用于为岩石洞穴挖掘设计凿钻图案的方法和软件产品的制作方法

专利名称：用于为岩石洞穴挖掘设计凿钻图案的方法和软件产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于为岩石洞穴挖掘设计凿钻图案的方法。凿钻图案为在岩石洞 穴的面内待被凿钻的圆口确定凿钻孔在凿钻图案的坐标系内的至少位置和方向角度。在该 方法中，设计者借助于设计软件拟定凿钻图案。本发明的目的在第一个独立权利要求的前 序部分中更详细地描述。本发明还涉及一种根据第二个独立权利要求所述的软件产品，所述软件产品的在 设计计算机等上的执行产生凿钻图案设计所要求的操作。
背景技术：
在圆口中挖掘隧道、地下储藏室和其他岩石设施。在岩石洞穴的面中存在凿钻孔， 在凿钻后对所述凿钻孔进行装药和爆破。对于一个圆口一次爆破将岩石材料从岩石上分 离。为进行岩石洞穴的挖掘，提前制订计划、拟定理论挖掘轮廓并确定例如关于岩石类型的 数据。通常，委托方还对于待被挖掘的空间设定各种质量要求。还在设计台上为每个圆口 设计凿钻图案，将所述凿钻图案提供给用于在岩石内凿钻孔的岩石凿钻设备，从而会形成 希望的圆口。当凿钻图案形成时，它可以在岩石凿钻设备内实施。当挖掘轮廓复杂的岩石 设施时，对于凿钻连续的圆口不可能使用相同的凿钻图案，而是每个圆口可能需要特定的 凿钻图案，或替代地，对于每个圆口可能需要修改凿钻图案。专利公布FI 105 942 B公开了一种解决方案，其中现有凿钻图案的长度可以被连 续改变，以对应于在任何特定时间的待被凿钻的圆口的长度。在凿钻中开始面的位置在凿 钻方向上或在相反的方向上移动。保持凿钻孔结束点的位置，但相反的是，改变在新的开始 面上所确定的用于凿钻孔的新的开始点或者凿钻孔的方向角度。在此专利公布的解决方案 中，保持凿钻圆口的形状相同，仅调整凿钻图案的长度。然而，岩石洞穴可能包括弯曲的表面，或待被凿钻的圆口的面可能水平或竖直地 倾斜。另外，当在工作方向上观察时，岩石洞穴可能是尖锐弯曲的，因此凿钻图案的偏向引 导不会提供希望的尖锐弯曲。如在所述公开中所披露的，在凿钻图案的长度上的偏向改变 的情况中，这是不足的。因此，目前圆口的复杂面轮廓必须通过拟定多个二维投影手工设 计，以为凿钻图案确定凿钻孔的长度、位置和方向。然而，这是缓慢和困难的。此外，因为使 用数个不同的投影进行设计，设计者将难于觉察到整体并且如果凿钻图案内存在错误则难 于检测到错误。

发明内容
本发明的目的是，提供用于为在复杂形状的圆口中凿钻面的设计凿钻图案的新颖 和改进的方法。另外的目的是提供用于凿钻图案设计的新颖和改进的软件产品。 本发明的方法的特征在于，提供具有表示待被凿钻孔的圆口中的面的形状的面轮 廓的设计程序；并通过设计计算机将凿钻图案中待被凿钻的凿钻孔的结束点根据凿钻图案 坐标系内的面轮廓布置到合适的位置，以此在凿钻图案内不同长度的凿钻孔限定了预定面轮廓的形状。本发明的软件产品的特征在于，设计程序的执行被设计为响应于输入的表示待被 凿钻的圆口内的面的形状的面轮廓布置在凿钻图案中待被凿钻的凿钻孔的结束点的位置， 以此在凿钻图案内不同长度的凿钻孔限定预定面轮廓的形状。本发明的基本构思是，凿钻图案设计使用设计程序，所述设计程序提供有关于圆 口内的面的形状的数据，即面轮廓。因此，基于所提供的数据，设计程序根据在圆口底部内 的面轮廓将包括在图案内的凿钻孔的结束点布置到合适的位置，使得将实现希望的面的形 状。在此情况中，在凿钻图案内不同长度的凿钻孔对于面的底部限定了预定面轮廓的形状。
本发明的优点是，因为设计程序将凿钻孔底部的位置正确地布置从而会得到希望 的面轮廓，所以对于包括更复杂的面表面和形状的圆口，凿钻图案的设计将是快速和容易 的。另外，例如设计计算机进行确定凿钻孔的结束点的坐标和计算凿钻孔的长度所要求的 必需的计算。另外，因为将不再需要在不同投影内进行各种手工计算步骤和手工设计，本发 明的设计降低了错误的数量。一个实施例的基本构思是，设计程序提供有待被挖掘凿钻的岩石洞穴的预定的三 维轮廓模型。轮廓模型可以例如借助于CAD程序等由岩石设施的委托方拟定。实施例也为 设计程序限定了圆口在所述模型内的位置，以此设计程序将能够通过圆口的位置和三维轮 廓模型限定待被凿钻的圆口的底部的面轮廓。面轮廓可以包括限定了待被形成的岩石洞穴 的弯曲轮廓的至少一个弯曲部分，和在圆口底部上的至少一个大体上平坦的部分。最后，凿 钻孔的结束点将布置在所述面轮廓上。在实践中，面的形状可以是略微像杯形的，但为清晰 起见，在此申请文献中将其称为“大体上平坦的部分”。一个实施例的基本构思包括，为包括尖锐弯曲的岩石洞穴的设计凿钻图案。在此 情况中，在圆口的方向上观察时，圆口的面轮廓包括侧部轮廓部分和在圆口底部上的大体 上平坦的部分。一个实施例的基本构思包括，为包括弯曲的顶部轮廓的岩石洞穴设计凿钻图案。 在此情况中，在圆口的方向上观察时，圆口的面轮廓包括顶部轮廓部分和在圆口底部上的 大体上平坦的部分。一个实施例的基本构思包括提供具有待被凿钻的岩石洞穴的预定的三维轮廓模 型的设计程序，并通过桩号(peg numbers)在轮廓模型内限定圆口位置。桩号被限定为距 预定参考点的距离，例如从岩石洞穴的初始点开始的距离。一个实施例的基本构思包括，首先将凿钻孔的结束点布置在圆口的底部上。然后， 将延伸到预定圆口外侧的凿钻孔删除，且将这些孔的结束点布置在凿钻孔和面轮廓相交 处。一个实施例的基本构思包括，首先将凿钻孔的结束点布置在圆口底部上的平面 内。然后，通过将凿钻孔的结束点转换到预定的面轮廓同时保持凿钻孔的开始点和结束点 在导航平面方向上的坐标不变，即结束点的X和Z坐标保持不变，来修改凿钻图案。替代地， 结束点的y坐标改变。类似地，凿钻孔的方向角度改变。一个实施例的基本构思包括，首先将凿钻孔的结束点布置在圆口底部上的平面 内。然后，通过将凿钻孔的结束点转换到预定的面轮廓同时保持凿钻孔的原始方向且保持 结束点在导航平面方向上的坐标不变，来修改凿钻图案。换言之，结束点的χ和ζ坐标保持不变，但其1坐标改变。类似地，凿钻孔在导航平面上的开始点改变。一个实施例的基本构思是，设计者在设计计算机或岩石凿钻设备的控制单元的显示设备上手工限定圆口底部的形状。当圆口底部的形状已设计出时，其数据即面轮廓提供 到设计计算机用于凿钻图案设计。显示设备可以在希望的投影内呈现圆口，如在凿钻方向 上的xz投影内呈现圆口，且如以顶视图即在xy投影内呈现圆口。设计程序也可以包括切 片工具，通过该切片工具设计者可以将圆口切片为切片平面。然后，设计者可以使用直线和 圆弧为每个切片平面分开地限定面轮廓。使用这些直线、圆弧或由使用者限定的类似形状 的线，为在不同切片平面内的圆口切出希望的形状，且当切片平面数据在设计计算机上组 合时，将获得三维面轮廓。例如，当对于待被挖掘的岩石洞穴仅存在技术图纸而无三维电子 模型时，此应用可以使用。一个实施例的基本构思是，可以通过为设计程序提供新的面轮廓或通过提供岩石 洞穴的新理论挖掘轮廓和其内圆口的位置，来修改已存在的凿钻图案。在此情况中，设计程 序可以为凿钻孔的结束点确定新的位置，并将其他凿钻图案数据更新。一个实施例的基本构思包括，在远离岩石洞穴的设计计算机上设计凿钻图案，并 将凿钻图案传送到岩石凿钻设备的控制单元用于凿钻孔。一个实施例的基本构思是，在岩石凿钻设备的控制单元内设计或修改凿钻图案。一个实施例的基本构思包括，首先在导航平面内为所称的倾斜面设计凿钻图案， 然后修改图案使得凿钻孔的结束点将位于与导航平面成角度的希望的面轮廓上。设计者可 以将面轮廓的形状输入设计计算机，例如作为导航平面和倾斜面之间的角度数据或距离而 输入。替代地，例如，可以使用激光测量先前倾斜面的形状，以将测量数据传送到设计计算 机并修改导航平面内的凿钻图案，使得面的倾斜在新的圆口内将与先前的圆口内大体上保 持相同。倾斜面可以至少在首先挖掘所称的引导隧道后使用，所述引导隧道将随其旁待被 挖掘的圆口扩大。在此情况中，在引导隧道旁的待被挖掘的圆口的面可以倾斜，使得它是引 导隧道侧部的边界上最深。因此，岩石将更容易向引导隧道破坏。另外，涉及强度的情况可 支持挖掘中倾斜面的使用。一个实施例的基本构思是，设计计算机通过对圆口面的倾斜进行建模修改在导航 平面内设计的凿钻图案。建模可以通过辅助平面实施，设计计算机将所述辅助平面设定在 合适的位置并且所述辅助平面的方向对导航平面和岩石洞穴面之间方向差异进行建模。一个实施例的基本构思是，当为倾斜面修改凿钻图案时，在导航平面内设计的凿 钻孔向希望的面轮廓转换，同时保持凿钻孔的方向角度和结束点的X和ζ坐标。而结束点的 y坐标当布置在面轮廓上时将改变。凿钻孔的初始点的y坐标也将相应地改变。然而，转换 后，包括在凿钻图案内的凿钻孔将在从其开始点在凿钻孔的方向上延伸直至导航平面。在 此情况中，每个凿钻孔的开始点移回到导航平面，但处于新的位置且接收新的坐标。一个实施例的基本构思是，为进行凿钻图案设计，将软件产品从如存储棒、存储磁 盘、硬盘、网络服务器等的存储器或存储介质载入设计计算机，所述软件产品在设计计算机 的处理器等内的执行产生在本申请文献中描述的用于设计和修改凿钻图案的操作。


本发明的一些实施例将结合附图更详细地描述，在所述附图中
图1是岩石凿钻设备和用于设计和编辑凿钻图案的装置的示意性侧视图；图2是在XZ投影中的凿钻图案的示意性视图；图3是待被凿钻孔的岩石洞穴和待在其内使用的桩号的示意性顶视图；图4是包括弯曲的顶表面的岩石洞穴的示意性侧视图；图5是通过侧部轮廓限定的且具有尖锐弯曲的岩石洞穴的示意性顶视图；图6是在将在设计计算机或控制单元的显示设备上呈现的切片工具的XZ投影内的示意性视图；图7是在切片工具的各种切片投影的xy投影内的示意性视图；图8和图9示意性地示出了在设计用于具有倾斜面底部的圆口的凿钻图案中的步 骤；图10和图11示意性地示出了其中显示设备示出了在允许轮廓极限A和B内的凿 钻孔位置的应用；图12和图13示意性地示出了将提供具有大横截表面的岩石洞穴的分割成部分的 选择，其中可以为每个部分设计特定的凿钻图案；图14示意性地示出了部分的凿钻图案，其中面向已经被挖掘的洞穴的侧部通过 所称的空隙线限定，最紧接所述线的凿钻孔位于限定的孔间距内；图15从上方示意性地示出了用于部分凿钻图案的凿钻次序，且进一步示出了引 导隧道和倾斜面在挖掘中的使用；图16和图17示意性地示出了用于将凿钻孔的结束点定为在提供的面轮廓上的再
一些选择。为清晰起见，本发明的一些实施例在图中以简化方式示出。在附图中类似的附图 标记指示类似的部分。
具体实施例方式图1示出岩石凿钻设备1，所述岩石凿钻设备1包括可移动的运载工具2、一个或 多个钻臂3、和布置在钻臂3内的凿钻单元4。凿钻单元4包括进给装置5，利用所述进给装 置5可使岩石凿钻机6移动。进给装置5可以包括进给梁和进给机构，用于移动岩石凿钻机 6。凿钻单元4进一步包括钻具7，利用所述钻具7将由岩石凿钻机的冲击设备发出的撞击 脉冲传递到待被凿钻的岩石。岩石凿钻设备1还包括至少一个控制单元8，所述至少一个控 制单元8被布置为控制包括在岩石凿钻设备1内的控制器。控制单元8可以是计算机等， 并可以包括具有显示设备的用户界面、以及用于将指令和数据发送到控制单元8的控制装 置。典型地，为凿钻每个圆口设计如在图2中示出的凿钻图案9，所述凿钻图案9在凿 钻图案的坐标系内限定待被凿钻的孔的至少位置和方向角度。另外，凿钻图案9可以确定 待被凿钻的孔的长度，或者长度可以通过凿钻孔的初始位置和结束点来确定。凿钻孔的位 置可以通过其开始点和结束点的坐标限定，或者可替代地基于开始位置、方向角度和长度 限定。凿钻图案可以在非现场位置设计，例如在办公室10设计，在所述位置，可以将凿钻图 案存储在存储介质中，如存储条或磁盘，或者凿钻图案可以通过数据传送链路11直接传送 到岩石凿钻设备的控制单元8，且在所述控制单元8处存储在存储器装置内，如存储在硬盘或磁盘内。可替代地，凿钻图案9的设计和编辑可以通过例如在岩石凿钻设备1的驾驶舱2 内的控制单元8实施。另外，可以在凿钻现场或非凿钻现场编辑现有的凿钻图案。凿钻图 案9的设计和编辑是计算机辅助过程，且一般地是重复型的。设计程序在设计计算机13、控 制单元8等上运行，设计者S与设计程序交互地操作，并且输入所需数据、进行选择并且控 制设计过程。在设计过程中，图案的现有部分可以被重复地编辑，以实现更好的最终结果。凿钻图案一被设计出，就可以被载入到岩石凿钻设备的控制单元8内且然后被实 现。设计出的凿钻孔在岩石15内被凿钻、装药和爆破。将对应所希望的圆口的量的岩石材 料从岩石15分离，且从现场运离。然后，依据新的凿钻图案9为随后的圆口凿钻新的凿钻 孔。
图2示出凿钻图案9，所述凿钻图案9可以包括布置在多个嵌套的行17至19内的 多个凿钻孔16。最外侧的孔行是末端轮廓17，所述末端轮廓17限定待被挖掘的圆口的外 轮廓。除凿钻孔行17至19外，凿钻图案9可以包括布置在最内侧孔行19和切口 21之间 的部分的场孔20。切口 21被设置为形成爆破中的初始空间，其中圆口的其他部分可以在圆 口被爆破时开放。凿钻图案设计当例如确定凿钻孔之间的间距和凿钻孔行之间的距离时考 虑到涉及爆炸的技术细节。图3示出从上方观察的用于确定圆口 22相对于岩石洞穴23的位置的布置。岩石 洞穴23可以包括预定的中心线24和下文在图4和图5中示出的理论外轮廓25和26。岩 石洞穴23可以进一步包括设置在中心线24上的具有相互间距的点27。岩石洞穴23的委 托方客户可以提前限定岩石洞穴的外轮廓即理论挖掘轮廓、中心线24的位置以及点27的 坐标。每个点27具有特定的桩号28，所述桩号28指示岩石洞穴23在给定位置处距参考点 的深度。桩号28可以例如以距岩石洞穴的初始点的米数给出。桩号28可以在将岩石凿钻 设备导航到凿钻位置时使用。基于桩号28，可以在XZ方向上确定导航平面N的位置，其后 将凿钻图案9布置在导航平面N上。另外，桩号28可以在凿钻图案设计中使用。S卩，通过 桩号28可以为设计程序提供关于在岩石洞穴23内待被设计的圆口 22的位置的数据，以此 也限定所述圆口的面轮廓。图4示出在图3的岩石洞穴23内在桩号180和195之间的部分23a内的轮廓，图 中示出岩石洞穴具有弯曲的外轮廓，在此情况中为顶部轮廓25。另外，岩石洞穴可以包括侧 部轮廓，所述侧部轮廓包括弯曲的部分，或可以通过一些其他的方式成形。岩石洞穴因此可 以具有三维形状，即可以是所称的三维空间。桩号180、185、188、192和195的位置通过虚 线描绘。凿钻图案9的导航平面N可以在由桩号188限定的点处布置在圆口 22内。凿钻 孔的开始点29则可以位于导航平面N内。凿钻孔的结束点30的一些可以位于在桩号192 处的平面内，且结束点30的一些将布置在弯曲的顶部轮廓25上。因此，圆口的面轮廓35 包括平坦部分31a和弯曲部分31b。当岩石洞穴23的桩号28和外轮廓25已被输入到设计 程序中后，设计程序将能够自动限定圆口 22的面轮廓31并将结束点30布置在面轮廓上。典型地，凿钻孔的开始点29和结束点30位于平面内。还可以的是设计程序现在 首先将所有开始点30都布置在圆口 22的底部上的平坦部分内，在此情况中在桩号192处， 只是在此之后在顶部轮廓25和凿钻孔交叉处删除延伸到弯曲的顶部轮廓25外侧的凿钻孔 的部分。然后，可以将延伸到面轮廓31外侧的凿钻孔的结束点30在凿钻孔方向上向开始 点29转移，以此使凿钻孔的长度与原始长度相比降低。转移通过图4中的箭头32示出。
图5示出图3的岩石洞穴23内的桩号195和198之间的部分23b中的尖锐弯曲。 岩石洞穴23可以通过中心线24两侧上的侧部轮廓26a和26b限定。侧部轮廓26、顶部轮 廓25和相应的理论外轮廓可以限定岩石洞穴的三维形状，并可以通过委托方或岩石洞穴 设计者例如借助于CAD程序提前设计。可以将岩石洞穴的外轮廓输入到设计程序内用于凿 钻图案设计。在图5的情况中，凿钻孔的开始点29可以位于桩号195处的导航平面N内， 且凿钻孔的结束点30的一些可以位于桩号198处的平面内。另外，结束点30的一些布置 在曲线的外边缘上的侧部轮廓26a上。圆口的面轮廓31因此可以包括平坦部分31a和弯 曲部分31b。也在此情况中，设计程序可以首先将所有结束点30布置在平面部分内，且然后 在侧部轮廓26a和凿钻孔的交叉处删除凿钻孔。可替代地，设计程序可以将结束点30直接 布置在面轮廓的弯曲部分31b内。图6是设计计算机或岩石凿钻设备中的控制单元的显示设备的视图。设计程序可以包括切片工具，设计者利用所述切片工具可以将岩石洞穴的面轮廓32切片为一个或多 个切片平面33a至33c。然后，设计者可以在希望的投影内观察切片平面33。图7示出在xy投影内的切片平面33a至33c。设计者可以手工确定圆口底部的形 状。设计者可以使用直线和圆弧或类似形状的线为每个切片平面分开的确定面轮廓，以此 为圆口面在各种切片平面内切出的希望的形状。然后，当对于切片平面之间的部分执行需 要的插值时，关于面的形状的数据在设计计算机上被组合，以此形成三维的面轮廓，其被输 入到设计程序用于凿钻图案设计。在此情况中，设计者因此与设计程序一起拟定三维面轮 廓。图8示出岩石洞穴内的面34，所述面34在xy方向上倾斜，即水平倾斜。在一些情 况中，岩石洞穴有意地被挖掘，使得面连续地从一个圆口向另一个圆口倾斜。倾斜面34的 使用可以是有理由的，例如当追求较大的岩石洞穴时，首先挖掘引导隧道，所述引导隧道用 作开口，其中邻近的面将被爆破。因此，在邻近引导隧道的部分的凿钻图案中，不设计特定 的删除。在图8和图9中，在面的左侧上出现在y方向上延伸超过面34的引导隧道。进一 步在本文中，将结合图15更详细地论述基于引导隧道的挖掘。导航平面N可以被布置为使得它通过倾斜面34的最外侧点35。可替代地，导航 平面可以被布置为例如通过面的最内侧点。根据凿钻图案的凿钻孔的初始位置以常规方式 被布置在导航平面N内，如凿钻图案所设计的。在图8中还标记了挖掘轮廓的允许轮廓极 限A和B、以及已挖掘的圆口的倾斜面轮廓31a和所希望的新圆口的倾斜面轮廓31b，所述 面轮廓31a和31b具有相对于导航平面N的方向差异。图8示出面34的倾斜如何可以利用辅助平面M建模。首先，辅助平面M可以布置 在导航平面N内，且具有从导航平面开始的特定长度的凿钻孔可以从导航平面N转换到辅 助平面M。然后，辅助平面M可以围绕面34的最外侧点35在K方向上旋转，使得在导航平 面N和辅助平面M之间将存在与导航平面N和面轮廓31之间的方向差异相同的方向差异。 可以将方向差异作为角度数据或距离数据输入到设计程序。面轮廓31a、31b可以具有相同 的方向差异，即倾斜面可以继续具有相同的倾斜，或可替代地，倾斜可以不同，因此面轮廓 31a、31b具有变化的方向差异。转换到辅助平面M的凿钻孔在旋转期间在y方向上移动。 在图9中，原始凿钻孔通过附图标号38a指示，且转换的凿钻孔通过附图标号38b指示。凿 钻孔38在旋转期间保持其原始方向和长度。另外，凿钻孔的结束点的除1坐标之外的所有其他坐标保持相同。因此，凿钻孔的结束点根据原始布置落入允许轮廓极限A和B内。图9示出包括在凿钻图案中的凿钻孔可以进一步在其开始处在凿钻孔方向延伸直至导航平面N。在此情况中，每个凿钻孔将具有在结束点30和开始点29之间的新的长度。图10和图11示出可在岩石凿钻设备的控制单元内执行、且在凿钻之前在显示设 备上显示或可以在凿钻图案设计后在设计计算机上仿真的布置。为进行设计，待被挖掘的岩石洞穴具有预定的理论外轮廓和允许轮廓极限A和B， 且在末端轮廓17内待被凿钻的孔的结束点即结束孔应落在其之间的部分内。如果结束孔 的凿钻在内轮廓极限A的内侧开始，则在凿钻孔的开始点处将发生不足破坏。而如果结束 孔的结束点位于外轮廓极限B的外侧，则爆破使比计划更多的岩石分离，即会发生过度破 坏。不足破坏和过度破坏是不希望的，这是因为在上述情况中，待被挖掘的岩石洞穴将不满 足设定的尺寸和质量要求。图10示出在岩石凿钻设备的显示设备上显示了为凿钻末端轮廓上的孔，进给装 置5位于岩石洞穴的理论破裂轮廓的允许轮廓极限A和B的外侧的情况，从而由于错误的 凿钻开始点而可能发生岩石洞穴的轮廓的不足破坏。此显示可以自动地呈现给岩石凿钻设 备的操作者，此外在一些其他方面的紧急情况下可以警示操作者。接到警示后，操作者可以 手动改变进给装置5的位置，以校正情况。进给装置在移动时的位置和方向可以在图形显 示设备上呈现，因此操作者容易观看所进行的修正的效果。这是有用的特征，特别是如果由 于一个或其他原因，岩石洞穴内的面的形状不对应于在设计程序中建模的情况，其结果是 设计的凿钻图案也不可应用。在图10和图11中，实线示出进行中的凿钻孔39a，且虚线39c 示出基于接收到的警示其长度被调整的凿钻孔。然而，从挖掘角度，可能最有利的是，基于 所接收到的警示调整凿钻孔39a的位置，以符合通过虚线示出的凿钻孔39b，以此可使岩石 洞穴的行进变得更长。图11是在岩石凿钻设备的显示设备上显示的在xy投影内的情况的示意图，其中 为凿钻末端轮廓上的孔，进给装置5位于使得待被凿钻的孔39a会延伸到岩石洞穴的理论 挖掘轮廓的允许轮廓极限A和B的外侧的位置，其结果是由于错误的凿钻开始点在岩石洞 穴内会发生过度破坏。因此，用于警示不足破坏或过度破坏的方法可以包括至少如下操作确定待被挖 掘的洞穴的理论挖掘轮廓、挖掘轮廓的允许最小轮廓、和挖掘轮廓的允许最大轮廓；以及如 果任一个轮廓孔的开始点或结束点位于由允许最小轮廓和允许最大轮廓所限定的区域的 外侧，则提示操作者。图12至图14示出涉及分割大图案的情况。当凿钻图案为待被挖掘的大岩石洞穴 23而设计时，可能需要将大凿钻图案分割为两个或更多个较小的部分凿钻图案。可能完全 因为大图案尺寸过大而需要将其分割，或在一些情况中可能因为岩石质量差或对于振动的 限制而需要在较小的部分内进行挖掘。在典型的大横截面岩石洞穴中，将图案分割为较小 的部分凿钻图案可以是一种选择，所述典型的大横截面岩石洞穴包括地下停车场、存储空 间、防空掩体、大型公路和铁路隧道等。当对大岩石洞穴的面进行凿钻时，对于每个部分凿 钻图案岩石凿钻设备典型地被分开地进行定位。另外，每个部分凿钻图案以预先设计的次 序被分开地爆破，以此首先待被爆破的部分凿钻图案的空间可以作为用于随后待被爆破的部分凿钻图案的开口。因此，包括在其内的切口和凿钻孔仅需对于首先被爆破的部分凿钻 图案而被确定。替代地，部分凿钻图案可以被一次性爆破。另外，凿钻图案可以被设计为使 得整个大凿钻图案的凿钻孔好似被一次性凿钻。然而，为完成设计，大凿钻图案可以被分割 为部分凿钻图案。为分割大图案，可以确定一个或多个分割线40，所述分割线40通过待被布置在图案内的分割点41。分割线40的位置可以已结合凿钻图案设计被确定，但也可以在完成凿钻 图案的稍后阶段创建分割点41。另外，通常可自由选择分割线40的位置，并且在稍后阶段 中可以象凿钻图案那样编辑所述分割线40的位置。在部分凿钻图案内可以确定各种线型，如底部42、壁部43、顶部44和空隙45。图 13和图14示出线型的使用。空隙线45可以对于部分凿钻图案的面向较早挖掘的部分凿钻 图案的空隙空间的部分而被确定，因此称为“空隙”。在此情况中，如图14所示，设计程序将 凿钻孔位置46布置为在距空隙线45设计孔距离E处最靠近由线型空隙限定的壁部，而不 在所述线上。空隙线45的使用因此便于将凿钻孔布置在已被挖掘部分和未被挖掘的部分 之间的边界区域内。因此，可以避免在已挖掘的空间的侧部上的部分内的不需要的凿钻孔。图12示出为最顶部部分A设计的部分凿钻图案，即为一种引导隧道设计的凿钻图 案。可以为每个部分凿钻图案分开地设计凿钻图案。在图13中存在已设计的部分凿钻图 案B和C，其中在待被首先爆破的引导隧道即部分凿钻图案A的侧部上的部分内存在空隙 线。部分D和E的挖掘也可以作为所称的掘起挖掘(lifting excavation)被执行。在此 情况中，部分D在部分E之前被挖掘。在部分D和E的部分凿钻图案中，最上部的表面通过 空隙线限定。各部分A至E的挖掘次序和进行可以根据情况特定地选择。图15示出了挖 掘布置的顶视图，其中最上部部分即所称的顶部分A首先进行，以被以倾斜面34提供的部 分B和C跟随，明显地底部部分D和E将稍后进行挖掘。待被分割的大凿钻图案应包括限定待被凿钻的圆口的横截面的至少一个轮廓线。 然后，可以将分割点布置在轮廓线上并将大横截面表面分割为较小的部分，例如象在图12 和图13中所示出的那样。可以如图12和图13所示的那样，将分割线水平或竖直地布置， 但也可以将分割线以成希望的角度布置。另外，可以形成通过数个分割点且包括数个直线 部分或弯曲部分的分割线。在分割后，可限定部分的凿钻次序和线型。然后，对于每个部分 A至E部分凿钻图案可以被设计为独立的整体。因此，用于分割大图案的方法可以包括至少如下操作确定具有大横截面的岩石 洞穴的轮廓线；将至少两个分割点布置在轮廓线上，分割线被布置为通过所述至少两个分 割点；通过分割线将岩石洞穴原始较大的横截面分割为至少两个较小的部分；限定部分的 挖掘次序；和为每个部分限定独立的凿钻图案。另外，此方法的实施例可以包括如下特征 第一部分凿钻图案涉及被首先挖掘的引导隧道圆口，第二部分凿钻图案涉及在爆破中通向 引导隧道的邻近引导隧道的圆口。另外，此方法的第二实施例可以包括如下特征在第二部 分凿钻图案中确定凿钻孔的结束点的位置，使得在通过其的平面和导航平面之间将存在方 向上的水平差异；和挖掘邻近引导隧道的隧道，使得待被形成的面和导航平面之间的方向 差异在圆口之间保持相同。另外，此方法的第三实施例可以包括如下特征在第二部分凿钻 图案中确定面向引导隧道的至少一个空隙线；且通过凿钻图案设计程序自动地将凿钻孔以 距空隙线给定距离最靠近空隙线布置。再另外，所选择的方法可以包括如下特征为具有大横截面的岩石洞穴设计第一凿钻图案；通过在原始凿钻图案中将至少两个分割点确定在希 望的位置来编辑凿钻图案；形成通过分割点并将原始凿钻图案分割为至少两个独立的部分 凿钻图案的分割线；和至少在分割区域更新邻近部分凿钻图案以避免额外的凿钻孔。图16和图17示出又一些实施例，其基本构思是首先将凿钻孔的结束点30a布置 在圆口底部上的平面50内。然后，通过将凿钻孔的原始结束点30a转换到被输入给设计程 序的面轮廓31来修改凿钻图案。在图16的解决方案中，在转换期间，结束点和开始点在导 航平面N的方向内的坐标保持，即原始结束点30a和转换后结束点30b的χ和ζ坐标保持相 同。而结束点的y坐标改变。类似地，凿钻孔的方向角度改变。在图17中，结束点从平面 50到面轮廓31的转换又通过保持凿钻孔的原始方向和结束点在导航平面N的方向内的坐 标来执行。换言之，原始结束点30a和转换后的结束点30b具有相同的坐标。而结 束点的y坐标改变。类似地，在导航平面N内凿钻孔的开始点从位置29a改变到位置29b。 在图16和17中示出的解决方案是图4中示出的布置的替代，其中凿钻孔的结束点转换到 面轮廓，使得凿钻孔的原始方向保持且坐标改变。
在一些情况中，本申请中所公开的特征也可以与其他特征无关地使用。另一方面， 当需要时，在本申请中所公开的特征可以组合以提供多种组合。附图和相关的说明仅意图于图示发明构思。本发明的细节可以在权利要求的范围 内改变。
权利要求
一种用于为岩石洞穴挖掘设计凿钻图案的方法，其中所述凿钻图案(9)为在岩石洞穴(23)的面内待被凿钻的圆口(22)在所述凿钻图案的坐标系内确定凿钻孔的至少位置和方向角度以及所述凿钻孔的长度；该方法包括利用设计程序借助于计算机创建凿钻图案(9)；确定所述凿钻图案的导航平面(N)；在所述导航平面内确定待被凿钻的孔的开始点(29)；和确定所述待被凿钻的孔的结束点(30)，其特征在于，将面轮廓(31)输入到所述设计程序，所述面轮廓(31)表示在所述待被凿钻的圆口内的面的形状；和通过设计计算机根据在所述凿钻图案的坐标系内的所述面轮廓(31)布置在所述凿钻图案(9)中的所述待被凿钻的凿钻孔的结束点(30)的位置，以此在所述凿钻图案(9)内的不同长度的凿钻孔产生了给定的面轮廓(31)的形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将待被凿钻的岩石洞穴的预定的树维轮廓模型(25、26)输入所述设计程序； 为所述设计程序限定所述圆口(22)在所述轮廓模型(25、26)内的位置； 通过所述待被凿钻的圆口(22)的位置和所述三维轮廓模型(25、26)限定所述待被凿 钻的圆口(22)的底部的面轮廓(31)；和将凿钻孔的结束点(30)布置在所述面轮廓(31)上，同时保持所述凿钻孔的原始方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先将凿钻孔的结束点(30)布置在所述圆口的底部上的平面内；和 通过将所述凿钻孔的结束点(30)转换到所述面轮廓(31)同时保持所述凿钻孔的开始 点和结束点在所述导航平面的方向上的坐标不变，即所述结束点的1坐标改变而χ和ζ坐 标保持不变，来修改所述凿钻图案。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先将凿钻孔的结束孔(30)布置在所述圆口的底部上的平面内，和 通过将所述凿钻孔的结束孔(30)转换到所述面轮廓(31)同时保持所述凿钻孔的原始 方向以及所述结束孔在所述导航平面的方向上的坐标不变来修改所述凿钻图案。
5.根据前述权利要求2至4中的任一项所述的方法，其特征在于，通过桩号(28)确定所述圆口(22)在所述轮廓模型(25、26)内的位置，所述桩号(28) 被确定为距预定参考点的距离。
6.根据前述权利要求2至5中的任一项所述的方法，其特征在于，为包括尖锐弯曲的岩石洞穴(23)设计凿钻图案(9)，其中当在所述圆口的方向上观 察时，所述圆口(22)的所述面轮廓(31)包括弯曲的侧部轮廓(31b)的部分和在所述圆口 (22)的底部上的大体上平坦的部分(31a)。
7.根据前述权利要求2至5中的任一项所述的方法，其特征在于，为包括弯曲的顶部轮廓(25)的岩石洞穴(23)设计凿钻图案(9)，其中当在所述圆口的 方向上观察时，所述圆口(22)的所述面轮廓(31)包括弯曲的顶部轮廓(31b)的部分和在所述圆口的底部上的大体上平坦的部分(31a)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在设计计算机上手工确定所述在圆 口(22)内的底部的形状并将所确定的面轮廓(31)输入到用于待被设计的所述凿钻图案 (9)的所述设计程序内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述圆口的底部分割为至少两个切片平面(33a至33c)，通过使用形状线为每个切片平面分开地限定面轮廓，以此在切片平面内为所述圆口 (22)切割出希望的形状，和在所述设计程序中将在所述切片平面上的数据进行组合，以此获得三维面轮廓(31)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为倾斜面(34)形成凿钻图案(9)，在所述倾斜面中所述圆口面大体上是平坦的且与所 述导航平面(N)成角度；将表示所述倾斜面的形状的面轮廓(31)输入到所述设计程序内； 利用所述设计计算机将所述待被凿钻的凿钻孔的结束点(30)布置在所述凿钻图案内 的面轮廓(31b)上；和基于所述结束点(30)和所述导航平面(N)之间的距离确定每个凿钻孔的长度，以此所 述凿钻图案内的不同长度的所述凿钻孔根据用于所述圆口的面的所述面轮廓限定倾斜的 形状。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 首先在所述导航平面(N)内设计凿钻图案(9)；通过给定的面轮廓(31a、31b)对所述面的倾斜进行建模；将在所述导航平面(N)内设计的所述凿钻孔在垂直于所述导航平面的y方向上进行 转换同时保持其长度和方向，使得每个凿钻孔的新的结束点(30)将被布置在所述面轮廓 (31b)上；和在所述凿钻孔转换后，将每个凿钻孔的开始点(29)在所述凿钻孔的纵向方向上转换 回到所述导航平面(N)，以此每个凿钻孔的长度会分别改变。
12.—种软件产品，所述软件产品在设计计算机上的执行被设置为提供如下操作 以与设计者(S)的交互方式设计凿钻图案(9)；在所述凿钻图案(9)内布置多个凿钻孔，且其开始点(29)在导航平面(N)内；和 将所述凿钻孔的结束点(30)布置在所述凿钻图案内的圆口(22)的底部上，其特征在于，设计程序的执行被设计为响应于输入的表示待被凿钻的圆口内的面的形状的面轮廓 (31)布置在所述凿钻图案(9)内的待被凿钻的凿钻孔的结束点(30)的位置，由此所述凿钻 图案(9)内不同长度的凿钻孔根据给定的面轮廓(31)限定形状。
全文摘要
本发明涉及一种用于为岩石洞穴挖掘设计凿钻图案的方法和实施该方法的软件产品。凿钻图案(9)通过设计程序创建。凿钻图案限定在导航平面(N)内的数个凿钻孔的开始点(29)、在圆口(22)的底部上的凿钻孔的结束点(30)、以及进一步的凿钻孔的方向和长度。通过为希望的面轮廓(31)确定结束点的位置，圆口的面被设计为具有希望的形状。三维面轮廓被输入到设计程序内，所述设计程序随后自动将结束点布置到面轮廓。
文档编号E21D9/00GK101802346SQ200880107970
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月19日 优先权日2007年9月21日
发明者埃尔基·埃洛, 尤西·科斯凯莱宁, 帕希·拉特瓦-普基拉, 托米·萨莱涅米, 约科·穆奥纳, 马尔蒂·凯斯基宁 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司