一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定制造技术

本发明专利技术提供一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定方法及系统，所述方法包括：采用北斗导航卫星系统获取钻架的桩头和钻架中部的三维坐标，从而确定炮孔孔口坐标和钻架角度；分析钻机的钻孔过程，确定钻机钻孔的各个子过程，从而确定实时钻杆长度；根据炮孔孔口坐标、钻架角度以及实时钻杆长度计算并反馈出当前钻孔深度；将炮孔孔口坐标和当前钻孔深度存储并输出；采用上述方案，使得在钻机钻孔过程中，通过利用钻架上安装的卫星定位仪实时获取炮孔孔口三维坐标，并结合钻杆有效钻进过程获得实时钻孔深度，为爆破参数的设计及优化提供基础，将会在日后智能化、数字化矿山中获得广泛应用。广泛应用。广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定


[0001]本专利技术属于基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定
，具体涉及一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定方法及系统。

技术介绍

[0002]随钻测量技术指钻机在钻进的同时连续不断地测量有关钻孔或钻头的信息并将其记录的技术的简称；其中，随钻测量记录的参数(随钻参数)一般包括时间、炮孔位置、钻孔深度等。
[0003]随钻测量技术让钻头长上了“眼睛”，可实时确定钻孔信息，在炮孔布置、爆破参数设计、爆破参数优化、矿体轮廓圈定、地下结构支护、超前地质勘探等方面应用效果较好。虽然国内随钻测量技术研究刚处于起步阶段，但不能小觑随钻测量的作用，随钻测量数据恰恰能够有效、全面、即时的反馈爆破相关的关键技术参数。相比于现有的GPS、基站定位，人工测量炮孔深度等，该技术不仅可以节省大量的人力物力成本，而且可以在不影响现场生产的前提下帮助工程师根据实时数据做出准确、高效的设计方案。
[0004]由于钻机钻孔过程涉及到多个子过程，接卸杆、吹孔、空转等非钻进过程产生的随钻测量数据对岩体参数分析是没有用处；因此，若想利用钻架获取随钻炮孔深度、炮孔孔口位置参数，首要前提是获取准确的钻架顶部及其中间部位的卫星三维位置信息，依此为基础反馈炮孔孔口位置及钻头位置，进获取实时炮孔深度数据。
[0005]目前国内外炮孔孔口位置及实时钻孔深度是基于GPS或自建基站，通过人工测量获取，实时钻孔深度也是在成孔后采用人工测量方式获取，而不是实时自动智能测量的结果，这样就导致工程方案设计进度较慢、效率不高。
[0006]基于上述钻井钻架工作过程中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定方法及系统，旨在解决现有钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定的问题。
[0008]本专利技术提供一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定方法，所述方法包括以下过程：
[0009]S1：采用北斗导航卫星系统获取钻架的桩头和钻架中部的三维坐标，从而确定炮孔孔口坐标和钻架角度A；
[0010]S2：分析钻机的钻孔过程，确定钻机钻孔的各个子过程，从而确定实时钻杆长度；
[0011]S3：根据炮孔孔口坐标、钻架角度以及实时钻杆长度计算并反馈出当前钻孔深度；
[0012]S4：将炮孔孔口坐标和当前钻孔深度存储并输出。
[0013]进一步地，S1步骤中：
[0014]通过差分北斗导航卫星系统和RTK定位系统确定桩头上的定位仪的经度、纬度以及海拔，从而获取桩头的三维坐标；桩头为钻架的起始端；
[0015]通过差分北斗导航卫星系统和RTK定位系统获取钻架中部的定位仪的经度、纬度以及海拔，从而获取钻架中部的三维坐标；钻架中部为钻架两端之间的任意一点；
[0016]三维坐标通过数字方式显示。
[0017]进一步地，S1步骤中：桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)，钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)，根据桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)和钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)计算得到桩头和钻架中部之间的距离l；所述炮孔孔口三维坐标(X',Y',Z')可按以下公式换算：
[0018][0019][0020]Z'＝Z1‑
cosα
×
L；
[0021][0022][0023]式中：(X1,Y1,Z1)与(X2,Y2,Z2)分别为两个定位仪获取的经度、纬度、高度；X',Y',Z'分别为炮孔孔口的孔底的经度、纬度、高度；α为倾角；β为方位角；R为地球半径，取6378137m；L为钻架长度，单位为m。
[0024]进一步地，在S1步骤中：桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)，钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)；根据所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)和所述钻架中部的三维坐标((X2,Y2,Z2)计算得到所述桩头和所述钻架中部之间的距离l；所述钻架角度A包括α和β，α和β分别通过以下公式换算：
[0025][0026][0027]式中：(X1,Y1,Z1)与(X2,Y2,Z2)分别为两个定位仪获取的经度、纬度、高度；X',Y',Z'分别为炮孔孔口的经度、纬度、高度；α为倾角；β为方位角。
[0028]进一步地，钻机的起始位置为炮孔孔口的位置；S2步骤中，确定实时钻杆长度d包括：
[0029]S21：先判断钻机钻孔的过程是否为有效钻进过程；有效钻进过程为钻机钻杆实际工作过程；
[0030]进一步地，S22：当判断钻机钻孔的过程为有效钻进过程时，所述实时钻杆长度d通过以下公式计算所得：
[0031][0032]d＝d1+Δd；
[0033]式中，Δd为进尺；d为累计钻进深度；d1为上一刻钻进长度；D为钻进马达输出轴齿轮直径；N
d_now
、N
d_last
分别为钻进深度磁性编码器本次刻度值和上一次刻度值。
[0034]进一步地，在S3步骤中，所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)，所述钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)；所述当前钻孔深度Z通过以下公式计算：
[0035]Z＝Z
”‑
Z
’
；
[0036]Z”＝Z1‑
cosα
×
(L+d)；
[0037]Z
’
＝Z1‑
cosα
×
L；
[0038][0039][0040]式中：(X1,Y1,Z1)与(X2,Y2,Z2)分别为两个定位仪获取的经度、纬度、高度；X＂,Y＂,Z＂分别为炮孔孔底的经度、纬度、高度；α为倾角；β为方位角；R为地球半径；L为钻架长度，单位为m；d为钻进长度。
[0041]相应地，本专利技术还提供一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定系统，所述系统具体包括：
[0042]定位仪，分别安装于钻架的桩头位置和中部位置，并能够通过北斗导航卫星系统获取钻架的桩头和钻架中部的三维坐标；
[0043]工控机，分别与各个定位仪电连接；工控机能够通过北斗导航卫星系统获取各个定位仪的三维坐标，并计算得到炮孔孔口坐标和当前钻孔深度，并进行存储和显示；三维坐标通过数字和图像的方式显示。
[0044]进一步地，定位仪与工控机之间通过TCP协议传输；桩头为钻架的起始端；钻架中部为钻架两端之间的任意一点；
[0045]工控机利用差分北斗导航卫星系统和RTK定位系统确定桩头上的定位仪的经度、纬度以及海拔，从而获取桩头的三维坐标；
[0046]工控机利用差分北斗导航卫星系统和RTK定位系统获取钻架中部的定位仪的经度、纬度以及海拔，从而获取钻架中部的三维坐标；
[0047]工控机通过桩头的三维坐标和钻架中部的三维坐标计算得到炮孔孔口坐标(X',Y',本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钻架的炮孔定位及实时钻孔深度确定方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：S1：采用北斗导航卫星系统获取钻架的桩头和钻架中部的三维坐标，从而确定炮孔孔口坐标和钻架角度A；S2：分析钻机的钻孔过程，确定钻机钻孔的各个子过程，从而确定实时钻杆长度；S3：根据所述炮孔孔口坐标、所述钻架角度以及所述实时钻杆长度计算并反馈出当前钻孔深度；S4：将所述炮孔孔口坐标和所述当前钻孔深度存储并输出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1步骤中：通过差分北斗导航卫星系统和RTK定位系统确定所述桩头上的定位仪的经度、纬度以及海拔，从而获取所述桩头的三维坐标；所述桩头为钻架的起始端；通过差分北斗导航卫星系统和RTK定位系统获取所述钻架中部的定位仪的经度、纬度以及海拔，从而获取所述钻架中部的三维坐标；所述钻架中部为所述钻架两端之间的任意一点；所述三维坐标通过数字方式显示。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1步骤中：所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)，所述钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)，根据所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)和所述钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)计算得到所述桩头和所述钻架中部之间的距离l；所述炮孔孔口三维坐标(X',Y',Z')可按以下公式换算：孔口三维坐标(X',Y',Z')可按以下公式换算：Z'＝Z1‑
cosα
×
L；L；式中：(X1,Y1,Z1)与(X2,Y2,Z2)分别为两个定位仪获取的经度、纬度、高度；X',Y',Z'分别为炮孔孔口的孔底的经度、纬度、高度；α为倾角；β为方位角；R为地球半径；L为钻架长度，单位为m。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1步骤中：所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)，所述钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)；根据所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z1)和所述钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)计算得到所述桩头和所述钻架中部之间的距离l；所述钻架角度A包括α和β，α和β分别通过以下公式换算：
式中：(X1,Y1,Z1)与(X2,Y2,Z2)分别为两个定位仪获取的经度、纬度、高度；X',Y',Z'则分别为炮孔孔口的经度、纬度、高度；α为倾角；β为方位角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻机的起始位置为炮孔孔口的位置；所述S2步骤中，确定实时钻杆长度d包括：S21：先判断所述钻机钻孔的过程是否为有效钻进过程；所述有效钻进过程为所述钻机钻杆实际工作过程；S22：当判断所述钻机钻孔的过程为有效钻进过程时，所述实时钻杆长度d通过以下公式计算所得：d＝d1+Δd；式中，Δd为进尺；d为累计钻进深度；d1为上一刻钻进长度；D为钻进马达输出轴齿轮直径；N
d_now
、N
d_last
分别为钻进深度磁性编码器本次刻度值和上一次刻度值。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述桩头的三维坐标为(X1,Y1,Z
1)
，所述钻架中部的三维坐标(X2,Y2,Z2)；所述当前钻孔深度Z通过以下公式计算：Z＝Z
”‑
Z
’
；Z”＝Z1‑
cosα
×
(L+d)；Z
’
＝Z1‑
cosα
×
L；L；式中：(X1,Y1,Z1)与(X2,Y2,Z2)分别为两个定位仪获取的经度、...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫永吉，侯仕军，杨巍，李家树，郭大超，胡智航，梁书锋，丁伟捷，刘殿书，田帅康，谢科尧，陆欣雨，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：