基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备、系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备、系统及方法，该爆破设备的爆破设计仪机体内设置有三维激光扫描装置、数码摄像装置、炮孔定位装置、电子屏幕、内置计算机和无线通讯装置，三维激光扫描装置、数码摄像装置、炮孔定位装置、电子屏幕和无线通讯装置均与内置计算机连接，机壳内部还设有电池仓，电池仓内部安装锂电池；机壳外部设有电子屏幕，电子屏幕与内置计算机之间连接；机壳上方安装有测距仪。本发明专利技术解决现阶段隧道爆破设计的不系统和滞后性，以及炮孔定位的粗略性的问题，以提高隧道掘进效率及断面炮孔布置精度，进而提高隧道爆破质量。进而提高隧道爆破质量。进而提高隧道爆破质量。

【技术实现步骤摘要】
基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备、系统及方法


[0001]本专利技术涉及隧道及地下工程信息化、智能化设计与施工的
，尤其涉及一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备、系统及爆破方法。

技术介绍

[0002]信息化、智能化已成为山岭隧道施工的必然趋势，如何“因地制宜”地设计爆破施工方案，突破依靠人工经验调整参数而造成的设计方案与实地情况“南辕北辙”的困境，已成为目前的研究重点。
[0003]随着现代化社会的高速发展，对于交通的便捷性有了更高的需求，交通运输网也成为了维持国民经济稳定发展的重要命脉。对此，国家针对运输网需求不断进行交通运输网络规划，逐年增加交通运输网络的建设。针对我国山地较多的地理条件，在遇到需要穿山越岭的情况时通常采用修建隧道的方式，目前隧道工程开挖以钻爆法施工为主，隧道钻爆法施工具有地质适应能力强、开挖成本低、施工方便灵活等优点。然而，钻爆法爆破方案设计多依赖工程经验、通过工程类比来进行爆破参数设计及炮孔布置，缺乏理论及技术的指导。由于爆破机理复杂、爆破理论滞后、爆破专业设计软件和测量工具缺乏、作业人员素质不高等原因。目前隧道爆破技术水平总体比较粗放，普遍存在爆破设计依靠经验或半经验，缺少定量分析，爆破作业人员往往依靠经验施工，随意性大，超欠挖严重，爆破质量效果较难控制。隧道爆破施工过程中，对于掌子面炮孔定位的传统方式是采取全站仪放样几个关键的周边眼孔位，由现场工人按照自己以往的经验进行掏槽孔、辅助孔、周边孔的布置，因布孔的随意性而导致现场爆破后岩石块度大小离散、难以直接进行二次利用、周边孔布孔间距和位置不准确导致爆破出现明显的超欠挖等现象。因此，在面对工程地质动态变化时不能及时有效的对爆破参数做出调整，这不仅影响施工进度甚至还会导致安全事故，爆破孔布置的准确性直接影响开挖爆破质量，需按论证后的爆破设计要求进行炮孔布置。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备、系统及方法，其目的在于解决现阶段隧道爆破设计的不系统和滞后性，以及炮孔定位的粗略性的问题，以提高隧道掘进效率及断面炮孔布置精度，进而提高隧道爆破质量。
[0005]针对上述问题，本专利技术旨在提出一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设计装置、系统及方法，具体技术方案如下：
[0006]本专利技术一方面提供一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备，该爆破设备的爆破设计仪机体转动安装于所述基座上端，所述的基座的底端安装于四轮驱动上，锂电池固定于爆破设计仪机体上；爆破设计仪机体的机壳内设置有三维激光扫描装置、数码摄像装置、炮孔定位装置、电子屏幕、内置计算机和无线通讯装置，三维激光扫描装置、数码摄像装置、炮孔定位装置、电子屏幕和无线通讯装置均与内置计算机连接，机壳内部还设有电池仓，电池仓内部安装锂电池；机壳外部设有电子屏幕，电子屏幕与内置计算机之间连接；机
壳上方安装有测距仪。机壳的下方安装有倾斜补偿模块。
[0007]本专利技术还提供一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备的设计系统，所述系统包括地质体智能感知模块、隧道智能动态爆破设计与参数优化模块、爆破动态断裂行为分析模块、激光扫描爆破效果质量评价模块、炮孔布置模块，隧道智能动态爆破设计与参数优化模块分别与地质体智能感知模块、爆破动态断裂行为分析模块、激光扫描爆破效果质量评价模块和炮孔布置模块连接；地质体智能感知模块用于对围岩体进行识别；隧道智能动态爆破设计与参数优化模块用于隧道爆破参数的设计并针对激光扫描爆破效果质量评价模块的评价结果对设计的参数进行优化；爆破动态断裂行为分析模块用于针对隧道智能动态爆破设计与参数优化模块生成的参数及炮孔布置模块生成的炮孔布置图进行数值模拟，初步检验爆破参数和炮孔布置的合理性；激光扫描质量评价模块用于对激光扫描装置运行后所得到的点云数据进行降噪、分析，得到隧道爆破开挖的情况，并进行评价，并将评价结果传递给隧道智能动态爆破设计与参数优化模块；炮孔布置模块用于根据掌子面裂隙及隧道智能动态爆破设计模块所得到的设计参数自动生成炮孔布置图，并将生成的炮孔布置图传递给投影装置中的投影屏内。
[0008]进一步的，地质体智能感知模块对围岩体识别的岩性信息匹配炸药，需满足炸药的特征阻抗与岩石特征阻抗相匹配。
[0009]本专利技术还提供一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备的爆破方法，步骤流程如下：
[0010]步骤1：通过爆破设计仪机体获取进深面的位置信息，并将信息传递至内置计算机；
[0011]步骤2：三维激光扫描装置对隧道掌子面进行三维激光扫描生成隧道掌子面附近的点云图像，并将点云图像信息数据传递至内置计算机的地质体智能感知模块，地质体智能感知模块对所得到的点云数据进行基于多视点图像三维重建，重建后的围岩信息输入至隧道智能动态爆破设计与参数优化模块；数码摄像装置获取掌子面边缘特征，锁定识别区域为掌子面区域，识别掌子面内部的围岩体类型、围岩体的节理和裂隙，并将识别信息传递至内置计算机的隧道智能动态爆破设计与参数优化模块；
[0012]步骤3：隧道智能动态爆破设计与参数优化模块根据获得的围岩信息选取对应的爆破设计参数影响值，将影响值代入爆破设计参数公式得到隧道爆破设计参数，然后将隧道爆破设计参数传递给炮孔布置模块；
[0013]步骤4：炮孔布置模块根据爆破设计参数得出隧道的炮孔布置图，并将炮孔布置图的图像信息传递给炮孔定位装置中的记忆体中；
[0014]步骤5：内置计算机中的爆破动态断裂行为分析模块根据隧道智能动态爆破设计与参数优化模块得出的爆破设计参数及炮孔布置模块生产的炮孔布置图对爆破过程进行数值模拟，通过分析数值模拟过程中爆破作用下围岩体的断裂行为，并确保数值模拟过程中每一步的岩体断裂发展处于合理性区间；
[0015]步骤6：炮孔定位装置中的图像控制器根据记忆体中的炮孔布置信息生成炮孔布置图，将全部炮孔位置投影在掌子面上进行爆破；
[0016]步骤7：待隧道爆破出渣完成后，使用三维激光扫描装置对爆破后的掌子面进行三维激光扫描，得到爆破后的三维点云图像，并将图像传递给内置计算机中的激光扫描质量
评价模块对点云图像进行分析得出隧道爆破质量情况，然后将隧道爆破质量情况传递给隧道智能动态爆破设计与参数优化模块进行参数优化。
[0017]进一步的，步骤3中爆破设计参数包括炮孔直径d、炮孔深度L、炮孔数目N、炮孔间距、炮孔设计与布置、炸药单耗k、一个开挖循环所需炸药量Q、及炮孔装药量。
[0018]所述炮孔深度L包括掏槽孔深度L
掏
与周边孔深度L
周
和辅助眼炮孔深度L
辅
，
[0019]掏槽孔深度L
掏
计算公式如下：
[0020][0021]式中，L0‑
隧道掘进开挖循环进尺；L
掏
‑
掏槽孔深度；θ
‑
掏槽孔与开挖面夹角；
[0022]周边孔炮孔深度L
周
计算公式如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备，其特征在于：该爆破设备的爆破设计仪机体(1)转动安装于所述基座(2)上端，所述的基座(2)的底端安装于四轮驱动(3)上，锂电池(4)固定于爆破设计仪机体(1)上；所述爆破设计仪机体(1)的机壳(201)内设置有三维激光扫描装置(202)、数码摄像装置(203)、炮孔定位装置(204)、电子屏幕(205)、内置计算机(206)和无线通讯装置(207)，三维激光扫描装置(202)、数码摄像装置(203)、炮孔定位装置(204)、电子屏幕(205)和无线通讯装置(207)均与内置计算机(206)连接，机壳(201)内部还设有电池仓(208)，电池仓(208)内部安装锂电池(4)；机壳(201)外部设有电子屏幕(205)，电子屏幕(205)与内置计算机(206)之间连接；机壳(201)上方安装有测距仪(209)。2.根据权利要求1所述的一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备，其特征在于：机壳(201)的下方安装有倾斜补偿模块(210)。3.一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备的设计系统，其特征在于：所述系统包括地质体智能感知模块、隧道智能动态爆破设计与参数优化模块、爆破动态断裂行为分析模块、激光扫描爆破效果质量评价模块、炮孔布置模块，隧道智能动态爆破设计与参数优化模块分别与地质体智能感知模块、爆破动态断裂行为分析模块、激光扫描爆破效果质量评价模块和炮孔布置模块连接；地质体智能感知模块用于对围岩体进行识别；隧道智能动态爆破设计与参数优化模块用于隧道爆破参数的设计并针对激光扫描爆破效果质量评价模块的评价结果对设计的参数进行优化；爆破动态断裂行为分析模块用于针对隧道智能动态爆破设计与参数优化模块生成的参数及炮孔布置模块生成的炮孔布置图进行数值模拟，初步检验爆破参数和炮孔布置的合理性；激光扫描质量评价模块用于对激光扫描装置运行后所得到的点云数据进行降噪、分析，得到隧道爆破开挖的情况，并进行评价，并将评价结果传递给隧道智能动态爆破设计与参数优化模块；炮孔布置模块用于根据掌子面裂隙及隧道智能动态爆破设计模块所得到的设计参数自动生成炮孔布置图，并将生成的炮孔布置图传递给投影装置中的投影屏内。4.根据权利要求3所述的一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备的设计系统，其特征在于：地质体智能感知模块对围岩体识别的岩性信息匹配炸药，需满足炸药的特征阻抗与岩石特征阻抗相匹配。5.一种基于地质体智能感知的隧道动态爆破设备的爆破方法，其特征在于：步骤流程如下：步骤1：通过爆破设计仪机体(1)获取进深面的位置信息，并将信息传递至内置计算机(206)；步骤2：三维激光扫描装置(202)对隧道掌子面进行三维激光扫描生成隧道掌子面附近的点云图像，并将点云图像信息数据传递至内置计算机(206)的地质体智能感知模块，地质体智能感知模块对所得到的点云数据进行基于多视点图像三维重建，重建后的围岩信息输入至隧道智能动态爆破设计与参数优化模块；数码摄像装置(203)获取掌子面边缘特征，锁定识别区域为掌子面区域，识别掌子面内部的围岩体类型、围岩体的节理和裂隙，并将识别
信息传递至内置计算机(206)的隧道智能动态爆破设计与参数优化模块；步骤3：隧道智能动态爆破设计与参数优化模块根据获得的围岩信息选取对应的爆破设计参数影响值，将影响值代入爆破设计参数公式得到隧道爆破设计参数，然后将隧道爆破设计参数传递给炮孔布置模块；步骤4：炮孔布置模块根据爆破设计参数得出隧道的炮孔布置图，并将炮孔布置图的图像信息传递给炮孔定位装置(204)中的记忆体(508)中；步骤5：内置计算机(206)中的爆破动态断裂行为分析模块根据隧道智能动态爆破设计与参数优化模块得出的爆破设计参数及炮孔布置模块生产的炮孔布置图对爆破过程进行数值模拟，通过分析数值模拟过程中爆破作用下围岩体的断裂行为，并确保数值模拟过程中每一步的岩体断裂发展处于合理性区间；步骤6：炮孔定位装置(204)中的图像控制器(509)根据记忆体(508)中的炮孔布置信息生成炮孔布置图，将全部炮孔位置投影在掌子面上进行爆破；步骤7：待隧道爆破出渣完成后，使用三维激光扫描装置(202)对爆破后的掌子面进行三维激光扫描，得到爆破后的三维点云图像，并将图像传递给内置计算机(206)中的激光扫描质量评价模块对点云图像进行分析得出隧道爆破质量情况，然后将隧道爆破质量情况传递给隧道智能动态爆破设计与参数优化模块进行参数优化。6.根据权利要求5所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军祥，吴佳鑫，郭连军，宁宝宽，陈四利，孙港，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：