一种基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置的制作方法

本实用新型涉及隧道钻孔领域，特别是一种基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置。

背景技术：

凿岩机，是用来直接开采石料的工具。它在岩层上钻凿出炮眼，以便放入炸药去炸开岩石，从而完成开采石料或其它石方工程。气腿式凿岩机的凿岩机安装在气腿上，气腿起支撑和推进作用。

在隧道爆破开挖过程中，爆破效果的好坏往往取决于放置炸药的钻孔是否达到设计参数的要求。而实际钻孔过程中，施工人员往往凭经验或一些辅助工具作业，无法确定钻孔的角度是否满足设计要求，爆破效果很难达到预期。为此，我研发团队设计了一种新型的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置的结构，并对其中的模块系统进行了开发。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置。本实用新型结构的轴线可快速完成与凿岩机机臂轴线的平行，加快作业的效率。应用本实用新型可对钻孔角度快速、准确的测量，具有测量方便的优点。本实用新型通过电子罗盘模块可测出隧道轴线方位角和钻孔方位角，电子角度仪模块可测出钻孔的仰角，再根据自定义的公式由数据处理模块经过数学计算获得钻孔的偏角和外插角。

本实用新型采用如下技术方案实现发明目的：

一种基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置，包括外壳、开关按钮、功能按钮、数据储存模块、数据处理模块、电子罗盘模块、电子角度仪模块和数据显示模块；所述外壳上设有轴线。

前述的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置中，所述数据处理模块、电子罗盘模块、电子角度仪模块和数据显示模块分别与功能按钮电连接，数据显示模块和数据储存模块分别与数据处理模块电连接。

前述的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置中，所述电子罗盘模块为慧联sec380高精度电子罗盘。

前述的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置中，所述电子角度仪模块为jl410高精度数显角度仪。

前述的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置中，所述外壳中还设有电池。

前述的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置中，所述外壳的底部连接固定模块凸头，固定模块凸头活动连接固定模块滑槽，固定模块滑槽连接气腿式凿岩机机臂。

前述的基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置中，所述轴线、固定模块滑槽的轴线和凿岩机机臂的轴线平行。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型优选了装置结构，将固定模块滑槽固定在凿岩机机臂上，在测试时只需要通过将固定模块凸头插入固定模块滑槽即可完成本装置的定位，不需要抽出钻杆或者利用其他辅助工具，故而不增加额外的工作量和工作时间，操作方式非常简单。使用本实用新型时，经数据处理模块通过本发明提出的公式和γ＝arccos(cosα·cosβ)公式计算，即可求得偏角α和外插角γ，且求得的偏角和外插角通过数据显示模块显示。所以，本实用新型可准确快速地测得钻孔角度数据。此外，本实用新型的数据储存模块可保存记录相应的数据，方便后续统计、归集、分析。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明各模块之间的数据信号传输关系图；

图3是钻孔偏角测量原理示意图；

图4是钻孔仰角、外插角空间示意图。

附图标记：1-外壳，2-开关按钮，3-功能按钮，4-数据储存模块，5-数据处理模块，6-电子罗盘模块，7-电子角度仪模块，8-轴线，9-数据显示模块，10-可充电电池，11-固定模块凸头，12-固定模块滑槽；θ-隧道轴线方位角，-钻孔方位角，α-偏角，β-仰角，γ-外插角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。对于未特别注明的结构或步骤均是本领域的现有技术。

实施例。一种基于气腿式凿岩机的钻孔角度测试装置，构成如图1所示，包括外壳1、开关按钮2、功能按钮3、数据储存模块4、数据处理模块5、电子罗盘模块6、电子角度仪模块7、数据显示模块9和电池10，外壳1上设有轴线8；所述外壳1的底部连接固定模块凸头11，固定模块凸头11活动连接固定模块滑槽12，固定模块滑槽12连接凿岩机机臂。

所述功能按钮3包括左右选择键和确定键；

所述电池10为可充电电池；采用usb接口为电池充电，为本装置提供电能。

所述数据显示模块9上显示有隧道轴线方位角θ、钻孔方位角偏角α、仰角β和外插角γ各自的显示框和数据框。

所述电子罗盘模块6采用慧联sec380高精度电子罗盘；

所述电子角度仪模块7采用jl410高精度数显角度仪。

所述的外壳1和固定模块凸头11为高分子材料，固定模块凸头11连接在外壳1底面和外壳1形成一体。

所述的固定模块凸头11的大小与固定模块滑槽12的大小相适应，使用时，固定模块凸头11恰好可以插入固定模块滑槽12内。

所述轴线8、固定模块滑槽12的轴线和凿岩机机臂的轴线平行。所述的固定模块滑槽12为金属材质，焊接在凿岩机机臂上，这样在使用时，固定模块凸头11只要插入固定模块滑槽12，所述装置的轴线8与凿岩机机臂轴线就为平行。

所述数据处理模块5、电子罗盘模块6、电子角度仪模块7和数据显示模块9分别与功能按钮3通过电连接，实现各数据的采集、储存与显示；所述数据显示模块9和数据储存模块4分别与数据处理模块5通过电连接，实现数据显示模块9和数据储存模块4分别与数据处理模块5之间的信息传送。电连接是指模块之间为了传输信号设置的数据信号传输电路。各模块之间的信息传输关系如图2所示。

本装置中的各模块要进行工作，开关按钮2、功能按钮3、数据储存模块4、数据处理模块5、电子罗盘模块6、电子角度仪模块7、数据显示模块9必然与电池10通过电路连接。电池10提供的电能经过开关按钮2控制后由电路输送到各个模块。

本实施例中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本实用新型的改进之处；本系统的改进之处为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本实用新型所要解决的相应技术问题。

本实用新型实现隧道钻孔角度测试的使用方法，主要包括以下几个步骤：

步骤一：对钻孔角度进行测量前，把本装置水平对准隧道掌子面，即轴线8的箭头指向隧道掌子面，使得轴线8与隧道轴线平行。打开开关按钮2，调节功能按钮3，选择数据显示模块9上的隧道轴线方位角，再按下功能按钮3中间的确定键，即采集得隧道轴线方位角θ，该数据保存在数据储存模块4内。

步骤二：钻孔作业结束时，将固定模块凸头11插入固定模块滑槽12内，调节功能按钮3，分别选择数据显示模块9上的钻孔方位角和仰角，按下功能按钮3中间的确定键，即采集得钻孔方位角和仰角β，该数据保存在数据储存模块4内。

步骤三：将采集的隧道轴线方位角θ、钻孔方位角和仰角β，由数据处理模块5经过公式和γ＝arccos(cosα·cosβ)公式进行数学计算可得钻孔的偏角α和外插角γ，均由数据显示模块9显示。

由于钻孔角度误差一般取决于钻进初期的钻孔，因为这段钻孔成型后，对后续的钻进具有导向作用，即钻孔基本会沿导向段钻孔方向继续钻进。

所以，使用本装置还可对钻孔的角度进行控制，提高隧道爆破钻孔的钻进精度。具体操作方式如下：

钻孔钻进前，将固定模块凸头11插入固定模块滑槽12内，通过数据显示模块9读取钻杆的外插角，调整凿岩机的位置，当外插角与设计角度一致时开始钻进。

每钻进10cm，用本装置读取外插角数据，若外插角与设计角度一致则继续钻进；若外插角与设计角度不一致，则调整钻孔向设计角度方向钻进，减小角度偏度。

通过对钻进初期20cm～50cm过程中的钻孔角度进行反复地测试和调整，可控制隧道钻进方向，从而确保钻孔角度符合设计要求，提高钻孔精度。

本实用新型的工作原理和自定义公式的推导过程为：

(1)本实用新型利用电子罗盘可测出平面上任意方向与地磁北极的夹角的原理，实现钻孔偏角α的测量。如图3所示，θ为地磁北极与隧道轴线方向的夹角，即隧道轴线方位角，可由本实用新型的电子罗盘模块测得；为地磁北极与钻孔轴线方向的夹角，即钻孔方位角，可由本实用新型的电子罗盘模块测得。由图3可知，钻孔的偏角利用本实用新型的数据处理模块进行运算可获得偏角α的值。

(2)本实用新型利用电子角度仪可测出空间任意直线与其在水平面投影的夹角的原理，实现钻孔仰角β的测量。如图4所示，在空间直角坐标系中，y轴与隧道轴线方向一致，oa为任意空间钻孔轴向方向，ob为oa在水平面xoy上的投影，c点为b点在y轴上的投影，则oa与ob的夹角β即为钻孔的仰角，利用本实用新型的电子角度仪模块测得。oc(即y轴)与ob的夹角α即为钻孔的偏角，oc(即y轴)与oa的夹角γ即为钻孔的外插角。

其中，钻孔外插角γ的计算推导如下：设点a的坐标为(x,y,z)，点o的坐标为(0,0,0)，则点b的坐标为(x,y,0)，点c的坐标为(0,y,0)。可知向量向量向量根据两向量之间的夹角公式可知向量oc与向量ob的夹角余弦值：

向量oa与向量ob的夹角余弦值：

向量oc与向量oa的夹角余弦值：

分析式(1)、(2)、(3)可知：

即cosα·cosβ＝cosγ，γ＝arccos(cosα·cosβ)，利用本实用新型的数据处理模块进行运算可获得外插角γ的值。