煤矿井下打钻放线方法、装置以及煤矿井下打钻方法

技术领域

本发明涉及煤矿领域，特别是一种煤矿井下打钻放线方法和装置、以及一种煤矿井下打钻方法。

背景技术

目前，煤矿井下钻孔施工时，钻孔的方位角和倾角均由人工放线的操作方式完成，通常采用罗盘仪进行人工放线，将线的一端固定在需要施工钻孔的煤岩壁上后拉直，将罗盘挂在线上，根据罗盘指针调整好线的方位角度后固定线的另一端，然后比对放线调整钻机的方位角，根据坡度规(或罗盘仪)调整钻机倾角。人工放线操作具有操作繁琐、费时、费力，测量的精度较差、人为影响因素大等问题，而且井下条件复杂，个别地方放线条件差，放线受技术人员素质水平影响，因此可能导致钻机摆放角度与设计不符，甚至造成打钻盲区，影响煤矿安全生产。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种煤矿井下打钻放线方法和装置、以及一种煤矿井下打钻方法，本发明基于传感器检测并通过处理器确定打钻角度，采用激光线代替传统的绳线，避免人工放线操作的复杂工序提高了放线效率，同时最大限度消除人为因素造成的误差，同时还能验证已打钻的钻孔。

本发明公开了一种煤矿井下打钻放线方法，包括：

获取钻孔的打钻目标参数；

获取反映激光线角度状态的激光线角度参数；

比较所述激光线角度参数与所述打钻目标参数以获取误差值；

在所述钻孔未打钻的情况下，若所述误差值小于预设的阈值，则确定所述激光线位置为放线位置；

或者，在所述钻孔已打钻并且与所述激光线平行的情况下，若所述误差值小于预设的所述阈值，则判断打钻正确。

进一步地，所述获取钻孔的打钻目标参数，包括：

接收输入控制模块发送的所述打钻目标参数；

或者，接收后台终端发送的所述打钻目标参数。

进一步地，所述获取反映激光线角度状态的激光线角度参数，包括：

获取反映激光器角度状态的参数；

所述在所述钻孔未打钻的情况下，若所述误差值小于预设的阈值，则确定所述激光线位置为放线位置，包括：

在所述钻孔未打钻的情况下，若所述误差值小于预设的阈值，控制所述激光器发射所述激光线，并确定所述激光线位置为放线位置。

进一步地，所述获取反映激光线角度状态的激光线角度参数，包括：

获取反映参照物的角度状态的参照物角度参数；

基于所述参照物与激光线的位置关系，确定所述激光线角度参数。

进一步地，所述基于所述参照物与激光线的位置关系，确定所述激光线角度参数，包括：

当所述参照物与所述激光线平行时，确定所述激光线角度参数与所述参照物角度参数相同。

进一步地，所述获取反映激光线角度状态的激光线角度参数，包括：

获取用于检测所述激光线的方位角传感器和倾角传感器分别生成的方位角信号及倾角信号；

解析所述方位角信号和所述倾角信号，得到所述激光线角度参数。

进一步地，该方法还包括：

上传所述打钻目标参数和/或所述激光线角度参数和/或所述误差值至所述后台终端，以生成打钻放线台账和/或钻孔验收台账。

本发明还公开了一种煤矿井下打钻方法，包括：

根据上述任一实施例所述的煤矿井下打钻放线方法，确定所述激光线位置为放线位置；

在调整钻机的钻杆至与所述激光线平行的情况下，控制所述钻机打钻。

本发明还公开了一种煤矿井下打钻放线装置，其特征在于，包括：处理器模块，所述处理器模块连有：

激光器，用于生成激光线；

角度检测模块，用于检测所述激光线以生成检测信号；

所述处理器模块用于：

获取钻孔的打钻目标参数；

解析所述检测信号以获取反映激光线角度状态的激光线角度参数；

比较所述激光线角度参数与所述打钻目标参数以获取误差值；

在所述钻孔未打钻的情况下，若所述误差值小于预设的阈值，则确定所述激光线位置为放线位置；或者，在所述钻孔已打钻并且与所述激光线平行的情况下，若所述误差值小于预设的所述阈值，则判断打钻正确。

进一步地，所述煤矿井下打钻放线系统还包括：

输入控制模块，用于向所述处理器模块发送所述打钻目标参数；

后台终端，用于通过无线通信的方式接收所述处理器模块发送的所述打钻目标参数和/或所述激光线角度参数和/或所述误差值，以生成打钻放线台账和/或钻孔验收台账。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明采用传感器配合处理器的方式确定放线角度，实现了精准放线，避免了人工放线造成的误差。

本发明通过将激光线设置与钻孔平行，并检测激光线的角度，实现了对已经完成的钻孔进行校验。

本发明的其余有益效果将在具体具体实施方式部分详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的煤矿井下打钻放线方法的方法流程图。

图2是本发明实施例公开的煤矿井下打钻放线装置的结构示意图。

图3是本发明实施例公开的煤矿井下打钻放线装置的系统框图。

其中，1-岩壁、2-钻孔设计位置、3-激光线、4-壳体、5-显示器、6-输入输入控制模块、7-三脚架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例一

如图1所示的一种煤矿井下打钻放线方法，包括：

(1)获取钻孔的打钻目标参数，该参数是根据实际工程需要确定的，具体可能涉及多项指标，其中最重要的就是钻孔的角度，如果角度错误，会严重影响煤矿生产安全。可以基于多种比照对象形成的不同类型的所述角度，所述的角度也可以由几个具体参数组成，例如，角度可以包括指钻机中心线与巷道中线的夹角以及钻机的倾角。

(2)获取反映激光线角度状态的激光线角度参数。本发明可以采用现有的角度传感器进行测量并生成检测信号，并通过处理器进行解析得到激光线角度参数，相对于人工测量，采用角度传感器测量的精准度更高。激光线由激光器发射且看作无限延长的直线线段，在一些情况下可以认为激光器(中轴线)的角度与激光线角度相同或具有固定偏差，即可以通过检测激光器的角度来确认所述激光线角度参数。

(3)比较所述激光线角度参数与所述打钻目标参数以获取误差值。激光线角度参数与打钻目标参数数值上越接近那么越能得到理想的打钻钻孔，施工人员可以基于实时的激光线角度参数，通过手动或现有的云台机构来调整激光器的位置，尽可能使其角度接近打钻目标参数。

(4)若所述误差值小于预设的阈值，可以认为激光线的角度与钻孔角度相同，激光线可用作标准参考来调整钻机的角度位置。所述的误差值的阈值可能根据实际情况设定，只要使得该误差不影响最终钻孔品质，保证钻孔合格即可。激光器的角度即为激光线的角度，即激光线具有与需要打钻的钻孔具有同样的角度，能够替代传统放线作业中的“线”，作为调整钻机的参照。本领域技术人员应当理解，在确认误差值小于阈值时，激光器的位置已经确定，激光线也可以在激光器的位置确定之前或之后生成，例如，可以在获取打钻目标参数之前就生成激光线，同样能够达到本发明公开的放线的技术效果；或者，在确定激光器位置后，处理器控制激光器发射激光线。

本发明除了上述的公开的能够实现放线作业以外，还能够验证已经打钻的钻孔是否合格。具体的，调整激光线使其角度与所述钻孔相同，即两者互为平行关系，获取此状态下激光线角度参数与打钻目标参数的误差值，误差值实际反映的是实际的钻孔与计划打钻的钻孔之间的差值，若该误差值小于阈值则可认为钻孔合格且符合预期打钻目标；否则，可以认为钻孔不合格，不符合预期打钻目标。本发明不仅实现了精准放线，避免了人工放线造成的误差；还通过将激光线设置与钻孔平行，并检测激光线的角度，实现了对已经完成的钻孔进行校验。

在本发明的一些实施例中，所校验的钻孔可能是本次施工前就完成了的，此时钻机的钻杆已不在打钻时的位置，因此需要通过检测钻孔本身的角度来进行校验。钻孔深入岩壁内，调整激光线时难以掌握与其的平行关系，因此，本发明通过平行杆来帮助快速实现激光线与钻孔的平行调整，具体包括：在钻孔中设置有平行杆，平行杆至少存在一部分露出于岩壁之外，优选的平行杆为呈规则形状(如圆柱体)的杆体，其插入钻孔时两者中轴线平行，即平行杆与钻孔具有相同的角度。在激光线于平行杆相互平行的情况下，激光线也必然与钻孔平行。此时，通过角度传感器检测并由处理器解析得到所述激光线角度参数，其代表了钻孔的实际角度。

在空间中，物体的角度位置可以通过多个类型的参数进行描述，因此本发明所要确定各角度也可以通过多个类型的参数进行描述，例如方向角和倾角，本发明中的一些实施例中，角度传感器包括方位角传感器和倾角传感器。获取反映参照物的角度状态的参照物角度参数，具体可以采用以下方式：首先，获取方位角传感器和倾角传感器分别生成的方位角信号及倾角信号；然后，处理器解析所述方位角信号和所述倾角信号，得到激光线角度参数。

本领域人员基于上述实施例可以毫无异议的得知：处理器能够分别对于方位角传感器和倾角传感器产生的检测信号进行处理，处理结果即为激光线角度参数，其包括激光方位角参数和激光倾角参数两项参数。打钻目标参数也通过两项参数来描述，即打钻倾角参数和打钻方位角参数，将其分别与激光方位角参数和激光倾角参数比较得到两者的误差值，并且两者的误差值分别小于其对应的阈值的情况下，确认激光线与打钻计划的钻孔具有相同角度。

在本发明的一些实施例中，进一步公开了如何检测激光线角度参数。包括：首先，获取反映参照物的角度状态的参照物角度参数；然后，基于所述参照物与激光器的位置关系，确定反映所述激光器的角度的激光线角度参数。激光器用于发射激光线，激光线与激光器本身可以认为是相互平行的关系。

在实际操作中发现，角度传感器难以直接设置于激光器之上，也就难以直接获取激光线的角度，因此本发明引入参照物作为中间对象，间接的获取激光器的角度，参照物可以具有易安装固定角度传感器及激光器的现有机构，如卡扣卡槽结构、螺栓结构等。

作为本发明的优选实施例，将角度传感器设置于一个杆体上，杆体的角度可以认为是其中轴线的角度，通过设置于杆体上的角度传感器检测，然后解析得到参照物角度参数。同时激光器也固定于杆体上，并且激光器本身及发射的激光线与杆体具有固定的角度关系，例如，激光器的中轴线/激光线与杆体的中轴线的方位角差值为X，倾角差值为Y，(X、Y值具体数值)，那么在已经确定参照物角度参数的情况下，可以进一步确定激光线角度参数。优选的，在处理器中预设好关系转换模型，通过该模型能够将角度传感器以杆体为检测对象检测得到的参照物角度参数转换为以激光器为对象的激光线角度参数，所述的激光线角度参数能够准确的反映激光器及其发射的激光线的角度。通过参照物的引入，解决了难以直接获取激光器角度的技术问题。优选的，角度传感器可以实时检测以生成检测信号，进而也能够实时确定关于激光器的激光线角度参数。

进一步地，激光器及角度传感器可以集成设置在一个设备中，该设备具有外壳/壳体，其不仅能够起到保护设备的作用，同时也可以作为上述的参照物，如此一来就不必额外设置参照物，降低了实施本发明的结构的复杂度。优选的，壳体可以为规则形状，如图2所示，壳体4为立方体，通过壳体上设置的角度传感器检测然后解析得到关于壳体4的参照物角度参数；激光器固定设置在壳体4侧面，可以通过调整壳体4位置间接地改变激光器位置，为使激光器在位置调整完毕后能够稳定不动，本发明还可以在壳体4设置稳定支撑结构，如三脚架7等。

在本发明的一些实施例中，为了使得施工人员能够更好地了解激光线角度参数，本发明还可以设置显示器，处理器能够控制显示器显示激光线角度参数。本发明的实施例中，可以通过设置于壳体的输入控制模块输入所述打钻目标参数，输入控制模块可以为现有的键盘设备、开关设备等，还可以基于显示器实现，所述的显示器具有触摸屏，根据施工人员的触碰生成相应的打钻目标参数并发送给处理器。本发明还可以通过后台终端(如PC端)发送的所述打钻目标参数给处理器，处理器连有蓝牙模块等无线网络模块，能够实现与PC端的通信，通过在PC端输入或调取打钻目标参数并发送至处理器，实现了打钻目标参数的获取。本发明可以通过无线传输信息的方式实现了对施工现场的远程管理。

在发明的一些实施例中，本发明将参照物与激光器平行设置：使得激光器与参照物始终具有相同的角度，即参照物角度参数始终等于激光线角度参数。因此在本发明中，当所述参照物与所述激光器平行时，确定所述激光线角度参数与所述参照物角度参数相同。处理器对方位角传感器和倾角传感器分别生成的方位角信号及倾角信号处理可以直接得到激光线角度参数，极大简化了处理运行流程，提高了效率。

在本发明的一些实施例中，该方法还包括：上传所述打钻目标参数和/或所述激光线角度参数和/或所述误差值至所述后台终端，以生成打钻放线台账和/或钻孔验收台账，其中，可以采用现有的台账系统/方法来生成打钻放线台账，本文不再赘述。

本发明公开的放线方法可以应用于图2所示装置，其中，处理器、显示器5、输入控制模块6、角度传感器(倾角传感器和方位角传感器)、激光器设置于壳体4，激光器能够发射激光线3并指向岩壁1，所指处为钻孔设计位置2，该钻机在该位置打钻得到钻孔，壳体4底部设有三角架7其支撑作用。

实施例二

本发明还公开了一种煤矿井下打钻方法，包括：

(1)根据上述各实施例所述的煤矿井下打钻放线方法，确定所述激光线，激光线位置为放线位置；

(2)基于所述激光线调整钻机角度，使得钻机的钻杆与激光线平行，然后控制所述钻机打钻。

本发明采用角度传感器(方位角传感器和倾角传感器)代替人工测量，采用激光线代替传统绳线，提高了放线作业的精准度，简化了作业流程。

实施例三

如图3所示一种煤矿井下打钻放线装置，其特征在于，包括：处理器模块，所述处理器模块连有：激光器，用于生成激光线；角度检测模块，用于检测所述激光线以生成检测信号。

所述处理器模块用于：获取钻孔的打钻目标参数；解析所述检测信号以获取反映激光线角度状态的激光线角度参数；比较所述激光线角度参数与所述打钻目标参数以获取误差值；在所述钻孔未打钻的情况下，若所述误差值小于预设的阈值，则确定所述激光线位置为放线位置。

或者，在所述钻孔已打钻并且与所述激光线平行的情况下，若所述误差值小于预设的所述阈值，则判断打钻正确。

在本发明的一些实施例中，所述煤矿井下打钻放线系统还包括：

输入控制模块，用于向所述处理器模块发送所述打钻目标参数；

后台终端，用于通过无线通信的方式接收所述处理器模块发送的所述打钻目标参数和/或所述激光线角度参数和/或所述误差值，以生成打钻放线台账和/或钻孔验收台账。

电源模块，用于为处理器模块供电。

显示器，用于显示误差值、打钻目标参数、激光线角度参数等。

本发明公开的煤矿井下打钻放线装置与上述各实施例公开的煤矿井下打钻放线方法具有相同的有益效果，不再赘述。

值得一提的是，本发明各实施例中公开的处理器、传感器等设备/装置均可以使用目前市面可购买到的产品，能够应用于本发明的技术方案并产生相应的技术效果，因此，对于现有技术的原理和实施流程本文不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。