身上的布置规则为：其中一个激光探测器4-2位于中间位置，其余激光探测器4-2以中间位置的激光探测器为中心沿圆周均布设置。

如图4所示，当激光探测装置4包括五个激光探测器4-2时，可以将五个激光探测器4-2分别设置在机身一端的上、下、左、右和中间位置处。

激光探测器3-5，用于校验水准气泡2-3居中时，竖向支座是否水平。具体过程为：

当转动探头未旋转，转动探头处于初始位置时，转动探头转动角度为0°，将第一测量杆3-2插入炮孔内，且使第一测量杆长度方向与炮孔纵向一致，将第二测量杆3-4紧贴隧道开挖工作面，调整水准气泡2-3居中，打开激光探测器3-5，激光点落在隧道侧壁上，量取激光点距离隧道底部的距离，同时量取炮孔距离隧道底部的距离，比较两个距离是否相等，用于校验水准气泡2-3居中后整个装置是否处于水平状态，当两个距离相等时，表明水准气泡2-3居中时竖向支座水平，读取测盘3-3度数，即为炮孔水平倾角大小。该过程，第一测量杆的自由端未连接激光探测装置。

当校验了水准气泡2-3居中时竖向支座水平后，再进行炮孔角度测量时，可以通过判断水准气泡2-3居中，来表明竖向支座水平，可用于直接测量，而无需再次校验。

本实施例公开的一种炮孔测量装置的使用方法，包括：

(1)炮孔钻设。地下洞室工程，诸如山岭隧道、城市地铁、矿房开挖，工作面常常布设上百个炮孔，因此，首先按照爆破方案进行控制点炮孔的钻设。

(2)炮孔清孔。炮孔钻设深度满足要求后，炮孔内部常常掺杂有碎石渣和水，需要采用风枪进行清孔，确保炮孔内部畅通。

(3)炮孔水平倾角测量。使用检验过水准气泡2-3居中时竖向支座水平的本实施例公开装置进行炮孔水平倾角测量，将该装置的转动探头的转动角度为0°，将第一测量杆3-2插入炮孔内，并与炮孔纵向一致，将第二测量杆3-4紧贴隧道开挖工作面，调整水准气泡2-3居中，即使竖向支座水平，读取测盘3-3度数，即为炮孔水平倾角大小，该过程，第一测量杆的自由端未连接激光测量装置。

(4)炮孔塌孔判断，以及塌孔形态测量。在第一测量杆的自由端连接激光测量装置，调整第一测量杆3-2与炮孔纵向平行，将激光测量装置伸入炮孔内，启动激光探测装置4向炮孔底部不同位置发射激光，控制器获取炮孔底部反射激光，进而确定激光探测器4-2距离炮孔底部的距离；当所有距离与设计炮孔长度之间的误差小于等于第二误差设定值时，表明测得的距离与设计炮孔长度相等或相近，表明炮孔内部无塌孔，取所有激光探测器距离炮孔底部的距离的平均值，为真实的炮孔孔长。

当存在激光探测器距离炮孔底部的距离与其余激光探测器距离炮孔底部的距离之间的误差大于第一误差设定值时，判定炮孔底部存在塌孔，且距离最小对应的炮孔底部位置为塌孔位置，同时可根据激光探测器距离炮孔底部的距离，判断塌孔形态，如“完全堵孔、上部塌孔、左半侧塌孔、右半侧塌孔和下部塌孔”。

(5)炮孔竖向倾角测量。将第一测量杆和第二测量杆之间的夹角归零，即上下叠落在一起，然后将第一测量杆和第二测量杆插入炮孔内部，使得测量杆的长度方向与炮孔的纵向一致，转动竖向支座至水准气泡2-3居中，即转动竖向支座至水平，读取竖向支撑壁2-2侧面转动度数，即为炮孔竖向倾角，该过程开始前，可以将激光探测装置从第一测量杆上拆下。

(6)校验炮孔质量。将测得的炮孔水平倾角、竖向倾角和孔长与其设计参数进行误差分析，测量及其计算结果用于指导其余炮孔的精准钻设。统计炮孔塌孔形态，准确指导二次清孔作业。

(7)炮孔参数与塌孔状态抽检。采用(1)至(6)的步骤，抽取若干个炮孔，进行其钻设参数的检验，目的是判断工作面所有炮孔是否精确钻设和是否存在塌孔。

本实施例公开的装置，通过在手持装置上设置激光探测装置，用于向炮孔底部不同位置发射激光信号，从而能够根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置，可为炮孔二次清孔工作提供“靶向”指导，提高炮孔成孔质量。

本实施例设置激光探测装置，除能够确定炮孔是否存在塌孔及塌孔位置外，还能够对炮孔的长度进行测量。

本实施例的手持装置包括把手、竖向测量装置和水平测量装置，竖向测量装置的转动探头能够相对于竖向支座绕水平轴线转动，通过角度标识获得转动探头的转动角度，实现对炮孔竖向角度的测量；水平测量装置的第二测量杆能够相对于第一测量杆绕竖直轴线转动，第一测量杆与测盘连接，能够通过测盘获得第一测量杆与第二测量杆之间的夹角，从而能够通过水平测量装置实现对炮孔水平角度的测量，从而有利于及时调整炮孔钻设参数，设计合理、结构简单，炮孔参数与塌孔形态测量简便，可有效提高炮孔开挖利用率，提升每次开挖的质量，加快工程整体开挖进度。

本实施例还在第二测量杆的端部设置激光探测器，从而能够对水平气泡水平时竖向支座水平来进行校验，保证测量的准确性。

实施例2

在该实施例中，公开了实施例1公开的一种炮孔测量装置的使用方法，包括：

将激光探测装置伸入炮孔内部；

控制多个激光探测器向炮孔底部不同位置发射激光信号；

获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。

进一步的，当转动探头的转动角度为0°时，将第一测量杆插入炮孔内，并与炮孔纵向一致，转动第二测量杆至紧贴隧道开挖工作面，调整竖向支座水平，通过测盘获得第一测量杆与第二测量杆之间的夹角，为炮孔的水平倾角。

进一步的，在第二测量杆与第一测量杆间夹角为零，即上下叠落在一起时，将水平测量装置插入炮孔，使得水平测量装置的长度方向与炮孔纵向一致，转动竖向支座至水平，通过角度标识读取转动探头的转动度数，即为炮孔竖向倾角。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种炮孔测量装置，其特征在于，包括手持装置，手持装置上安装激光探测装置和控制器，激光探测装置包括多个激光探测器；

多个激光探测器，用于向炮孔底部不同位置发射激光信号；

控制器，用于获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。

2.如权利要求1所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，激光探测装置中所有激光探测器距离设计炮孔底部的距离相等；

控制器，用于当存在激光探测器距离炮孔底部的距离与其余激光探测器距离炮孔底部的距离之间的误差大于第一误差设定值时，判定炮孔底部存在塌孔，且距离最小对应的炮孔底部位置为塌孔位置。

3.如权利要求1所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，控制器，还用于当所有激光探测器距离炮孔底部的距离与设计炮孔长度的误差均小于等于第二误差设定值时，对所有激光探测器距离炮孔底部的距离取平均，获得距离平均值，将距离平均值加上激光探测装置伸入炮孔的长度，获得炮孔孔长。

4.如权利要求1所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，手持装置包括把手、竖向测量装置和水平测量装置，竖向测量装置包括竖向支座和转动探头，转动探头与竖向支座连接，并能够相对于竖向支座绕水平轴线转动，竖向支座上设置角度标识，能够通过角度标识获得转动探头的转动角度；转动探头与水平测量装置连接，水平测量装置包括相连接的第一测量杆和第二测量杆，且第二测量杆能够相对于第一测量杆绕竖直轴线转动，第一测量杆与测盘连接，能够通过测盘获得第一测量杆与第二测量杆之间的夹角；激光探测装置安装于第一测量杆的自由端。

5.如权利要求4所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，第二测量杆的自由端安装激光探测器，所有激光探测器均与控制器连接，控制器与控制开关连接。

6.如权利要求4所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，竖向支座上设置水准气泡，水准气泡居中，表明竖向支座水平。

7.如权利要求4所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，竖向支座包括底座和竖向支撑壁，底座与把手相连接，竖向支撑壁固定于底座上，转动探头的一端通过转轴与竖向支撑壁相连接。

8.如权利要求4所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，水平测量装置与转动探头的自由端连接，水平测量装置的长度方向与转动探头的长度方向一致。

9.如权利要求4所述的一种炮孔测量装置，其特征在于，测盘与第一测量杆相连接，表面刻有角度标识，第二测量杆可沿测盘自由滑动。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种炮孔测量装置的使用方法，其特征在于，包括：

将激光探测装置伸入炮孔内部；

控制多个激光探测器向炮孔底部不同位置发射激光信号；

获取炮孔底部反射的激光信号，根据发射激光信号的时间和获取反射的激光信号的时间，确定每个激光探测器距离炮孔底部的距离；

根据所有激光探测器距离炮孔底部的距离，判定炮孔内部是否存在塌孔及塌孔的位置。