[发明专利]一种凿岩台车自动钻孔方法

说明书

一种凿岩台车自动钻孔方法，通过扫描仪对掌子面和周边轮廓进行扫描，获取实际掌子面上包含凹凸信息坐标和隧道轮廓信的点云数据，同时通过坐标系的转换，以及建立搜索范围对点云数据相关信息进行搜索，得到一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，将上述点云数据坐标集分别带入钻孔延长线方程，求解点与延长线的距离，得到距离最小值作为实际入孔点坐标，将实际入孔点的坐标值转换到台车坐标系上，得到待钻孔在台车坐标系下的实际坐标值，采用上述方式本发明能精确获取掌子面上、实际入孔点坐标，从而精确控制凿岩臂，在掘进时，使得推进梁的坐标与实际坐标对应，不会顶偏入孔位置，保证孔底平齐，提高下个循环掌子面围岩的稳定性。

技术领域

本发明属于土层或岩石的钻进技术领域，尤其涉及一种凿岩台车自动钻孔方法。

背景技术

全电脑凿岩机作为一种自动凿岩设备，在国内已经全面推广和应用，全电脑凿岩机工作过程中，主要采用检测推进梁前进压力是否大于推进梁空载前进压力值来判断钻杆是否顶住了岩面，但在推进梁顶住工作面的过程中，由于掌子面不平整或者岩石比较破碎，以及液压系统压力有一定的滞后性，在推进梁速度过快时，推进梁已经顶在不平整岩面上，但是实时检测到压力并未上升，导致推进梁仍继续推进，造成实际入孔点位置与理论入孔点位置存在偏差，但是机器仍按照原来设计和计算孔深钻进，导致孔底位置出现偏差，影响爆破进尺和效果，而且严重的话会导致相邻的孔穿孔，造成卡钎，严重影响施工进度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种保证钻孔时不偏离原设计入孔点位置、保证孔底位置平齐、提高下个循环掌子面围岩稳定性的凿岩台车自动钻孔方法。

为此，本发明提供的凿岩台车自动钻孔方法，包括：

a、通过在全电脑凿岩台车上安装扫描仪，建立扫描仪坐标系，利用扫描仪对掌子面和周边轮廓进行实时扫描，获取实际掌子面上包含凹凸信息坐标和隧道轮廓信的点云数据，选取实际掌子面上的凹凸平均面，作为虚拟掌子面，并建立虚拟断面坐标系；

b、在虚拟断面坐标系上确定炮孔设计图上待入孔点的位置，形成虚拟入孔点的坐标，将虚拟断面坐标系转换到扫描仪坐标系上，得到扫描仪坐标系下的虚拟入孔点坐标，根据虚拟入孔点坐标值及钻孔角度值，得到钻孔的延长线方程；

c、以虚拟入孔点为端点作一条垂直于虚拟掌子面的射线设为中心轴、设半径为R，建立一个圆柱型的不等式方程，以此不等式方程为搜索范围，对实际掌子面上的点云数据进行搜索，得到实际掌子面上一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，将上述点云数据坐标集分别带入延长线方程，求解坐标集上每个点与延长线的距离，得到距离最小坐标值作为实际入孔点坐标；

d、将扫描仪坐标系下实际入孔点的坐标值转换到台车坐标系上，用于台车推进梁钻孔的定位。

本实施方式中，步骤c中，设扫描仪坐标系内掌子面的实际东坐标方向为X，高程方向坐标为Z，里程方向坐标为Y，设扫描仪坐标系下的虚拟入孔点坐标为（X_S，Y_S，Z_S）：

C1、当待钻孔为直孔时：

钻孔的延长线方程为：

(1)

然后以（X_{S ，}Z_S）坐标为中心，以R作为搜索半径，建立与虚拟掌子面垂直的圆柱型的不等式方程如下：

(2)

其中，，为扫描仪获得的实际掌子面在隧道里程方向坐标的最大值，Y_min为实际掌子面在隧道里程方向坐标的最小值，

将公式（2）作为实际掌子面的点云数据的搜索范围，得到一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，