一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置及智能调整方法与流程

本发明涉及地下岩体工程钻爆施工，尤其涉及一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置及智能调整方法。

背景技术：

1、地下岩体工程通常采用钻爆法施工，爆破孔位的放样精度直接影响钻孔质量、爆破成形效果及施工安全。现有施工中多采用人工测量、现场标记或激光投射方式确定孔位，但地下作业环境普遍存在照度低、粉尘大、空间受限以及工作面凹凸不平等情况，容易造成孔位识别困难和放样偏差。现有激光放样方式通常按照预设坐标直接投射，难以综合补偿装置与工作面的距离变化、装置姿态及岩面起伏对投射位置产生的影响。

2、同时，地下岩体工作面可能存在空洞、裂缝等缺陷，当设计孔位落入缺陷区域或距离缺陷过近时，容易导致钻孔失效、孔壁坍塌或装药异常。现有技术通常缺少对岩体缺陷的实时识别及孔位动态调整能力，且放样装置与爆破设计系统、钻孔设备和装药设备之间的数据联动不足，难以形成设计、放样、施工和校验的闭环。

3、因此，亟需一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置及智能调整方法，能实现地下岩体爆破钻孔孔位的精准激光放样、误差补偿、缺陷避让及施工协同控制。

技术实现思路

1、针对上述现有技术缺陷，本发明的目的是提供一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置及智能调整方法，旨在解决复杂地下岩面条件下爆破孔位放样误差大、缺陷适应性差及施工协同不足的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置，包括激光投射模块、环境检测模块、图像采集模块、控制模块、通信模块以及协同作业模块；

3、所述通信模块，用于与地下三维爆破设计系统建立数据连接，获取包含设计孔位坐标、孔径、孔深以及钻孔方向的设计参数；

4、所述环境检测模块，用于检测激光放样装置与地下岩体工作面之间的距离参数以及装置姿态参数；

5、所述图像采集模块，用于采集地下岩体工作面图像，并识别工作面表面形貌以及岩体缺陷区域；

6、所述控制模块，用于根据设计孔位参数、距离参数以及工作面表面形貌参数，对设计孔位对应的激光投射位置进行空间误差补偿，获得修正后的目标放样位置；

7、当检测到所述目标放样位置处于岩体缺陷影响范围内时，所述控制模块根据目标放样位置与缺陷区域之间的位置关系计算孔位调整偏移量，并生成调整后的目标放样位置；

8、所述激光投射模块，用于根据所述目标放样位置或调整后的目标放样位置向工作面投射孔位标识；

9、所述协同作业模块，用于将所述目标放样位置对应的钻孔参数发送至钻孔设备和装药设备，以实现爆破施工过程的协同控制。

10、作为上述技术方案进一步的改进，所述激光投射模块包括激光发射器以及角度调节机构，所述激光发射器用于输出点状激光、十字激光或参数标识激光；

11、所述角度调节机构根据控制模块输出的调节指令改变激光投射方向，使激光投射位置与目标放样位置对应。

12、作为上述技术方案进一步的改进，所述环境检测模块包括激光测距传感器和倾角检测传感器；

13、所述激光测距传感器用于实时获取放样装置与工作面的相对距离；

14、所述倾角检测传感器用于获取激光投射方向与工作面之间的入射角，并将检测数据发送至控制模块。

15、作为上述技术方案进一步的改进，所述图像采集模块包括工业相机和补光组件；所述控制模块根据工业相机采集的工作面图像获取工作面最大起伏高度，并识别空洞、大裂缝等岩体缺陷的位置、范围及空间参数。

16、作为上述技术方案进一步的改进，所述通信模块采用无线通信和有线通信中的至少一种方式，实现地下三维爆破设计系统、激光放样装置、钻孔设备以及装药设备之间的数据交互；

17、所述通信模块还用于将现场孔位调整数据、缺陷信息以及施工反馈数据发送至地下三维爆破设计系统。

18、第二方面，本发明还提供一种地下岩体爆破钻孔激光智能调整方法，采用第一方面提供的一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置，包括以下步骤：

19、s1、建立激光放样装置与地下三维爆破设计系统的数据连接，获取设计孔位参数；

20、s2、根据设计孔位参数控制激光投射模块进行初始孔位放样；

21、s3、获取放样装置与工作面的距离参数、装置姿态参数以及工作面表面形貌参数，并根据上述参数对初始放样位置进行三维误差补偿，得到修正后的目标放样位置；

22、s4、图像采集模块采集工作面图像，识别岩体缺陷区域，并判断目标放样位置是否位于缺陷影响范围内；

23、s5、当目标放样位置位于缺陷影响范围内时，根据目标放样位置与缺陷区域之间的位置关系计算调整偏移量，生成调整后的孔位；

24、s6、根据调整后的孔位控制激光投射模块重新进行孔位标识，并将孔位参数发送至钻孔设备和装药设备；

25、s7、采集施工反馈数据，对钻孔装药结果进行校验，并将校验结果反馈至地下三维爆破设计系统。

26、作为上述技术方案进一步的改进，步骤s3中的三维误差补偿过程包括：根据放样装置与工作面的距离、激光发散角、工作面最大起伏高度以及激光入射角，对初始放样点坐标进行修正；

27、修正后的放样点坐标满足：

28、；

29、其中，为初始放样点坐标。

30、作为上述技术方案进一步的改进，步骤s4中，控制模块根据目标放样位置与空洞区域之间的距离判断是否进行孔位调整；当目标放样位置到空洞中心的距离满足时，判定目标放样位置位于空洞缺陷影响范围内；

31、其中，，为空洞半径，为安全距离，为空洞中心坐标。

32、作为上述技术方案进一步的改进，当  时，按照下式计算空洞缺陷孔位调整偏移量：

33、；

34、并将所述调整偏移量叠加至目标放样位置，获得调整后的孔位；其中，安全距离s为设计孔径d的1.5倍。

35、作为上述技术方案进一步的改进，步骤s4中，目标放样位置到大裂缝中心线的最短距离  按照下式计算：

36、；

37、当时，判定目标放样位置位于大裂缝缺陷影响范围内；其中，和 为大裂缝中心线两端点坐标，为大裂缝宽度，为安全距离。

38、作为上述技术方案进一步的改进，当时，按照下式计算大裂缝缺陷孔位调整偏移量：

39、；

40、其中，、和为目标放样位置远离大裂缝中心线的垂线方向向量在三个坐标方向上的分量。

41、作为上述技术方案进一步的改进，步骤s6中，控制模块将调整后的孔位三维坐标、钻孔深度以及钻孔方向参数发送至智能钻孔设备和智能装药设备；施工过程中，根据实时采集的设备位置数据与孔位数据之间的偏差，对激光标识位置进行动态调整。

42、作为上述技术方案进一步的改进，步骤s7中，控制模块根据施工后的工作面图像以及检测数据，对实际钻孔位置与设计孔位之间的偏差进行分析，并将分析结果反馈至地下三维爆破设计系统，用于更新后续爆破设计参数。

43、由于本发明采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

44、1、本发明提供一种地下岩体爆破钻孔激光放样装置，通过将爆破设计数据获取、现场环境检测、工作面图像识别、激光投射位置补偿、岩体缺陷避让以及钻孔装药协同控制进行集成，能够提高复杂地下岩面条件下爆破钻孔孔位放样的准确性和现场适应性，并加强设计、放样、钻孔与装药各环节之间的数据衔接。具体的：

45、本发明通过通信模块与地下三维爆破设计系统建立数据连接，直接获取设计孔位坐标、孔径、孔深及钻孔方向等参数，并据此控制激光投射模块进行孔位标识，能够减少设计参数人工转录、重复测量及现场标记过程中产生的误差，有利于保持现场放样数据与爆破设计数据的一致性。

46、本发明通过环境检测模块获取激光放样装置与地下岩体工作面之间的距离参数及装置姿态参数，并通过图像采集模块获取工作面表面形貌，控制模块结合上述参数对设计孔位对应的激光投射位置进行空间误差补偿，能够减小装置架设位置、投射角度及岩面凹凸起伏对放样位置造成的影响，从而提高复杂岩面条件下孔位放样的可靠性。

47、本发明通过图像采集模块识别工作面上的空洞、裂缝等岩体缺陷，并根据目标放样位置与缺陷区域之间的位置关系判断是否需要调整孔位；在目标放样位置处于缺陷影响范围内时，控制模块计算孔位调整偏移量并生成调整后的目标放样位置，使孔位避开相应缺陷区域，从而降低因孔位落入空洞或邻近裂缝而引起钻孔失效、孔壁失稳或装药异常的可能性。

48、本发明通过激光投射模块将误差补偿后或缺陷调整后的孔位直接投射至地下岩体工作面，为钻孔作业提供直观的孔位指引，能够减少地下低照度、粉尘遮挡及人工标记易脱落、易覆盖等因素对孔位识别的影响，有利于提高孔位查找及钻孔对准的便利性。

49、本发明通过协同作业模块将目标放样位置对应的孔位坐标、孔深及钻孔方向等参数发送至钻孔设备和装药设备，使经误差补偿和缺陷调整后的放样结果能够直接用于后续钻孔及装药作业，减少不同施工环节之间的人工传递和重复录入，提高设计参数、放样参数与施工参数之间的一致性。

50、本发明通过通信模块、环境检测模块、图像采集模块、控制模块、激光投射模块及协同作业模块的配合，形成由设计参数输入、现场感知、孔位修正、缺陷避让至施工执行的连续处理过程，从而兼顾地下岩体爆破钻孔放样精度、现场适应能力和施工协同性。

51、2、本发明还提供一种地下岩体爆破钻孔激光智能调整方法，通过依次执行设计孔位参数获取、初始激光放样、三维误差补偿、岩体缺陷识别、孔位动态调整、施工协同及结果校验，使爆破钻孔孔位的确定能够同时结合设计数据与现场岩体条件，提高复杂地下岩面条件下孔位放样的准确性、适应性和施工协同性。具体的：

52、通过建立激光放样装置与地下三维爆破设计系统之间的数据连接，直接获取设计孔位参数并进行初始孔位放样，能够减少设计参数人工转录及现场重复测量产生的误差，使放样结果与爆破设计方案保持一致。

53、通过获取激光放样装置与工作面之间的距离参数、装置姿态参数及工作面表面形貌参数，并据此对初始放样位置进行三维误差补偿，能够减小装置架设位置、激光投射角度及岩面凹凸起伏对孔位定位造成的影响，提高孔位放样的可靠性。

54、通过采集工作面图像并识别空洞、裂缝等岩体缺陷，结合目标放样位置与缺陷区域之间的位置关系判断孔位是否需要调整，使孔位确定过程能够适应现场岩体条件的变化。

55、当目标放样位置位于岩体缺陷影响范围内时，通过计算孔位调整偏移量生成调整后的孔位，使孔位避开空洞、裂缝等不利区域，从而降低因孔位邻近岩体缺陷而导致钻孔失效、孔壁失稳或装药异常的可能性。

56、通过对调整后的孔位重新进行激光标识，并将相应孔位参数发送至钻孔设备和装药设备，使经误差补偿和缺陷调整后的孔位结果能够直接用于后续施工，减少放样、钻孔及装药环节之间的人工传递，提高各施工环节参数的一致性。

57、通过采集钻孔装药施工反馈数据，对施工结果进行校验，并将校验结果反馈至地下三维爆破设计系统，形成设计、放样、施工和校验之间的数据闭环，为后续爆破设计参数的调整提供现场依据。