一种牙轮钻机辅助钻孔系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种牙轮钻机辅助钻孔系统及方法，其中主测量天线设于牙轮钻机头端A处，副测量天线设于牙轮钻机尾端B处，钻杆设于牙轮钻机头端Z处，且ZA与BA之间形成夹角θ2，所述采集电控箱内设有GNSS接收机，且主测量天线和副测量天线通过GNSS接收机获得经纬度信息，钻杆电机通过回转转速表检测钻孔时的转速，并通过回转电流表检测钻孔时的电机电流，采集电控箱与设于牙轮钻机驾驶室内的机台智能终端相连，且主测量天线经纬度信息、副测量天线经纬度信息、回转转速表检测数据、回转电流表检测数据均经过采集电控箱后传输至机台智能终端。本发明专利技术利用主测量天线和副测量天线结合地球的球面获得钻杆经纬度，计算过程及设备均大大简化。简化。简化。

【技术实现步骤摘要】
一种牙轮钻机辅助钻孔系统及方法


[0001]本专利技术涉及牙轮钻机领域，具体地说是一种牙轮钻机辅助钻孔系统及方法。

技术介绍

[0002]牙轮钻机是露天矿生产采用的主要钻孔设备，传统牙轮钻机穿孔作业主要依靠工人皮尺布孔，并利用带颜色标记物标示孔位，然后钻机驾驶员依靠驾驶经验寻孔，但这很难保证钻孔位置精度及钻孔深度精度，经常有钻孔位置偏大、钻孔深度超深或欠深的情况发生，最终影响爆破效果。另外牙轮钻在钻孔作业中碰到地下有特别坚硬岩体的时候，如果驾驶员继续保持钻进，会导致钻进电机一直保持在高负荷运转状态，容易发生电机损坏等事故，也会加速钻头的磨损。
[0003]随着科技发展，现有技术中出现了一些定位方法辅助钻机钻孔定位，但现有技术中的方法主要依靠GPS定位后近似到平面上并利用平面几何或一系列坐标转换等方式进行定位计算。
[0004]如授权公告号为CN102155212B的中国专利技术专利中公开了一种牙轮钻机抛掷孔定位仪及定位方法，其利用两台GPS天线感知钻机位置并转换成电信号传送到信号采集解算器，利用双倾角传感器感知钻机倾角并转换成倾角脉冲数据传送到信号采集解算器，然后信号采集解算器将电信号和倾角脉冲数据进行解算获得钻头位置坐标，同时也可以测量钻孔深度，但该方法是将获得的钻头位置坐标不断地与控制器内存储的目标抛掷孔位置坐标比较，直至误差满足预设范围要求，其精度有待进一步提高，并且遇到坚硬岩层时，驾驶员无法及时了解并作出调整。
[0005]而授权公告号为CN103343683B的中国专利技术专利中公开了一种基于GPS的牙轮钻机实时穿孔定位方法，其先利用GPS构建穿孔定位模型，具体为在牙轮钻机平台上选取三个控制点，然后利用RTK
‑
GPS设备对三个控制点进行实时监测，并得到牙轮钻机实时穿孔定位模型，再利用三点空间后方交会方法获得牙轮钻机穿孔点位平面坐标，并通过控制点高程变化解算牙轮钻机穿孔深度，该方法提高了定位精度，但换算过程相对复杂，而且需要在牙轮钻机上安装三台RTK
‑
GPS设备，也提高了设备成本，并且该方法只能通过显示钻孔深度提示驾驶员钻孔是否完成，遇到坚硬岩层时，驾驶员依然无法及时了解并作出调整。
[0006]又如授权公告号为CN105320831B的中国专利技术专利中也公开了一种实现露天矿山钻机钻杆实时高精度定位的方法，其利用安装在钻机上的两个高精度GPS以及电子罗盘设备进行定位，该方法在钻机水平状态下取得两个GPS坐标点、钻杆点和电子罗盘之间的关系值，然后通过坐标平移以及三维、二维空间坐标转换和数学建模等过程，最终实现钻机的高精度定位，该方法同样计算复杂，并且遇到坚硬岩层时驾驶员无法及时了解。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种牙轮钻机辅助钻孔系统及方法，其利用主测量天线和副测量天线结合地球的球面获得钻杆经纬度，计算过程以及配置的装置设备均大大简化。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]一种牙轮钻机辅助钻孔系统，包括设于牙轮钻机上的采集电控箱、主测量天线、副测量天线、回转转速表、回转电流表、钻杆和钻杆电机，其中主测量天线设于牙轮钻机头端A处，副测量天线设于牙轮钻机尾端B处，钻杆设于牙轮钻机头端Z处，且ZA与BA之间形成夹角θ2，所述采集电控箱内设有GNSS接收机，且所述主测量天线和副测量天线通过所述GNSS接收机获得经纬度信息，所述钻杆电机通过所述回转转速表检测钻孔时的转速，并通过所述回转电流表检测钻孔时的电机电流，所述采集电控箱与设于牙轮钻机驾驶室内的机台智能终端相连，且所述主测量天线经纬度信息、副测量天线经纬度信息、回转转速表检测数据、回转电流表检测数据均经过所述采集电控箱后传输至所述机台智能终端。
[0010]所述牙轮钻机头端设有孔深探测装置，所述牙轮钻机上设有电能表。
[0011]所述采集电控箱设有智能数据采集控制器，且主测量天线经纬度信息、副测量天线经纬度信息、回转转速表检测数据、回转电流表检测数据、孔深探测装置检测数据、电能表检测数据经所述智能数据采集控制器发送至机台智能终端。
[0012]所述采集电控箱内部设有端子台，所述主测量天线电缆、副测量天线电缆、回转转速表电缆、回转电流表电缆、电能表电缆、机台智能终端的通讯电缆和供电电缆、孔深探测装置电缆均插装于所述端子台上。
[0013]所述采集电控箱内部设有空气开关、直流电源、4G/5G路由器、交换机、硬盘录像装置和数传电台。
[0014]所述牙轮钻机上设有电台天线，且所述电台天线与所述数传电台相连。
[0015]所述牙轮钻机上设有空调。
[0016]一种根据所述牙轮钻机辅助钻孔系统的定位方法，包括如下步骤：
[0017]步骤一：测量获得主测量天线与钻杆之间的距离L，即ZA＝L,并测量获得ZA与BA之间的夹角θ2；
[0018]步骤二：通过采集电控箱内的GNSS接收机获得主测量天线位置A的实时经度A
lon
和实时纬度A
lat
，以及副测量天线位置B的实时经度B
lon
和实时纬度B
lat
；
[0019]步骤三：以主测量天线的位置A为顶点，计算BA与正北方向的夹角θ，并获得ZA与正北方向的夹角θ1＝θ
‑
θ2；
[0020]步骤四：根据步骤一获得的L以及步骤三获得的θ1，计算钻杆与主测量天线位置A在经度方向的距离X
lon
以及钻杆与主测量天线位置A在纬度方向的距离Y
lat
：
[0021]X
lon
＝L
×
sin(θ1)；
[0022]Y
lat
＝L
×
cos(θ1)；
[0023]步骤五：利用下式(a)计算主测量天线位置A纬度的球半径rb:
[0024][0025]上式(1)中，re为地球赤道半径，rp为地球极半径；
[0026]步骤六：利用下式(b)计算主测量天线的位置A纬度圈的半径rlat:
[0027][0028]步骤七：根据下式(c)获得钻杆经度D
LON
：
[0029][0030]步骤八：根据下式(d)获得钻杆纬度D
Lat
:
[0031][0032]步骤九：获得的钻杆经纬度显示在机台智能终端(8)屏幕上并提示驾驶员驾驶。
[0033]一种根据所述牙轮钻机辅助钻孔系统的钻孔判断方法，包括如下步骤：
[0034]步骤一、准备对比数据并输入机台智能终端，对比数据包括：
[0035](一)收集设定时间内的牙轮钻机钻孔时的平均电机转速为S
平
(RPM)；
[0036](二)收集设定时间内的牙轮钻机钻孔时的平均电机电流为C
平
(A)；
[0037](三)收集设定时间内的牙轮钻机钻孔时的平均钻机速度为V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：包括设于牙轮钻机上的采集电控箱(1)、主测量天线(3)、副测量天线(4)、回转转速表(5)、回转电流表(6)、钻杆(11)和钻杆电机(12)，其中主测量天线(3)设于牙轮钻机头端A处，副测量天线(4)设于牙轮钻机尾端B处，钻杆(11)设于牙轮钻机头端Z处，且ZA与BA之间形成夹角θ2，所述采集电控箱(1)内设有GNSS接收机，且所述主测量天线(3)和副测量天线(4)通过所述GNSS接收机获得经纬度信息，所述钻杆电机(12)通过所述回转转速表(5)检测钻孔时的转速，并通过所述回转电流表(6)检测钻孔时的电机电流，所述采集电控箱(1)与设于牙轮钻机驾驶室内的机台智能终端(8)相连，且所述主测量天线(3)经纬度信息、副测量天线(4)经纬度信息、回转转速表(5)检测数据、回转电流表(6)检测数据均经过所述采集电控箱(1)后传输至所述机台智能终端(8)。2.根据权利要求1所述的牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：所述牙轮钻机头端设有孔深探测装置(9)，所述牙轮钻机上设有电能表(7)。3.根据权利要求2所述的牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：所述采集电控箱(1)设有智能数据采集控制器，且主测量天线(3)经纬度信息、副测量天线(4)经纬度信息、回转转速表(5)检测数据、回转电流表(6)检测数据、孔深探测装置(9)检测数据、电能表(7)检测数据经所述智能数据采集控制器发送至机台智能终端(8)。4.根据权利要求3所述的牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：所述采集电控箱(1)内部设有端子台，所述主测量天线(3)电缆、副测量天线(4)电缆、回转转速表(5)电缆、回转电流表(6)电缆、电能表(7)电缆、机台智能终端(8)的通讯电缆和供电电缆、孔深探测装置(9)电缆均插装于所述端子台上。5.根据权利要求1所述的牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：所述采集电控箱(1)内部设有空气开关、直流电源、4G/5G路由器、交换机、硬盘录像装置和数传电台。6.根据权利要求5所述的牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：所述牙轮钻机上设有电台天线(2)，且所述电台天线(2)与所述数传电台相连。7.根据权利要求1所述的牙轮钻机辅助钻孔系统，其特征在于：所述牙轮钻机上设有空调(10)。8.一种根据权利要求1所述的牙轮钻机辅助钻孔系统的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：测量获得主测量天线(3)与钻杆(11)之间的距离L，即ZA＝L,并测量获得ZA与BA之间的夹角θ2；步骤二：通过采集电控箱(1)内的GNSS接收机获得主测量天线(3)位置A的实时经度A
lon
和实时纬度A
lat
，以及副测量天线(4)位置B的实时经度B
lon
和实时纬度B
lat
；步骤三：以主测量天线(3)的位置A为顶点，计算BA与正北方向的夹角θ，并获得ZA与正北方向的夹角θ1＝θ
‑
θ2；步骤四：根据步骤一获得的L以及步骤三获得的θ1，计算钻杆(11)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚江，王智强，夏铁峰，李晓亮，孙鹏，肖海波，闫东，王凯富，薛印波，李旭，
申请(专利权)人：沈阳中科奥维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：