專利名稱：礦床鉆探定位井深控制方法
技術領域：
本發明涉及礦床的鉆探定位及井深控制方法，具體說涉及一種鉆孔作業的高精度 GPS定位、激光測距測量孔深的控制方法。
背景技術：
目前鉆孔作業主要依靠人工方式，在鉆孔作業前由專業地質人員根據擬作業區域 的要求一作業范圍、品位、儲藏量等一帶著沉重的設備到現場測量規劃，測定待鉆孔點后擺 上石塊或堆放石灰粉作為帶作業點標志。待鉆機開到作業區后由鉆機司機一邊目測目標點 一邊移動設備，這種作業方式在自然因素和人為因素影響下，鉆孔定位不準確且浪費大量 人力、物力，作業效率低下，而對司機來講還存在一定的安全隱患。 鉆孔深度測量多采用光電脈沖發生器作為鉆桿位移傳感器，傳感器的轉軸與鉆機
的加壓機構主軸相聯，當鉆機加壓機構主軸帶動鉆頭鉆進時，光電脈沖發生器輸出脈沖信
號，這些脈沖信號經過整形放大，相位鑒別，光電隔離，最后輸入單片機進行計數、累加、換
算成鉆孔深度，然后由顯示電路顯示，并將該數據提供給鉆桿行進控制程序，用來控制鉆機
的鉆孔過程。鉆機作業的巖層絕大部分是硬巖和極硬巖，鉆進時鉆機發生劇烈振動，鉆進速
度極慢，加壓機構主軸在一段時間內停滯不轉，連接在它上面的光電脈沖發生器的轉軸也
隨之停轉。同時劇烈的振動使鉆機加壓機構主軸帶著光電脈沖信號發生器的轉軸作幅度微
小的前后擺動，從而產生誤觸發光電脈沖造成單片機誤計數，嚴重影響鉆孔深度測量精度。
除此不足之外，這種方法應用面也很窄，是某種型號鉆機生產廠家的配套設施。 隨著信息技術的發展，GPS應用技術在我國也迅速發展起來，目前應用領域多為定
位、導航和測量。GPS定位實現高精度多采用載波相位差分方式，同時激光測距也是一種成
熟技術，二者結合使用目前還沒有發現應用到鉆孔高精度定位與孔深控制上。
發明內容
針對現有鉆孔作業存在的問題，本發明提出一種鉆孔定位精確、孔深測量準確的 測量控制方法。 解決上述技術問題的具體技術措施是一種礦床鉆探定位井深控制方法，其特征 在于 控制裝置在鉆機人員活動平臺上裝有兩根雙頻測量天線，雙頻測量天線分別與 裝在車載終端裝置內的兩部雙頻GPS接收機相聯接，在鉆桿行走電機頂部裝有激光反光 板，在激光反光板下面，鉆機平臺上裝有激光測距儀傳感器，激光測距儀傳感器數據線與車 載終端裝置內的工控主板I/O 口相聯接，在鉆桿頂部有鉆機行走電機，鉆機行走電機控制 線與行走電機控制器相聯接，行走電機控制器的數據線與工控主板的I/O 口相聯接；
鉆孔定位與鉆孔操作控制方法鉆孔定位與鉆孔操作控制山車載終端裝置(4)內 的自動控制程序完成，通過雙頻GPS接收機與GPS衛星(lO，ll)測出鉆機當前位置坐標，并 存于車載終端裝置(4)內，經參數轉換處理成大地坐標，按照預定鉆孔位置坐標圖調整鉆機位置，使鉆機實時位置坐標與預定鉆孔位置坐標相重合后開始鉆孔，激光測距儀傳感器 (8)發射脈沖激光(12)至反光板(5)，測量出傳感器(8)至行走電機(6)頂端反光板(5)之 間的距離，當達到所需鉆孔深度或安全距離時，車載終端裝置(4)發送"停止"命令到電機 控制器(13)，停止鉆孔；當前已完成孔深數據小于預定鉆孔深度需要增加更換鉆桿(7)時， 車載終端裝置(4)會記錄下已完成的鉆孔深度數據，增加鉆桿(7)完成后繼續鉆孔，激光測 距儀傳感器(8)重新測量電機下行距離。經過相同測量、計算、累加等過程后，當達到所需 鉆孔深度值安全距離時，停止鉆孔作業。 本發明的有益效果本發明由于采用GPS定位和激光測距方法可使鉆機準確的找 到待鉆孔位置，并在鉆孔時根據激光測距儀檢測孔深數據，完成鉆孔作業。由于采用了激光 測距的方法，避免了常規方法中采用光電脈沖計數方式測量鉆孔深度時，因巖層硬度不同 以及鉆機劇烈振動而造成單片機計數誤差，提高了鉆孔深度測量精度。
圖1為本發明實施例中控制裝置安裝示意圖
圖2為控制方法程序控制流程圖 圖中1.鉆機平臺2.GPS天線(A)3.GPS天線(B)4.車載終端裝置5.激光反光板 6.鉆機行走電機7.鉆桿8.激光測距儀傳感器9.鉆頭10. GPS衛星11. GPS衛星12.測距 脈沖激光13.行走電機控制器
具體實施例方式
按圖1所示安裝控制裝置在鉆機平臺1或駕駛室棚頂上安裝兩根雙頻測量天線 2、3，二者安裝位置與鉆桿在一條直線上或平行。雙頻測量天線2、3接收GPS衛星10、 11傳 輸的信號，雙頻測量天線分別聯接裝在車載終端裝置4內的兩部NCT2100D雙頻GPS接收 機。為了實現鉆孔高精度定位，本發明利用測量工程中的"放樣"原理，采用了兩塊雙頻高 精度GPS模塊。同型號的GPS模塊經過差分后，定位精度相同，可以消除公差。其中車載終 端裝置4采用高性能PC104工業控制計算機主板，寬溫彩色液晶觸摸顯示屏，漢字菜單窗口 操作。在鉆桿行走電機6頂部裝有激光反光板5，在激光反光板5下面，鉆機平臺1上裝有 INSIGHT-60高精度激光測距儀傳感器8，激光測距儀傳感器8數據線與車載終端裝置4內 的工控主板I/O 口相聯接，在鉆桿7頂端裝有鉆機行走電機6，鉆機行走電機6的控制線與 行走電機控制器13相聯接，行走電機控制器13的數據線與工控主板的I/O 口相聯接；主機 獲取來自2， 3的GPS信號，進行數據處理，得到實時的位置，作業時通過8取得的數據經過 計算處理得到孔深值。該終端可設定和顯示各種參數，根據運算結果，輸出相應提示和電機 控制信號；形象顯示動點、定點以及移動過程；在本地保存工作日志以及產量，通過無線通 訊設備把相應信息發送到調度中心，在調度中心可打印各種報表；可查詢任一天的歷史記 錄。 鉆孔定位與鉆孔操作控制方法結合圖2說明本發明的實施方法
步驟101為待命程序，當啟動測量裝置，進入開始尋點步驟102，設兩個GPS天線 2、3所處位置分別為A點、B點，A點到B點的距離及A點到鉆桿7的距離可利用激光測距 儀8測出，分別為常量L3、L4，鉆桿的半徑為R，則A點到鉆桿7中心距離為常量L5 = L4+R。GPS模塊測出鉆機當下所處的位置坐標(經度、緯度、高程)存于車載終端裝置。該坐標為 WGS84經緯坐標，經過車載終端裝置4的參數轉換處理成北京五四坐標(X1，Y1，Z1)即鉆機 實際位置的步驟103，調度中心通過無線通訊設備把需要鉆孔作業的區域及鉆孔位置坐標 圖下傳到車載終端裝置，該坐標為北京五四坐標。設其中某待鉆點為P，根據調度室下發的 指令已知其坐標為(X2，Y2，Z2)。車載終端裝置4通過計算可得到直線AB與真北方向的夾 角a ，直線AP與真北方向的夾角P，AP的長度L6。 13為鉆機行走到待鉆點需要調整的角 度，我們稱其為偏航角。鉆機按程序指令一面行走一面調整行進方向，按步驟104實時檢測 夾角a和偏航角P，當達到步驟105， a = P，在鉆機行駛中由車載終端裝置提示操作者 進行相應操作，當a = P且L5二L6時鉆桿準確到達待鉆孔點P，終端顯示代表車輛的動 點與待鉆的定點重合為步驟106，鉆機停止行走準備鉆孔作業。 當鉆桿到達地面準備鉆孔時，按107步驟由操作員按下車載終端人機界面上的 "開始鉆孔"按鈕，激光測距儀傳感器8發射脈沖激光12至激光反光板5，測量出傳感器8至 行走電機頂端激光反光板5之間的距離，此時測量值為常量為Ll.鉆孔工作開始后，鉆桿7 行走、行走電機6下降，在鉆桿7行走過程中激光測距儀傳感器測量到反光板之間的距離為 變量L，則實時測得的鉆孔深度為變量H二 Ll-L。設行走電機6至鉆機平臺1的安全距離 為常量L7，當H等于下發調度指令中給定的鉆孔深度值Hl或L = L7時，完成步驟108，程 序發送"停止"命令到電機控制器，按步驟109停鉆。鉆孔過程中常遇到單根鉆桿的長度小 于指令給定值Hl情況，即步驟201狀態，此時程序202步驟停鉆井提示換桿，如遇見此種情 況，則在按下"更換鉆桿"按鈕，將行走電機6與鉆桿7分離，重新提升行走電機6到一定高 度，在行走電機與埋入孔中的鉆桿7中間增加一根鉆桿即程序203步驟，車載終端裝置4記 錄下已完成的鉆孔深度H2，如果未進行更換鉆桿，程序返回202，增加鉆桿完成后進行步驟 204繼續鉆孔，按下"繼續鉆孔"按鈕，啟動行走電機，步驟205，激光測距儀8重新測量行走 電機6下行距離，并按步驟206累積鉆孔深度。經過相同測量過程后，當H+H2 = = Hl時， 步驟207，程序進入步驟109停止鉆孔作業。在執行步驟206時，更換鉆桿后累計孔深達不 到設定孔深要求，步驟208進入步驟202提示更換鉆桿。
權利要求
一種礦床鉆探定位井深控制方法，其特征在于控制裝置在鉆機人員活動平臺上裝有兩根雙頻測量天線，雙頻測量天線分別與裝在車載終端裝置內的兩部雙頻GPS接收機相聯接，在鉆桿行走電機頂部裝有激光反光板，在激光反光板下面，鉆機平臺上裝有激光測距儀傳感器，激光測距儀傳感器數據線與車載終端裝置內的工控主板I/O口相聯接，在鉆桿頂部有鉆機行走電機，鉆機行走電機控制線與行走電機控制器相聯接，行走電機控制器的數據線與工控主板的I/O口相聯接；鉆孔定位與鉆孔操作控制方法鉆孔定位與鉆孔操作控制由車載終端裝置(4)內的自動控制程序完成，通過雙頻GPS接收機與GPS衛星(10，11)測出鉆機當前位置坐標，并存于車載終端裝置(4)內，經參數轉換處理成大地坐標，按照預定鉆孔位置坐標圖調整鉆機位置，使鉆機實時位置坐標與預定鉆孔位置坐標相重合后開始鉆孔，激光測距儀傳感器(8)發射脈沖激光(12)至反光板(5)，測量出傳感器(8)至行走電機(6)頂端反光板(5)之間的距離，當迏到所需鉆孔深度或安全距離時，車載終端裝置(4)發送“停止”命令到電機控制器(13)，停止鉆孔；當前已完成孔深數據小于預定鉆孔深度需要增加更換鉆桿(7)時，車載終端裝置(4)會記錄下已完成的鉆孔深度數據，增加鉆桿(7)完成后繼續鉆孔，激光測距儀傳感器(8)重新測量電機下行距離。經過相同測量、計算、累加等過程后，當迏到所需鉆孔深度值安全距離時，停止鉆孔作業。
全文摘要
本發明一種礦床鉆探定位井深控制方法，由于采用GPS定位和激光測距方法可使鉆機準確的找到待鉆孔位置，并在鉆孔時根據激光測距儀檢測孔深數據，完成鉆孔作業。由于采用了激光測距的方法，避免了常規方法中采用光電脈沖計數方式測量鉆孔深度時，因巖層硬度不同以及鉆機劇烈振動而造成單片機計數誤差，提高了鉆孔深度測量精度。
文檔編號E21B47/022GK101737030SQ20081022908
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月26日 優先權日2008年11月26日
發明者加子東, 吳耀昕, 楊興海, 樵永鋒, 石國峰, 鄭學明, 高德旭 申請人:丹東東方測控技術有限公司