一种露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法与流程

1.本发明属于工程爆破技术领域，涉及一种露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法。


背景技术：

2.在传统的炮孔钻孔施工过程中，钻机操作工通常通过钻孔交底书签收方式接受钻孔任务，存在因交接工作占用钻孔施工时间的钻孔窝工现象。另外传统钻机没有自动定位系统，在钻孔施工前需2-3名甚至更多的测量员前往爆破部位布置炮孔并做标记，然后钻孔施工人员根据炮孔标记寻找目标炮孔位置并实施钻孔作业。然而，由于现场摆放的炮孔标识可能因其他因素导致移动或者丢失，造成实际孔位与设计孔位不符的问题。钻机移动过程中完全依靠驾驶员与钻机辅工配合，有时可能因为配合不到位发生危险事故；钻孔过程中钻孔孔深需由钻机辅工根据钻孔情况不定时进行测量，因此，钻杆经常多次拔出，严重浪费钻孔时间及磨损钻杆，还可能造成爆破设计炮孔参数与现场钻孔不符的情形，影响爆破效果，或存在爆破安全隐患；传统钻机钻孔施工经常存在欠钻及超钻情况，常常需要组织3-4名人员在现场采用皮尺逐个验孔，工作量大。总之，传统钻机露天矿山钻爆施工中各环节工作均是由人工完成，劳动强度大，作业效率低，且存在极大的危险性。
3.鉴于目前物联网技术、计算机技术、大数据分析、远程数据传输、云计算，以及自动驾驶、工业自动控制技术等基础配套技术已非常成熟，将智能化技术引入到爆破施工行业中，通过对钻机的智能化改造，并结合物联网、云计算等技术，必将明显提高爆破施工的作业效率。因此，钻机智能化是当前露天矿山设备发展的必然趋势。基于此，本发明提出了一种露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有矿山爆破作业效率低，人力消耗大，劳动强度高，钻孔质量差的不足，提供一种露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法，该方法借助数据管理平台和云技术将钻孔设计的施工内容转化为钻孔任务，并传输给自动定位钻机，再由钻机基于卫星定位系统自动寻找钻孔位置，并自动完成钻孔和数据采集，且将施工数据回传到管理平台，以便设计人员根据实际钻孔数据进行爆破设计修正。从而大量节省了施工和验收人员，节省了人力，降低了劳动强度，提高了施工效率。
5.为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
6.一种露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法，包括以下步骤：s1，构建数据模型：基于爆破部位的三维空间地理位置信息构建爆破部位三维数据模型；s2，爆破设计：基于所述数据模型进行包括钻孔设计的爆破设计，并将所述钻孔设计上传至数据管理平台；s3，任务分配与数据传输：数据管理平台将所述钻孔设计的施工内容转化为钻孔
任务，并将所述钻孔任务分配且通过云传输手段传输给基于卫星定位的自动定位钻机；s4，自动定位并钻孔：钻机基于其上的车载系统利用卫星导航系统自动寻找目标炮孔，并自动行驶至钻孔位置后实施钻孔施工，直至钻孔任务完成；其中，在钻孔任务执行过程中，钻机的车载系统采集钻孔施工数据，并将数据实时上传至数据管理平台，数据管理平台依据接收到的数据实时更新钻孔任务。
7.采用前述方案的本发明露天矿山智能化钻孔设计及施工方法，通过构建的爆破区域三维空间地理位置信息数据模型，进行包括钻孔设计的爆破设计，并借助数据管理平台和云技术将钻孔设计的施工内容转化为钻孔任务，并传输给智能化钻机，再由智能化钻机基于卫星定位系统自动寻找钻孔位置，执行钻孔施工，且在施工完成后将施工数据回传到管理平台，以便设计人员根据实际钻孔数据进行爆破设计修正。从而能够有效优化人力资源配置，降低现场施工人员作业劳动强度，有利于提高露天矿山爆破钻孔施工效率，提升钻孔质量，实现精细化钻孔。
8.优选的，在步骤s1之前，还包括将基于矿山开采计划的爆破任务构建在数据管理平台，爆破任务中记载有任务编号、爆破部位名称和爆破作业时间。以便管理平台进行钻孔任务的全面管理。
9.进一步优选的，在步骤s1之前，还包括利用测绘设备采集所述爆破任务对应爆破区域的地理位置信息；所述测绘设备包括手持rtk、全站仪、三维激光扫描仪和三维倾斜摄影测量仪中的至少一种，且测绘设备的测量精度在
±
5cm之间。以利用现有测绘设备获得准确的爆破部位空间地理位置信息，便于获得与实际地理条件相吻合的爆破设计结果。其中，三维激光雷达扫描仪包括但不限于无人机载三维激光雷达扫描仪、车载三维激光扫描仪和手持式三维激光扫描仪。
10.优选的，在步骤s2中，还包括还包括根据矿山的设计爆破孔网参数，并基于三维数据模型在爆破设计软件中进行所述爆破设计。
11.进一步优选的，所述钻孔设计包括确定爆破部位的炮孔数量，并按炮孔数量赋予炮孔编号，以及单个炮孔的钻孔直径、平面坐标、顶板高程、目标底板高程、孔深。其中，孔深为炮孔高程和目标钻孔底板高程差值，目标底板高程含炮孔超深。以形成完整的施工参数，便于管理平台实现全面管理。
12.更进一步优选的，所述数据管理平台还包括对已钻炮孔和未钻炮孔的色标管理；所述钻机利用车载显示器按不同颜色显示已钻炮孔和未钻炮孔。以通过色标管理将已钻孔和为钻孔直观展示给施工人员和管理人员，防止漏钻孔。
13.优选的，在步骤s4中，所述钻机就近原则寻找离钻机最近位置目标炮孔；钻孔过程中钻头到达目标钻孔底板高程时自动停钻，并记录钻孔深度后拔出钻杆。采用就近原则，减少空行程距离，提高效率并降低能耗；通过记录钻孔深度，为炮孔装填提供依据。
14.优选的，所述钻机的车头、车侧两旁和车尾分别安装多个摄像头。利用钻机上不同部位的多个摄像头实时获取车辆周边影像，经过模数转换后将其变为数字图像信号，并在显示器上实时显示。钻机移动过程中，显示器可自动打开，驾驶员可通过显示器观察车辆四周的影像环境，显示器实时显示钻机距离边界的距离，保证钻机移动过程中始终处于安全区域内。
15.进一步优选的，在钻孔施工完成后，通过车载系统采用一键上传方式将钻孔施工
数据传输到数据管理平台。以便修正钻孔设计。其中，钻孔施工数据包括可钻孔任务编号、爆破区域、钻机编号、炮孔编号、炮孔平面坐标、目标钻孔底板高程、孔径、单孔孔深、总孔数和钻孔总进尺。
16.本发明的有益效果是，通过构建的爆破部位三维空间地理位置信息数据模型，进行包括钻孔设计的爆破设计，并借助数据管理平台和云技术将钻孔设计的施工内容转化为钻孔任务，并传输给智能化钻机，再由智能化钻机基于卫星定位系统自动寻找钻孔位置，执行钻孔施工，且在施工完成后将施工数据回传到管理平台，以便设计人员根据实际钻孔数据进行爆破设计修正。该方法能够有效优化人力资源配置，降低现场施工人员作业劳动强度，有利于提高露天矿山爆破钻孔施工效率，提升钻孔质量，实现精细化钻孔。
附图说明
17.图1是本发明的流程图。
18.图2是本发明中硬件设施及功能划分示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
20.实施例1，参见图1和图2，一种露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法，包括以下步骤：s1，构建数据模型：基于爆破部位的三维空间地理位置信息构建爆破部位三维数据模型；s2，爆破设计：基于所述数据模型进行包括钻孔设计的爆破设计，并将所述钻孔设计上传至数据管理平台；s3，任务分配与数据传输：数据管理平台将所述钻孔设计的施工内容转化为钻孔任务，并将所述钻孔任务分配且通过云传输手段传输给基于卫星定位的自动定位钻机；s4，自动定位并钻孔：钻机基于其上的车载系统利用卫星导航系统自动寻找目标炮孔，并自动行驶至钻孔位置后实施钻孔施工，直至钻孔任务完成；其中，在钻孔任务执行过程中，钻机的车载系统采集钻孔施工数据，并将数据实时上传至数据管理平台，数据管理平台依据接收到的数据实时更新钻孔任务；数据管理平台还包括对已钻炮孔和未钻炮孔的色标管理；钻机利用车载显示器按不同颜色显示已钻炮孔和未钻炮孔。
21.在步骤s1之前，还包括将基于矿山开采计划的爆破任务构建在数据管理平台，以及利用测绘设备采集所述爆破任务对应爆破区域的地理位置信息；爆破任务中记载有任务编号、爆破区域和爆破作业时间；测绘设备包括手持rtk、全站仪、无人机机载三维激光雷达扫描仪和三维倾斜摄影测量仪中的至少一种，且测绘设备的测量精度在
±
5cm之间。测绘设备包括手持rtk、全站仪、三维激光扫描仪和三维倾斜摄影测量仪中的至少一种，且测绘设备的测量精度在
±
5cm之间。其中，三维激光雷达扫描仪包括但不限于无人机载三维激光雷达扫描仪、车载三维激光扫描仪和手持式三维激光扫描仪。
22.在步骤s4中，所述钻机就近原则寻找离钻机最近位置目标炮孔；钻孔过程中钻头到达目标钻孔底板高程时自动停钻，并记录钻孔深度后拔出钻杆。
23.其中，钻机的车头、车侧两旁和车尾分别安装有多个摄像头，比如2～4个等。利用实时获取车辆周边影像，经过模数转换后将其变为数字图像信号，并在显示器上实时显示。在钻孔施工完成后，通过车载系统采用一键上传方式将钻孔施工数据传输到数据管理平台。钻孔施工数据包括可钻孔任务编号、爆破区域、钻机编号、炮孔编号、炮孔平面坐标、目标钻孔底板高程、孔径、单孔孔深、总孔数和钻孔总进尺。
24.下面介绍一具体应用案例，进一步说明应用前述露天矿山爆破智能化钻孔设计及施工方法。
25.结合图1和图2，某大型露天煤矿进行深孔台阶爆破开采，台阶高度为12m，孔网参数为11m
×
7m，钻机采用潜孔钻机，目标底板高程为 542。
26.第一步、在数据管理平台中，爆破设计人员根据矿山开采计划建立爆破任务，爆破任务编号为2022030102（其中20220301代表时间，02代表钻孔任务次序），爆破区域为西帮 556平台，爆破时间为2022.03.05，炮孔直径为250mm。
27.第二步、测量人员在数据管理平台中获取爆破任务后，采用无人机载三维激光雷达扫描仪的测绘设备采集爆破任务对应部位的地理位置信息，并将采集的爆破部位地理位置信息进行三维数据建模；测绘设备测量精度为
±
2.5cm。
28.第三步、爆破设计人员将采集的爆破部位数据模型导入到爆破设计软件中，并按照设计孔网参数进行包含钻孔设计的爆破设计，并将钻孔设计传输到数据管理平台中；钻孔设计中包含炮孔编号、炮孔平面坐标，炮孔直径、超深、炮孔数量、目标底板高程、爆破时间。其中，目标底板高程含超深部分。
29.第四步、爆破施工设计人员根据钻孔设计编制钻孔任务，并将钻孔任务传输到数据管理平台中；钻孔任务包含炮孔编号、炮孔平面坐标，炮孔直径、炮孔数量、顶板高程、目标底板高程、爆破时间。其中，目标底板高程含超深部分。
30.第五步、爆破施工管理人员将钻孔任务分配给基于卫星定位和自动钻孔控制功能的现场可实施钻孔任务的钻机，并将钻孔设计通过云传输手段传输给对应的钻机。
31.第六步、钻机通过在钻机车头、车侧两旁、车尾等部位分别安装2～4摄像头，实时获取车辆周边影像，周边影像经过模数转换后变为数字图像信号，并在显示器上实时显示。钻机移动过程中，显示器自动打开，驾驶员可通过显示器观察车辆四周的影像环境，显示器实时显示钻机距离边界的距离，直至钻机停机，以使始终处于安全区域内。
32.第七步、钻机钻孔开始前，按照钻孔任务目标钻孔底板高程，具体为 542。钻机通过卫星定位系统和车载传感器自动寻找离钻机最近位置目标炮孔，并通过车载显示器动态显示钻机位置；随后，钻机钻头对准目标炮孔开始钻孔。其中车载显示器上未钻炮孔显示蓝色，已钻炮孔显示红色，炮孔钻完后及时更新钻孔任务，另两台钻机的钻孔任务也随之更新。
33.第八步、钻孔过程中钻头到达目标底板高程时自动停止钻孔，并记录钻孔深度，继续移机到下一孔位进行钻孔。
34.第九步、钻孔施工完成后，钻机值守人员或驾驶员将钻孔施工数据一键传输到数据管理平台，完成钻孔作业信息采集、储存、传输、统计、分析。钻孔施工数据包括：钻孔任务编号、爆破部位、钻机编号、炮孔编号、炮孔平面坐标、目标底板高程、孔径、总孔数、钻孔总进尺、单孔孔深。
35.第十步、爆破设计人员在数据管理平台中系统获取钻孔施工数据，并可根据钻孔施工数据在爆破设计软件中进行爆破设计修正。
36.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。