一种凿岩台车的钻孔深度控制方法技术

本发明专利技术提出了一种凿岩台车的钻孔深度控制方法，用以解决隧道钻爆法施工开挖进尺短及隧道轮廓控制效果差的技术问题。本发明专利技术利用钻进组件压力传感器实时监测驱动钻进组件的钻进液压系统上的压力监测值，将钻进组件与岩体接触的位置作为岩体实际钻孔深度的零位，将钻进组件位移传感器清零，以钻进组件位移传感器的监测值作为在岩体中的实际孔深，监测并控制钻进组件在岩体中的实际钻孔深度。本发明专利技术根据施工具体需求及掌子面平整情况，选择不同钻孔模式，可精确地获取及控制岩体中的实际钻孔深度，使得所有的钻孔孔底均在同一个面上，以此来提高开挖进尺和超欠挖的控制效果，有助于提高下次开挖的成孔率，从而提高整体施工效率及质量，降低施工成本。降低施工成本。降低施工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种凿岩台车的钻孔深度控制方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工的
，尤其涉及一种凿岩台车的钻孔深度控制方法。

技术介绍

[0002]在隧道钻爆法施工中，凿岩台车作为核心的开挖装备，主要负责钻爆孔的施工，传统的人工及常规凿岩台车作业，往往依赖操作人员的经验来控制钻孔的深度。但是受制于爆破后的掌子面往往凹凸不平、人员经验水平的高低，钻深的控制效果往往较差，钻孔的实际深度是否与设计深度相符合、孔底的位置是否平齐等将直接影响爆破后的开挖进尺、隧道轮廓的控制效果，严重的还会导致爆不下来，进而影响整体的施工效率、施工质量及成本。
[0003]近年来，随着科技的发展进步逐渐出现了孔深的精确监测及控制，如公开号CN 111811458 A的专利技术专利公开了一种用于锚杆台车上的孔深测量装置，其采用孔深测量装置测量凿岩机位移的方法来实现孔深监测及控制。但是孔底是否平齐、在岩体中的实际钻孔深度等控制方法并未涉及，且目前仅在锚杆台车领域有过开发。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中隧道钻爆法施工开挖进尺短及隧道轮廓控制效果差的技术问题，本专利技术提出一种凿岩台车的钻孔深度控制方法，能够实现对钻孔深度或孔底位置的精确控制，大幅改善开挖进尺短及隧道轮廓控制效果差的现状。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种凿岩台车的钻孔深度控制方法，按照施工要求，凿岩台车上的推进梁顶紧隧道掌子面以提供钻进组件施工所需反力，此时，钻进组件的末端未与掌子面的岩体接触；利用钻进组件压力传感器实时监测驱动钻进组件的钻进液压系统上的压力监测值，当压力监测值超过压力标准值I时，则判定钻进组件与岩体接触，将此位置作为岩体实际钻孔深度的零位，将检测钻进组件工作过程中位移距离的钻进组件位移传感器清零，以钻进组件位移传感器的监测值作为在岩体中的实际孔深，监测并控制钻进组件在岩体中的实际钻孔深度。
[0006]按照施工要求，推进梁顶紧掌子面，凿岩台车上的车体导航系统获取推进梁顶紧掌子面时在隧道坐标系下的位置坐标，并以推进梁顶紧位置的所在平面作为基准掌子面，利用推进梁压力传感器实时监测驱动推进梁的推进梁液压系统工作过程的液压油压力的的实时压力值，若实时压力值小于等于压力标准值II，则判定推进梁与掌子面的岩体未接触；若实时压力值大于于压力标准值II，则判定推进梁与掌子面的岩体接触，并以此位置作为钻孔实际掌子面的位置，通过车体导航系统获取的基准掌子面位置坐标及推进梁位移传感器实时测量的推进梁的位移距离计算实际掌子面与基准掌子面的距离差，通过孔深目标值及距离差对打孔深度进行修正，实现钻孔底平齐的控制。
[0007]优选地，所述压力标准值I是在实验室测定的钻进组件的最大空推压力值。
[0008]优选地，所述压力标准值II为在实验室测定的推进梁在凿岩台车上往复移动的最
大空推压力值。
[0009]优选地，所述距离差为推进梁位移传感器测量的推进梁的位移距离与基准掌子面坐标值通过几何关系换算得到的。
[0010]优选地，所述推进梁设置在车体组件上，推进梁沿车体组件往复移动动作，所述钻进组件设置在推进梁上，钻进组件沿推进梁往复移动动作；所述推进梁液压系统一端固定在车体组件上、另一端与推进梁的底部相连接，推进梁液压系统驱动推进梁沿车体组件的上部往复运动，所述钻进液压系统设置在推进梁的内部，钻进液压系统一端固定在推进梁上、另外一端与钻进组件相连接，钻进液压系统驱动钻进组件沿推进梁2往复移动。
[0011]优选地，所述车体导航系统设置在车体组件上，用来获取车体组件在隧道坐标系下的位置及姿态信息；所述钻进组件位移传感器设置在钻进组件上，用来检测钻进组件在工作过程中的位移距离；所述钻进组件压力传感器设置在钻进组件液压系统上，用来检测钻进液压系统在工作过程中的液压油压力；所述推进梁位移传感器设置推进梁上及车体组件上，用来检测推进梁在工作过程中的位移距离；所述推进梁压力传感器设置在推进梁液压系统上，用来检测推进梁液压系统在工作过程的液压油压力；所述推进梁包括梁体、护板和托板，所述梁体上设置有导轨，托板滑动设置在导轨上，可以进行相对滑移；所述护板设置在梁体的前端和后端，起到限制钻进组件最大位移的作用；所述梁体与推进梁液压系统的另一端相连接，钻进液压系统设置在推进梁内部；所述钻进组件包括凿岩机、钎杆和钻头，凿岩机滑动设置在推进梁上，钎杆设置在凿岩机的输出端并由凿岩机驱动，钎杆滑动设置在推进梁上，钻头设置在钎杆的前端；所述凿岩机设置在托板上，凿岩机与钻进液压系统的另一端相连接；所述车体导航系统采用全站仪导航或激光导航。
[0012]优选地，在掌子面较为平整时，步骤为：S1，获得钻孔任务，确定在岩体中的目标钻孔深度B；S2，推进梁液压系统驱动推进梁前进，推进梁顶紧掌子面；钻进液压系统驱动钻进组件前进；S3，获取钻进组件压力传感器的监测值X1；S4，判断监测值X1是否大于或等于压力标准值X，如不是，钻进组件与岩体仍未接触，返回步骤S2；如是，钻进组件与岩体接触，将钻进组件位移传感器数值清零，执行步骤S5；S5，利用钻进液压系统驱动钻进组件前进，获取钻进组件位移传感器的监测值B1；S6，判断监测值B1是否大于或等于目标钻孔深度B，如不是，返回步骤S5；如是，说明孔深已达到目标值，钻孔结束。
[0013]优选地，在掌子面凹凸不平时，F1，获得钻孔任务，确定在岩体中的目标钻孔深度为B；F2，推进梁首次顶紧掌子面，通过车体导航系统和推进梁位移传感器获取推进梁顶紧掌子面时在隧道坐标系下的位置坐标，并以此位置所在的平面作为基准掌子面，记录此时推进梁位移传感器的监测值Y1；F3，每次作业推进梁顶紧掌子面后，将推进梁位移传感器的监测值Y2与Y1相减得到实际掌子面与基准掌子面的距离差，通过孔深目标值
±
距离差对目标钻孔深度B修正为
B0；F4，利用钻进液压系统驱动钻进组件前进，同时获取钻进组件位移传感器监测值B1；F5，判断监测值B1是否大于或等于B0，如不是，返回执行步骤F4；如是，说明孔深已达到目标值，钻孔结束。
[0014]优选地，所述通过车体导航系统和推进梁位移传感器获取推进梁顶紧掌子面时在隧道坐标系下的位置坐标的方法为：车体导航系统通过全站仪测量推进梁末端的坐标I，推进梁动作时，推进梁位移传感器测量推进梁的位移，根据推进梁伸缩的长度对坐标I进行增减，得到基准掌子面的位置坐标；通过孔深目标值
±
距离差对目标钻孔深度B修正为B0的方法为：车体导航系统通过全站仪测量推进梁末端的坐标II，以车体组件的中心为隧道坐标系的原点，以水平方向为x轴，当坐标II的x轴的值小于基准掌子面的位置坐标的x轴的值时，则实际掌子面在基准掌子面的前侧，B0=B+（Y2
‑
Y1）；当坐标II的x轴的值大于基准掌子面的位置坐标的x轴的值时，则实际掌子面在基准掌子面的后侧，B0=B
‑
（Y2
‑
Y1）。
[0015]本专利技术的有益效果：根据施工具体需求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，按照施工要求，凿岩台车上的推进梁（2）顶紧隧道掌子面以提供钻进组件（3）施工所需反力，此时，钻进组件（3）的末端未与掌子面的岩体接触；利用钻进组件压力传感器（17）实时监测驱动钻进组件（3）的钻进液压系统（15）上的压力监测值，当压力监测值超过压力标准值I时，则判定钻进组件（3）与岩体接触，将此位置作为岩体实际钻孔深度的零位，将检测钻进组件（3）工作过程中位移距离的钻进组件位移传感器（16）清零，以钻进组件位移传感器（16）的监测值作为在岩体中的实际孔深，监测并控制钻进组件（3）在岩体中的实际钻孔深度。2.一种凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，按照施工要求，推进梁（2）顶紧掌子面，凿岩台车上的车体导航系统（6）获取推进梁（2）顶紧掌子面时在隧道坐标系下的位置坐标，并以推进梁（2）顶紧位置的所在平面作为基准掌子面，利用推进梁压力传感器（19）实时监测驱动推进梁（2）的推进梁液压系统（14）工作过程的液压油压力的的实时压力值，若实时压力值小于等于压力标准值II，则判定推进梁（2）与掌子面的岩体未接触；若实时压力值大于于压力标准值II，则判定推进梁（2）与掌子面的岩体接触，并以此位置作为钻孔实际掌子面的位置，通过车体导航系统（6）获取的基准掌子面位置坐标及推进梁位移传感器（18）实时测量的推进梁（2）的位移距离计算实际掌子面与基准掌子面的距离差，通过孔深目标值及距离差对打孔深度进行修正，实现钻孔底平齐的控制。3.根据权利要求1所述的凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，所述压力标准值I是在实验室测定的钻进组件（3）的最大空推压力值。4.根据权利要求2所述的凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，所述压力标准值II为在实验室测定的推进梁（2）在凿岩台车上往复移动的最大空推压力值。5.根据权利要求4所述的凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，所述距离差为推进梁位移传感器（18）测量的推进梁（2）的位移距离与基准掌子面坐标值通过几何关系换算得到的。6.根据权利要求1
‑
5中任意一下所述的凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，所述推进梁（2）设置在车体组件（1）上，推进梁（2）沿车体组件（1）往复移动动作，所述钻进组件（3）设置在推进梁（2）上，钻进组件（3）沿推进梁（2）往复移动动作；所述推进梁液压系统（14）一端固定在车体组件（1）上、另一端与推进梁（2）的底部相连接，推进梁液压系统（14）驱动推进梁（2）沿车体组件（1）的上部往复运动，所述钻进液压系统（15）设置在推进梁（2）的内部，钻进液压系统（15）一端固定在推进梁（2）上、另外一端与钻进组件（3）相连接，钻进液压系统（15）驱动钻进组件（3）沿推进梁2往复移动。7.根据权利要求6所述的凿岩台车的钻孔深度控制方法，其特征在于，所述车体导航系统（6）设置在车体组件（1）上，用来获取车体组件（1）在隧道坐标系下的位置及姿态信息；所述钻进组件位移传感器（16）设置在钻进组件上，用来检测钻进组件（3）在工作过程中的位移距离；所述钻进组件压力传感器（17）设置在钻进组件液压系统上，用来检测钻进液压系统（15）在工作过程中的液压油压力；所述推进梁位移传感器（18）设置推进梁上及车体组件上，用来检测推进梁（2）在工作过程中的位移距离；所述推进梁压力传感器（19）设置在推进梁液压系统上，用来检测推进梁液压系统（14）在工作过程的液压油压力；所述推进梁（2）包括梁体（7）、护板（8）和托板（9），所述梁体（7）上设置有导轨（10），托板（9）滑动设...

【专利技术属性】
技术研发人员：康家安，于鹏，李荣鑫，霍翔宇，姚晓坡，张晓闯，吴涛，黄进先，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：