專利名稱：礦床鉆探定位井深控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(yè)的高精度 GPS定位、激光測距測量孔深的控制方法。
背景技術(shù)：
目前鉆孔作業(yè)主要依靠人工方式，在鉆孔作業(yè)前由專業(yè)地質(zhì)人員根據(jù)擬作業(yè)區(qū)域 的要求一作業(yè)范圍、品位、儲藏量等一帶著沉重的設(shè)備到現(xiàn)場測量規(guī)劃，測定待鉆孔點后擺 上石塊或堆放石灰粉作為帶作業(yè)點標(biāo)志。待鉆機(jī)開到作業(yè)區(qū)后由鉆機(jī)司機(jī)一邊目測目標(biāo)點 一邊移動設(shè)備，這種作業(yè)方式在自然因素和人為因素影響下，鉆孔定位不準(zhǔn)確且浪費大量 人力、物力，作業(yè)效率低下，而對司機(jī)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(fā)生器作為鉆桿位移傳感器，傳感器的轉(zhuǎn)軸與鉆機(jī)
的加壓機(jī)構(gòu)主軸相聯(lián)，當(dāng)鉆機(jī)加壓機(jī)構(gòu)主軸帶動鉆頭鉆進(jìn)時，光電脈沖發(fā)生器輸出脈沖信
號，這些脈沖信號經(jīng)過整形放大，相位鑒別，光電隔離，最后輸入單片機(jī)進(jìn)行計數(shù)、累加、換
算成鉆孔深度，然后由顯示電路顯示，并將該數(shù)據(jù)提供給鉆桿行進(jìn)控制程序，用來控制鉆機(jī)
的鉆孔過程。鉆機(jī)作業(yè)的巖層絕大部分是硬巖和極硬巖，鉆進(jìn)時鉆機(jī)發(fā)生劇烈振動，鉆進(jìn)速
度極慢，加壓機(jī)構(gòu)主軸在一段時間內(nèi)停滯不轉(zhuǎn)，連接在它上面的光電脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)軸也
隨之停轉(zhuǎn)。同時劇烈的振動使鉆機(jī)加壓機(jī)構(gòu)主軸帶著光電脈沖信號發(fā)生器的轉(zhuǎn)軸作幅度微
小的前后擺動，從而產(chǎn)生誤觸發(fā)光電脈沖造成單片機(jī)誤計數(shù)，嚴(yán)重影響鉆孔深度測量精度。
除此不足之外，這種方法應(yīng)用面也很窄，是某種型號鉆機(jī)生產(chǎn)廠家的配套設(shè)施。 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，GPS應(yīng)用技術(shù)在我國也迅速發(fā)展起來，目前應(yīng)用領(lǐng)域多為定
位、導(dǎo)航和測量。GPS定位實現(xiàn)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(shù)，二者結(jié)合使用目前還沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到鉆孔高精度定位與孔深控制上。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有鉆孔作業(yè)存在的問題，本發(fā)明提出一種鉆孔定位精確、孔深測量準(zhǔn)確的 測量控制方法。 解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)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(jī)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(nèi)的兩部雙頻GPS接收機(jī)相聯(lián)接，在鉆桿行走電機(jī)頂部裝有激光反光 板，在激光反光板下面，鉆機(jī)平臺上裝有激光測距儀傳感器，激光測距儀傳感器數(shù)據(jù)線與車 載終端裝置內(nèi)的工控主板I/O 口相聯(lián)接，在鉆桿頂部有鉆機(jī)行走電機(jī)，鉆機(jī)行走電機(jī)控制 線與行走電機(jī)控制器相聯(lián)接，行走電機(jī)控制器的數(shù)據(jù)線與工控主板的I/O 口相聯(lián)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(nèi) 的自動控制程序完成，通過雙頻GPS接收機(jī)與GPS衛(wèi)星(lO，ll)測出鉆機(jī)當(dāng)前位置坐標(biāo)，并 存于車載終端裝置(4)內(nèi)，經(jīng)參數(shù)轉(zhuǎn)換處理成大地坐標(biāo)，按照預(yù)定鉆孔位置坐標(biāo)圖調(diào)整鉆機(jī)位置，使鉆機(jī)實時位置坐標(biāo)與預(yù)定鉆孔位置坐標(biāo)相重合后開始鉆孔，激光測距儀傳感器 (8)發(fā)射脈沖激光(12)至反光板(5)，測量出傳感器(8)至行走電機(jī)(6)頂端反光板(5)之 間的距離，當(dāng)達(dá)到所需鉆孔深度或安全距離時，車載終端裝置(4)發(fā)送"停止"命令到電機(jī) 控制器(13)，停止鉆孔；當(dāng)前已完成孔深數(shù)據(jù)小于預(yù)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(shù)據(jù)，增加鉆桿(7)完成后繼續(xù)鉆孔，激光測 距儀傳感器(8)重新測量電機(jī)下行距離。經(jīng)過相同測量、計算、累加等過程后，當(dāng)達(dá)到所需 鉆孔深度值安全距離時，停止鉆孔作業(yè)。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明由于采用GPS定位和激光測距方法可使鉆機(jī)準(zhǔn)確的找 到待鉆孔位置，并在鉆孔時根據(jù)激光測距儀檢測孔深數(shù)據(jù)，完成鉆孔作業(yè)。由于采用了激光 測距的方法，避免了常規(guī)方法中采用光電脈沖計數(shù)方式測量鉆孔深度時，因巖層硬度不同 以及鉆機(jī)劇烈振動而造成單片機(jī)計數(shù)誤差，提高了鉆孔深度測量精度。


圖1為本發(fā)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(jī)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(jī)行走電機(jī)7.鉆桿8.激光測距儀傳感器9.鉆頭10. GPS衛(wèi)星11. GPS衛(wèi)星12.測距 脈沖激光13.行走電機(jī)控制器
具體實施例方式
按圖1所示安裝控制裝置在鉆機(jī)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(wèi)星10、 11傳 輸?shù)男盘枺p頻測量天線分別聯(lián)接裝在車載終端裝置4內(nèi)的兩部NCT2100D雙頻GPS接收 機(jī)。為了實現(xiàn)鉆孔高精度定位，本發(fā)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(jīng)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(yè)控制計算機(jī)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(jī)6頂部裝有激光反光板5，在激光反光板5下面，鉆機(jī)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(shù)據(jù)線與車載終端裝置4內(nèi) 的工控主板I/O 口相聯(lián)接，在鉆桿7頂端裝有鉆機(jī)行走電機(jī)6，鉆機(jī)行走電機(jī)6的控制線與 行走電機(jī)控制器13相聯(lián)接，行走電機(jī)控制器13的數(shù)據(jù)線與工控主板的I/O 口相聯(lián)接；主機(jī) 獲取來自2， 3的GPS信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到實時的位置，作業(yè)時通過8取得的數(shù)據(jù)經(jīng)過 計算處理得到孔深值。該終端可設(shè)定和顯示各種參數(shù)，根據(jù)運算結(jié)果，輸出相應(yīng)提示和電機(jī) 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(chǎn)量，通過無線通 訊設(shè)備把相應(yīng)信息發(fā)送到調(diào)度中心，在調(diào)度中心可打印各種報表；可查詢?nèi)我惶斓臍v史記 錄。 鉆孔定位與鉆孔操作控制方法結(jié)合圖2說明本發(fā)明的實施方法
步驟101為待命程序，當(dāng)啟動測量裝置，進(jìn)入開始尋點步驟102，設(shè)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(jī)當(dāng)下所處的位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高程)存于車載終端裝置。該坐標(biāo)為 WGS84經(jīng)緯坐標(biāo)，經(jīng)過車載終端裝置4的參數(shù)轉(zhuǎn)換處理成北京五四坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)即鉆機(jī) 實際位置的步驟103，調(diào)度中心通過無線通訊設(shè)備把需要鉆孔作業(yè)的區(qū)域及鉆孔位置坐標(biāo) 圖下傳到車載終端裝置，該坐標(biāo)為北京五四坐標(biāo)。設(shè)其中某待鉆點為P，根據(jù)調(diào)度室下發(fā)的 指令已知其坐標(biāo)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(jī)行走到待鉆點需要調(diào)整的角 度，我們稱其為偏航角。鉆機(jī)按程序指令一面行走一面調(diào)整行進(jìn)方向，按步驟104實時檢測 夾角a和偏航角P，當(dāng)達(dá)到步驟105， a = P，在鉆機(jī)行駛中由車載終端裝置提示操作者 進(jìn)行相應(yīng)操作，當(dāng)a = P且L5二L6時鉆桿準(zhǔn)確到達(dá)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(jī)停止行走準(zhǔn)備鉆孔作業(yè)。 當(dāng)鉆桿到達(dá)地面準(zhǔn)備鉆孔時，按107步驟由操作員按下車載終端人機(jī)界面上的 "開始鉆孔"按鈕，激光測距儀傳感器8發(fā)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(jī)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(jī)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(shè)行走電機(jī)6至鉆機(jī)平臺1的安全距離 為常量L7，當(dāng)H等于下發(fā)調(diào)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(fā)送"停止"命令到電機(jī)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(tài)，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(jī)6與鉆桿7分離，重新提升行走電機(jī)6到一定高 度，在行走電機(jī)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(jìn)行更換鉆桿，程序返回202，增加鉆桿完成后進(jìn)行步驟 204繼續(xù)鉆孔，按下"繼續(xù)鉆孔"按鈕，啟動行走電機(jī)，步驟205，激光測距儀8重新測量行走 電機(jī)6下行距離，并按步驟206累積鉆孔深度。經(jīng)過相同測量過程后，當(dāng)H+H2 = = Hl時， 步驟207，程序進(jìn)入步驟109停止鉆孔作業(yè)。在執(zhí)行步驟206時，更換鉆桿后累計孔深達(dá)不 到設(shè)定孔深要求，步驟208進(jìn)入步驟202提示更換鉆桿。
權(quán)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(jī)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(nèi)的兩部雙頻GPS接收機(jī)相聯(lián)接，在鉆桿行走電機(jī)頂部裝有激光反光板，在激光反光板下面，鉆機(jī)平臺上裝有激光測距儀傳感器，激光測距儀傳感器數(shù)據(jù)線與車載終端裝置內(nèi)的工控主板I/O口相聯(lián)接，在鉆桿頂部有鉆機(jī)行走電機(jī)，鉆機(jī)行走電機(jī)控制線與行走電機(jī)控制器相聯(lián)接，行走電機(jī)控制器的數(shù)據(jù)線與工控主板的I/O口相聯(lián)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(nèi)的自動控制程序完成，通過雙頻GPS接收機(jī)與GPS衛(wèi)星(10，11)測出鉆機(jī)當(dāng)前位置坐標(biāo)，并存于車載終端裝置(4)內(nèi)，經(jīng)參數(shù)轉(zhuǎn)換處理成大地坐標(biāo)，按照預(yù)定鉆孔位置坐標(biāo)圖調(diào)整鉆機(jī)位置，使鉆機(jī)實時位置坐標(biāo)與預(yù)定鉆孔位置坐標(biāo)相重合后開始鉆孔，激光測距儀傳感器(8)發(fā)射脈沖激光(12)至反光板(5)，測量出傳感器(8)至行走電機(jī)(6)頂端反光板(5)之間的距離，當(dāng)迏到所需鉆孔深度或安全距離時，車載終端裝置(4)發(fā)送“停止”命令到電機(jī)控制器(13)，停止鉆孔；當(dāng)前已完成孔深數(shù)據(jù)小于預(yù)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(shù)據(jù)，增加鉆桿(7)完成后繼續(xù)鉆孔，激光測距儀傳感器(8)重新測量電機(jī)下行距離。經(jīng)過相同測量、計算、累加等過程后，當(dāng)迏到所需鉆孔深度值安全距離時，停止鉆孔作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)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(jī)準(zhǔn)確的找到待鉆孔位置，并在鉆孔時根據(jù)激光測距儀檢測孔深數(shù)據(jù)，完成鉆孔作業(yè)。由于采用了激光測距的方法，避免了常規(guī)方法中采用光電脈沖計數(shù)方式測量鉆孔深度時，因巖層硬度不同以及鉆機(jī)劇烈振動而造成單片機(jī)計數(shù)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(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者加子?xùn)|, 吳耀昕, 楊興海, 樵永鋒, 石國峰, 鄭學(xué)明, 高德旭 申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司