分配并凿钻钻孔的设备 |
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| 申请号 | CN201380075768.9 | 申请日 | 2013-05-08 | 公开(公告)号 | CN105164372A | 公开(公告)日 | 2015-12-16 |
| 申请人 | 山特维克矿山工程机械有限公司; | 发明人 | 约科·穆奥纳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种分配钻孔的设备、一种方法以及一种 计算机程序 产品。该设备被设置为在新的钻孔被钻出之前确定新的钻孔底部的即将钻出的 位置 。基于工具的当前位置和方向以及钻孔的计划长度确定钻孔底部的即将钻出的位置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于为通过岩石凿钻设备(1)待凿钻的一轮钻孔(23)分配钻孔的位置的设备，所述设备包括至少一个数据处理装置(29)， |
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| 说明书全文 | 分配并凿钻钻孔的设备技术领域背景技术[0004] 在矿中，岩石是以多轮钻孔被挖掘的。数个连续的一轮钻孔产生了具有隧道掌子面的生产隧道。开始，在隧道掌子面上凿钻钻孔，其后钻孔被填充并爆破。在一次爆破时间，从岩石分离一轮钻孔的量的岩石材料。将所分离的岩石材料运输离开生产隧道，用于进一步处理。为了挖掘岩石，凿钻图案或者钻孔图案被提前制定，并且要确定例如关于岩石类型的信息。一般来说，矿主也可对挖掘过程设定各种质量要求。通常，对于每一一轮钻孔，钻孔图案作为办公室工作被设计。为岩石凿钻设备提供该图案从而以这样的方式在岩石中钻孔，即可以形成所需要的一轮钻孔。然而，使用事先计划好的钻孔图案具有一些缺点。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种用于凿钻一轮钻孔的新型和改进的设备、方法以及软件。 [0006] 根据本发明的设备其特征在于，该设备被构造为：通过在凿钻过程期间检测在一轮钻孔底部上的工具的位置，确定至少一个已实现的钻孔底部的实际位置；在凿钻新钻孔之前为新的、当前进行的钻孔确定钻孔底部的即将钻出的位置，其中这种确定是基于工具当前位置和方向以及新钻孔的预定长度；并且关于在一轮钻孔底部上已实现的钻孔底部，指示新钻孔的即将钻出的钻孔底部的确定位置。 [0007] 根据本发明的方法其特征在于，在凿钻新钻孔之前确定该新钻孔底部的即将钻出的位置，其中该新钻孔底部的位置是基于工具的当前位置和方向以及新钻孔的计划长度而确定的。 [0009] 所公开技术方案的构思在于，新钻孔底部的即将钻出的位置在凿钻新钻孔之前被确定。新钻孔底部的即将钻出的位置是基于凿钻工具的当前位置和方向以及新钻孔的计划长度而确定的。 [0010] 所公开技术方案的优点在于，凿钻底部的即将钻出的位置的所公开的分配特征在凿钻一轮钻孔的时候辅助岩石凿钻设备的操作。这促进凿钻工具在钻孔的起始点处的定位，并引导工具用于凿钻，以便钻孔底部将被定位在期望的位置上。所公开的分配特征允许钻孔位置的精确的手动设计。 [0011] 根据实施例，设备被布置在岩石凿钻设备中。岩石凿钻设备包括运载工具、至少一个凿钻悬臂、至少一个凿钻单元、连接到凿钻单元的凿钻工具，以及至少一个控制单元。岩石凿钻设备可以是地下岩石凿钻设备。岩石凿钻设备可以仅包括一个凿钻悬臂和一个凿钻单元，或者可替换地，其可以包括设置由凿钻单元的数个凿钻悬臂。岩石凿钻设备可以是生产凿钻机，其唯一的目的是凿钻孔，这些孔在各自的装填步骤中被装填。 [0012] 根据实施例，该设备的数据处理单元被集成在岩石凿钻设备的控制单元中。可替换地，岩石凿钻设备可以包括至少一个专用的处理单元，用于执行所公开的技术方案及其实施例。 [0013] 根据实施例，岩石凿钻设备设置有感测装置，用于确定工具的钻头的当前位置和方向。凿钻悬臂可配备有传感器，检测悬臂部件的位置。悬臂部件之间的关节可以设置有传感器。感测数据可以被提供到数据处理单元，在该单元中可计算位置和方向。可替换地，工具的位置和方向可以通过外部测量或者感测装置检测。例如，可以利用布置到工作现场的激光测量装置。 [0014] 根据实施例，在没有限定待凿钻的钻孔的位置和方向的预定凿钻图案的情况下，启动一轮钻孔的凿钻。因此，凿钻是在没有任何作为办公室工作制定的凿钻图案的情况下执行的。相反，当确定未凿钻钻孔的位置和方向时，凿钻控制考虑了已实现的钻孔。由此，凿钻过程更简单，并且不需要任何专用的设计者。由于已实现的钻孔影响到即将钻出的的钻孔，最终结果也是精准的。进一步地，所公开的技术方案良好地适合于连续的一轮钻孔彼此不同并且对于这些一轮钻孔需要多个单独的凿钻图案的情况。 [0015] 根据实施例，在完成钻孔的凿钻时，设备确定所实现钻孔底部的实际位置。然后通过所接收到的感测数据在处理装置中确定一轮钻孔底部上工具的位置和方向。由于所实现的钻孔位置被检测到，设备能够接着已实现的钻孔设置或者分配新的钻孔。该设备也可以指示新钻孔的即将钻出的钻孔底部相对于一轮钻孔底部上至少一已实现的钻孔底部的位置。 [0016] 根据实施例，根据在钻孔底部之间限定最小钻孔间隔和最大钻孔间隔的至少一个预定的可允许的间隔范围来设置新钻孔。可以根据所使用的炸药和装填，并且还考虑待凿钻的钻孔的位置来确定可允许的间隔范围。然后，可允许的间隔范围在该一轮钻孔的掌子面的不同区段上可以是不同的。一种或多种间隔范围可以作为办公室工作被确定，并被输入到处理装置。这些间隔范围也可以被存储在存储装置中，并可以通过处理装置来读取。 [0017] 根据实施例，钻孔被以两个或多个行设置在待凿钻的一轮钻孔的掌子面上。首先，新钻孔底部被设置在一个钻孔行中，并且在该行中凿钻两个或者更多钻孔。其后，钻孔行中已实现的钻孔底部之间的实际间隔被确定。基于确定的已实现的间隔，为已实现的钻孔底部确定负荷。对应于预定的最小钻孔间隔和最大钻孔间隔的最小和最大的负荷被预先确定，并可被输入到处理装置。当确定负荷时，处理装置采用预定的最小和最大的负荷。当考虑已实现的钻孔底部的确定间隔时，可以使用在最小负荷和最大负荷之间的插值来确定负荷。可以根据位于前一个钻孔行中的已实现的钻孔底部的确定负荷来确定下一个钻孔行的位置。所确定负荷限定已实现的钻孔底部和后续钻孔行之间的间距。新钻孔底部可以被确定并且被设置在下一个钻孔行中。 [0018] 根据实施例，在待钻一轮钻孔的掌子面的轮廓上开始一轮钻孔的凿钻。然后，第一个钻孔行是轮廓行。轮廓行内侧设置有一个或更多个辅助行。最初，两个或更多的孔被设置在轮廓行中，并且它们所实现的间隔被限定，以便可以如上所述通过预定的最小和最大负荷之间的插值来确定负荷。然后在轮廓行内侧以一定间距确定第一辅助行，该间距对应于插值的负荷。随着掌子面凿钻的进行，可以向着切口面一个接一个地确定数个钻行。因此，在凿钻流程期间从外向内生成了凿钻图案的设计。 [0019] 根据实施例，岩石凿钻设备包括设置有凿钻单元的两个或更多凿钻悬臂。第一凿钻单元继续前一个钻孔行诸如轮廓行的凿钻，然而第二凿钻单元可凿钻已确定的后续钻孔行诸如第一辅助行的孔。可替换地，通过使用所有可利用的凿钻单元首先完成前一个钻孔行的凿钻，并且仅仅在其之后开始进行后续钻孔行的凿钻。 [0020] 根据实施例，该设备包括至少一个显示装置。该设备可在一个或更多个显示装置上指示新的即将钻出的钻孔底部的所确定的位置。可相对于已实现的钻孔底部示出新钻孔底部的位置，由此向岩石凿钻设备的操作者提供情况的清晰视图。本实施例允许向岩石凿钻设备的操作者提供容易地可理解的视觉数据。视觉化显著得促进了操作者的工作。 [0021] 根据实施例，设备被构造为对于新的钻孔底部采用预定的间隔范围。进一步地，设备包括一个或更多个显示装置，并且设备被构造为，根据间隔范围并且相对于最靠近的已实现的钻孔底部在显示装置上指示可允许的间隔。 [0022] 根据实施例，设备在显示装置上将即将钻出的钻孔底部作为符号示出。视觉符号在显示器上显示又快又容易。视觉符号可以是圆形的，或者可替换地，其可以是任何其它合适的几何图案、特征或者符号。 [0023] 根据实施例，设备采用了预定的间隔范围，并将最小钻孔间隔指示为围绕符号的第一圆圈。此外，最大钻孔间隔可以被指示为围绕第一圆圈的第二圆圈。因此，第一和第二圆圈之间是钻孔间隔的可接受容差。第一和第二圆圈的直径对应于预定的最小和最大钻孔间隔。因此，圆圈之间的空间越大，允许的容差越大，反之亦然。可以在显示装置上使用不同颜色或也可使用不同明暗示出圆圈。本实施例促进操作者的工作。操作者可通过监测圆圈而细致调整工具的定位和朝向，以便获得期望的钻孔间隔。因此，圆圈也可以提高凿钻的质量和精确度。 [0024] 根据实施例，设备借助视觉注意标记在显示装置上示出已实现的钻孔间隔。由于这些注意标记，操作者即时注意已实现间隔的情况，并且在凿钻下一个钻孔的时候操作者可以考虑该信息。因此，视觉注意标记为操作者提供了即时的反馈。 [0025] 根据实施例，该设备在显示装置上指示第一注意标记，其指示相对于确定的最小钻孔间隔，钻孔间隔太短。第一注意标记可以是双线，其在已实现的钻孔底部之间生成。 [0026] 根据实施例，该设备在显示装置上指示第二注意标记，其指示相对于确定的最大钻孔间隔，钻孔间隔太长。第二注意标记可以是带有注意颜色的单线。因此，第二注意标记可以是单红线，其在已实现的钻孔底部之间生成。 [0027] 根据实施例，该设备在显示装置上指示第三注意标记，其指示钻孔间距符合预定间隔范围。第一注意标记可以是单线，其在已实现的钻孔底部之间生成。单线的颜色可以与其它基本物体的颜色相同，或者例如可以是绿色的。 [0028] 根据实施例，该设备被设置为监测所设置的间隔范围的实现。那么该设备可被构造为观察钻孔底部允许的最大间隔的超出。在这种观察的基础上，该设备可建议靠近前一个已实现的钻孔的额外的待凿钻的钻孔。因此，对于操作者来说当检测到偏离的时候，容易执行即时的纠正措施。 [0029] 根据实施例，该设备被设置为监测所设置的间隔范围的实现，并且被设置为观察已实现的间隔是否比允许的最小间隔更短。在此基础上，该设备可产生数据元，其包括对所观察钻孔的识别以及所观察钻孔间隔的信息。因此，在数据元的基础上，偏离的钻孔可以在完成一轮钻孔的凿钻之后被注意到，然后可考虑凿钻之后的合适的措施。 [0030] 根据实施例，设备观察已实现的间隔是否比允许的最小间隔短，并可以产生和存储装填数据元。装填数据元包括允许所观察钻孔的装填减少的信息。可以将装填数据元输入到自动装填装置的控制装置中，这减少了在偏离钻孔中的装填，或者可替换地，后凿钻装填装置用与邻近钻孔中使用的一样的另一种炸药执行装填。 [0031] 根据实施例，设备被构造为在显示装置上将钻孔底部示出为钻孔图案。钻孔图案包括数个钻孔行，诸如一轮钻孔的最外轮廓行和轮廓行内侧的最外第一辅助行。第一辅助行内侧可以是一个或更多个的额外辅助行。轮廓行和辅助行每一个都包括壁部区段、底部区段以及顶部区段。为每一钻孔行的壁部区段、底部区段以及顶部区段都确定单独的间隔范围。进一步地，这些区段也可以设置有单独的最小和最大的负荷。操作者通知设备什么钻孔行和钻孔行的什么部分正处于操作中。控制单元的用户界面可允许操作者例如在显示装置上容易地作出选择。 [0032] 根据实施例，设备采用至少一个预定的凿钻方案，该凿钻方案包括钻孔底部的至少一个可允许的间隔范围以及对对于该至少一个间隔范围的最小间隔和最大间隔而计算出的预定的最小负荷和最大负荷。进一步地，设备限定了在已实现钻孔底部之间的已实现间隔。根据已实现的间隔，通过在最小负荷和最大负荷之间的插值，为已实现的钻孔底部确定负荷。插值相当简单，并且不需要有效的处理能力。因此，不需要输入复杂的爆破技术数据到岩石凿钻设备的控制单元，并且不需要在其中执行任何复杂的爆破计算。 [0033] 根据实施例，该设备被构造为在第一钻孔行上的已实现钻孔底部之间限定已实现的间隔。基于此，设备可距离第一钻孔行一定距离分配第二钻孔行。根据第一钻孔行上已实现钻孔底部的确定的负荷来设置钻孔线之间的距离。因此，负荷的计算，和后续钻孔行之间所形成的距离，是基于已实现钻孔底部的位置的。 [0034] 根据实施例，该设备为位于一轮钻孔的最外钻孔行中的钻孔确定探出角(look-out angle)。处理装置可以为操作者提供合适的探出角，并且操作者可以对其进行选择和确认。探出角可以是预定的，或者处理装置可基于当前情况计算它们。这个特征也可促进操作者的工作。 [0035] 根据实施例，该设备读取预定的凿钻方案，该凿钻方案包括用于该一轮钻孔的预定的切口。该切口可包括形成钻孔组的数个精确确定的钻孔。操作者可将切口设置在最内辅助行内侧的期望的位置。那么操作者便不需要设计切口。设计切口通常是一件耗时的任务。 [0036] 根据实施例，数种可选择的预先限定的切口被存储在存储装置中。然后操作者可以选择合适的切口，并将所选择的切口设置在钻孔图案中期望的位置。 [0037] 根据实施例，该设备读取预定的凿钻方案，该凿钻方案包括一轮钻孔的外轮廓的草图。该方案可进一步包括切口，并且还包括用于凿钻图案不同区段的间隔范围以及最小和最大负荷。 [0038] 根据实施例，操作者可通过选择轮廓的基本形状和进给尺寸来限定外轮廓的基本轮廓和尺寸。数种基本轮廓可被加载到处理装置中，允许在开始凿钻之前进行选择。 [0039] 根据实施例，该设备可包括自动定位和凿钻特征。该设备可以将工具自动定位在钻孔线中的钻孔的起始点处，并且其也可以控制孔的凿钻。当完成前一钻孔线的凿钻时，那么操作者可手动定位并且在预定的下一钻孔线中凿钻一些钻孔。该设备此后可继续下一钻孔线的凿钻并完成该凿钻。操作者可在任何情况下控制定位和凿钻操作。设备可被设置为接收控制命令以启动自动模式用于凿钻新钻孔或者钻孔线。 [0040] 根据实施例，设备可包括裂纹控制装置。然后设备对于一个或更多个已实现的钻孔底部确定裂纹区域。所确定的裂纹区域可被显示在显示装置，并且其可以相对于预定的最大可允许裂纹区而被示出在显示器上。因此，操作者可以在显示装置上即时看到所确定的裂纹区域和可允许的裂纹区，因而为操作这提供了容易注意到的数据。 [0042] 在附图中更详细地描述了一些实施例，其中 [0043] 图1是示出岩石凿钻设备的示意性侧视图， [0044] 图2是示出凿钻图案的示意图， [0045] 图3是示出一轮钻孔的示意性俯视图， [0046] 图4示出了允许至少钻孔底部的分配的设备的简化控制框图， [0047] 图5是示出凿钻期间生成的凿钻图案的外轮廓和第一辅助行的示意图，[0048] 图6是示出在显示装置上用于辅助操作者的工作的一些视觉符号的示意图，[0049] 图7是示出用于限定下一钻孔线位置的流程的示意图，以及 [0050] 图8是通过插值来确定负荷的示意性图示。 [0051] 为了清楚起见，附图以简化方式示出了所公开方案的一些实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。 具体实施方式[0052] 图1示出了岩石凿钻设备1，其包括可移动运载工具2、一个或更多个凿钻悬臂3以及布置在凿钻悬臂3中的凿钻单元4。凿钻单元4包括进给梁5，通过进给装置凿钻机6可以在进给梁5上移动。进一步地，凿钻单元4包括工具7，利用该工具7将岩石凿钻机的撞击装置发出的冲击脉冲传递到待钻的岩石上。岩石凿钻设备1进一步包括被设置成控制例如岩石凿钻设备1的致动器的至少一个控制单元8。控制单元8可以是计算机、处理装置或者对应的装置，并且其可以包括具有显示装置9的用户界面，以及用于将命令和信息给到控制单元8的控制装置。控制单元8可以是配备有合适软件的一个计算机，或者由多个计算机构成的实体。 [0053] 通常，凿钻图案在办公室11中被设计，并被加载到岩石凿钻设备1的控制单元8并且被实施。然而，在本申请中，公开了一种不同的方案，根据该方案不需要预定先设计完整的凿钻图案。相反，可以在凿钻过程期间考虑已经实现的钻孔而生成凿钻图案。监管员10或者矿主可远离岩石凿钻设备1例如在办公室11中，设置在凿钻期间考虑的一个或更多个凿钻方案或其它基本的数据元。所设置的数据可以被输入到控制单元8中或者它可以被存储到一个或更多个存储装置中，以便通过控制单元8可以读取该数据。岩石凿钻设备 1的操作者12用控制单元8交互式地控制凿钻。 [0054] 图1进一步公开了，测量或者感测装置13可以被设置成确定工具7的当前位置和方向。所需要的传感器装置13可位于在悬臂3中，或者可替换地可以从甚至其它地方的运载工具远距离地执行感测。感测数据被提供到控制单元8，其可以执行所需要的计算。 [0055] 在图1中也示出了隧道15的掌子面14。 [0056] 图2示出了作为总体概念的凿钻图案16。凿钻图案16可以包括数个钻孔17，它们被布置在彼此内的多个钻孔行18到20之中。进一步地，凿钻图案16可包括场孔21，其被布置在最内钻孔行20和切口22之间的区段。切口22包括图2中未示出的数个钻孔。最外钻孔行是轮廓行18，下一内钻孔行是第一辅助行19，在其之后的下一内行是第二辅助行20等。因此，可以有一个或更多个辅助行。在凿钻图案16中，钻孔17可被示出为圆圈。进一步地，每一钻孔17的方向可以通过凿钻图案12中的方向线表示。具有图2所示的一个或更多个对应特征的凿钻图案16的xz投影可以在岩石凿钻设备1的显示装置9中示出。 [0057] 图3从上面示出了凿钻一轮钻孔23的原理。在隧道15待挖掘的掌子面14中，或者在掌子面14前方，可能存在导航平面24，岩石凿钻设备1的坐标系统附于其上。钻孔17的起始点25被设置在导航平面24上。钻孔17延伸到一轮钻孔23的底部26。钻孔底部27然后被设置在底部26上。一轮钻孔23的长度L限定导航平面24和一轮钻孔23的底部 26之间的距离。位于轮廓线上的钻孔可以倾斜向外。因此，这些钻孔具有探出角28。 [0058] 如在本申请中前面所讨论的一样，设备可在凿钻新钻孔之前确定新钻孔底部的即将钻出的位置。钻孔底部的即将钻出的位置可以在显示装置上被示出。可以在一轮钻孔底部检查凿钻情况，由此显示装置示出钻孔底部和它们的相对位置。 [0059] 图4是示出了所公开设备的构造的简化的控制框图。如图所示，该设备可以被设置为岩石凿钻设备。该设备至少包括处理装置29，用于确定工具当前的位置和方向，并在一轮钻孔底部上分配即将钻出的钻孔底部。将钻孔长度30以及从检测悬臂和工具的位置及方向的传感器接收的感测数据31输入到处理装置29。凿钻方案32也可以被输入到处理装置29。方案32可包括预定的间隔范围数据33和负荷数据34，用于在一轮钻孔的掌子面的不同区段中或者在凿钻图案中的钻孔定位。方案32可进一步包括预定的切口数据35和凿钻图案的可选择的外轮廓数据36。间隔范围、负荷、切口和轮廓数据也可以作为单独的数据元被输入到处理装置29，或者从一个或更多个存储装置中被读取。处理装置29包括被执行的计算机程序产品。计算机程序可以被记录在非暂时性计算机可读介质上，其包括用于实施通过计算机执行的各种操作的程序指令。操作者经由一个或更多个输入装置37输入数据并作出选择。输入装置37可以是触屏、键盘、鼠标或者任何其它合适的控制装置。通过输入装置37，岩石凿钻设备1的操作者可通知处理装置29，比如工具当前位于哪个钻孔线中和位于钻孔线的哪些区段中。操作者也可以指示处理装置29计算后续钻孔行的位置，并向处理装置29给出任何其它控制命令。处理装置29可执行所需要的计算并将凿钻数据显示在显示装置9上。处理装置29也为操作者提供预定的凿钻辅助38，并在显示装置9上示出辅助符号和数据。进一步地，该设备可包括输出装置39，用于在存储装置上存储产生的数据，或者将数据传输到另一个控制单元或者采矿车辆。应提及的是，岩石凿钻设备1的处理装置29和控制单元8可以是分开的装置或者它们可以被集成在一起。 [0060] 图5公开了一轮钻孔底部上的凿钻情况。钻出了数个钻孔并且它们的底部27位于轮廓行18中。在轮廓行18内侧是第一辅助行19。钻孔行包括如下区段，诸如壁部区段W，顶部区段R和底部区段B。在不同区段中使用不同的装填等级，并且基于此，钻孔底部27之间的间隔E1和E2在不同区段是不同的。进一步地，负荷V1和V2在不同区段可以是不同的，由此后续钻孔行之间的距离变化。这些基本的原理促进对本申请中所公开实施例的理解。 [0061] 图6公开了在一轮钻孔底部上的显示装置9视图。在显示装置9上，可能示出了即将钻出的钻孔底部的符号40。围绕符号40，可存在指示最小钻孔间隔的第一圆圈41和指示最大钻孔间隔的第二圆圈42。圆圈之间是可允许的间隔。在当前所示位置上，将距离已实现的钻孔底部27以可允许的间隔形成新的钻孔底部。 [0062] 图6进一步公开了，该设备可能在显示装置上指示已实现的钻孔底部27是否符合间隔范围。第一视觉注意标记44可能示出间隔E太短。第二注意标记45可能示出间隔E太长，而第三注意标记46可能示出间隔是合适的。 [0063] 图7公开了限定出下一钻孔线位置的原理。首先，在轮廓行18中钻出两个或更多钻孔。可使用一个或更多个凿钻单元执行凿钻。在所示情况下，有两个凿钻单元4a和4b，它们在钻孔行的不同区段中操作。如可注意到的是，在根据本申请中公开的原理为钻孔确定负荷之后，可围绕已实现的钻孔底部27示出负荷圆圈47。此后可在显示装置上限定和示出负荷线48。将根据所限定的负荷线48来设置下一钻孔行。 [0064] 图8示出了如何可以通过插值来确定负荷。当已实现的钻孔底部之间的已实现的间隔E位于预定的间隔范围之间时，那么负荷V可以被插值到给定的最小和最大负荷之间。箭头49和50示出了该插值。 [0065] 本专利申请中所公开的计算机程序可以被记录在包括程序指令的非暂时性计算机可读介质中，以实施由计算机所实现的各种操作。介质也可单独地或以其结合地包括程序指令、数据文件、数据结构等。计算机可读介质或者计算机可读存储装置的示例包括磁性介质诸如硬盘，和光学介质诸如CR-ROM盘和DVD、闪存装置以及被构造为存储软件的硬件装置。计算机可读介质可以是在分散网络中的多个计算机可读存储装置，以便将程序指令存储在多个计算机可读存储装置中并以分散方式执行。可以通过一个或更多个处理器或者处理装置来执行程序指令。 [0066] 附图和相关的描述仅仅意在解释本发明的构思。在其细节上，本发明可在权利要求的范围内变化。 |
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