一种预防钻机坠落的警示装置的制作方法

1.本实用新型涉及安全生产领域，特别涉及一种预防钻机坠落的警示装置。


背景技术：

2.穿孔爆破是露天矿开采过程中的关键工艺环节，其中穿孔是进行爆破的前提。钻机在穿孔移动和行走过程中，有时会靠近台阶坡顶线，由于前次爆破导致台阶的后裂或者岩石破碎等因素，会使钻机在行走过程中重心失稳，跌落到下一个台阶，不仅钻机报废造成重大经济损失，还会影响矿山的开采计划和进度。因此在钻机上安装钻机行走过程中防坠落预警装置对于提升钻机工作安全性和矿山开采效率具有重大的意义。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供了一种预防钻机坠落的警示装置，能够提高钻机工作的安全性和矿山开采的效率，技术方案如下：
4.一方面，提供了一种预防钻机坠落的警示装置，装置包括：激光测距装置、数据传输装置、数据处理装置以及报警装置；
5.所述激光测距装置包括激光测距单元以及第一数据发送单元，所述激光测距单元与所述第一数据发送单元电性连接，所述激光测距装置设置在钻机钻架的顶部，所述激光测距单元用于发射和接收激光，所述激光测距单元发射的激光与所述钻机钻架呈目标角度；
6.所述数据传输装置包括第一数据接收单元、数据转换单元以及第二数据发送单元，所述数据转换单元分别与所述第一数据接收单元以及所述第二数据发送单元电性连接，所述第一数据接收单元与所述第一数据发送单元电性连接；
7.所述数据处理装置包括第二数据接收单元、数据处理单元以及报警信号发送单元，所述数据处理单元分别与所述第二数据接收单元以及所述报警信号发送单元电性连接，所述第二数据接收单元与所述第二数据发送单元电性连接；
8.所述报警装置包括报警信号接收单元以及报警单元，所述报警信号接收单元分别与所述报警信号发送单元以及所述报警单元电性连接；
9.所述数据转换单元用于将所述激光测距单元测量的距离转化为所述数据处理单元能够处理的数据格式；
10.所述数据处理单元用于对所述激光测距单元测量的距离进行数据处理，响应于所述激光测距单元测量的距离符合目标条件，通过所述报警信号发送单元向所述报警装置发送报警信号；
11.所述报警信号接收单元用于接收所述报警信号，所述报警单元用于响应于所述报警信号接收单元接收到所述报警信号，发出警报。
12.在一种可能的实施方式中，所述激光测距单元包括8个激光测距仪，所述8个激光测距仪每隔45
°
设置在所述钻机钻架的顶部，所述8个激光测距仪通过角度调整装置与所述
钻机钻架连接。
13.在一种可能的实施方式中，所述激光测距仪包括一端开口的外壳以及前置玻璃，所述前置玻璃的尺寸与所述外壳的开口相匹配，所述前置玻璃覆盖在所述外壳上；
14.所述外壳内部设置有激光发射器以及激光接收器。
15.在一种可能的实施方式中，所述前置玻璃上设置有除尘电动刷，所述除尘电动刷用于去除所述前置玻璃上的灰尘。
16.在一种可能的实施方式中，所述激光测距仪的外部设置有具有防水和防震功能的保护壳。
17.在一种可能的实施方式中，所述装置还包括通讯装置，所述通讯装置与所述数据处理装置电性连接，所述通讯装置用于接收控制信号。
18.在一种可能的实施方式中，所述目标角度为30
°
至75
°
。
19.一方面，提供了一种激光测距方法，所述方法包括：基于钻机的移动速度，为激光测距装置设置测量频率和测量间隔；
20.根据钻机钻架的高度、所述钻机距离坡顶线的安全距离、所述钻机的长度以及所述钻机的宽度，为所述数据处理装置设置最小安全距离；
21.在所述钻机进行移动的过程中，通过数据传输装置实时将所述激光测距装置测量的数据发送给数据处理装置；
22.响应于通过数据处理装置确定所述激光测距装置测量的距离符合目标条件，向所述报警装置发送报警信号；
23.响应于所述报警包括接收到所述报警信号，发出警报；
24.其中，所述激光测距装置安装在所述钻机钻架的顶部，所述激光测距装置包括激光测距单元以及第一数据发送单元，所述激光测距单元与所述第一数据发送单元电性连接，所述激光测距单元用于发射和接收激光，所述激光测距单元发射的激光与所述钻机钻架呈目标角度；
25.所述数据传输装置、所述数据处理装置以及所述报警装置设置在所述钻机的操作室内；
26.所述数据传输装置包括第一数据接收单元、数据转换单元以及第二数据发送单元，所述数据转换单元分别与所述第一数据接收单元以及所述第二数据发送单元电性连接，所述第一数据接收单元与所述第一数据发送单元电性连接；
27.所述数据处理装置包括第二数据接收单元、数据处理单元以及报警信号发送单元，所述数据处理单元分别与所述第二数据接收单元以及所述报警信号发送单元电性连接，所述第二数据接收单元与所述第二数据发送单元电性连接；
28.所述报警装置包括报警信号接收单元以及报警单元，所述报警信号接收单元分别与所述报警信号发送单元以及所述报警单元电性连接。
29.在一种可能的实施方式中，所述激光测距装置测量的距离符合目标条件是指，所述激光测距装置测量的距离大于或等于距离阈值。
30.在一种可能的实施方式中，所述激光测距装置包括8个激光测距仪，所述8个激光测距仪每隔45
°
设置在所述钻机钻架的顶部，所述激光测距装置测量的距离大于或等于距离阈值是指：所述8个激光测距仪中任一个测量的距离大于或等于所述距离阈值。
31.在一种可能的实施方式中，其特征在于，所述激光测距仪上设置有除尘电动刷，所述方法还包括：
32.每隔目标时长，控制所述除尘电动刷去除所述激光测距仪上的灰尘。
33.在本实用新型中，基于激光测距装置对钻机行走或移动过程进行监测，一旦钻机行走至设置的危险区域，装置发出报警信号提醒施工人员立即停止前进或者改变行走方向，避免钻机失去重心坠落造成重大经济损失。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。
35.图1是本实用新型实施例提供的一种预防钻机坠落的警示装置的示意图；
36.图2是本实用新型实施例提供的一种激光测距单元的结构示意图；
37.图3是本实用新型实施例提供的一种激光测距仪的结构示意图；
38.图4是本实用新型实施例提供的一种钻机防坠落预警方法的流程图；
39.图5是本实用新型实施例提供的一种钻机防坠落预警方法的流程图。
40.附图标记：
41.1、激光测距装置；
42.11、激光测距单元；
43.111、激光测距仪；112、激光测距仪安装支架；
44.1111、激光接收器；1112、激光发射器；
45.2、数据传输装置；
46.3、数据处理装置；
47.4、报警装置；
48.5、钻机钻架；
49.6、钻机。
具体实施方式
50.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
51.首先对本实用新型提供的预防钻机坠落的警示装置的使用场景进行说明，本实用新型提供的预防钻机坠落的警示装置能够用于钻机移动过程中，对于钻机来说，常常穿梭在露天矿中，而露天矿往往位于地质环境较为恶劣的场景中，钻机在移动过程中容易出现意外，本实用新型提供的防坠落预警装置能够提前发现危险，提醒施工人员控制钻机停止或者改变移动方向，从而提高钻机的安全性。
52.参见图1，本实用新型提供了一种预防钻机坠落的警示装置，装置包括激光测距装置1、数据传输装置2、数据处理装置3以及报警装置4。激光测距装置1包括激光测距单元11以及第一数据发送单元，激光测距单元11与第一数据发送单元电性连接，激光测距装置1设
置在钻机钻架5的顶部，激光测距单元11用于发射和接收激光，激光测距单元11发射的激光与钻机钻架5呈目标角度。数据传输装置2包括第一数据接收单元、数据转换单元以及第二数据发送单元，数据转换单元分别与第一数据接收单元以及第二数据发送单元电性连接，第一数据接收单元与第一数据发送单元电性连接。数据处理装置3包括第二数据接收单元、数据处理单元以及报警信号发送单元，数据处理单元分别与第二数据接收单元以及报警信号发送单元电性连接，第二数据接收单元与第二数据发送单元电性连接。报警装置4包括报警信号接收单元以及报警单元，报警信号接收单元分别与报警信号发送单元以及报警单元电性连接。数据转换单元用于将激光测距单元11测量的距离转化为数据处理单元能够处理的数据格式。数据处理单元用于对激光测距单元11测量的距离进行数据处理，响应于激光测距单元11测量的距离符合目标条件，通过报警信号发送单元向报警装置4发送报警信号。报警信号接收单元用于接收报警信号，报警单元用于响应于报警信号接收单元接收到报警信号，发出警报。
53.其中，目标角度为30
°
至75
°
，本实用新型实施例对此不做限定。
54.在一种可能的实施方式中，操作人员能够将激光测距装置1安装在钻机钻架5的顶部，激光测距装置能够1通过激光测距单元11发射和接收激光。安装的方式是将激光测距装置1设置为与钻机钻架呈一定的角度，使得激光测距装置1发射的激光能够照射到地面，同时激光测距装置1也能够接收到地面反射的激光。操作人员能够将数据传输装置2、数据处理装置3以及报警装置4安装在钻机的操作室内部，通过导线将激光测距装置1与数据传输装置2相连，通过导线将数据传输装置2与数据处理装置3相连，通过导线将数据处理装置3与报警装置4相连。另外，操作人员能够通过变压器将钻机上的供电装置与激光测距装置1、数据传输装置2、数据处理装置3以及报警装置4分别通过导线相连，从而为激光测距装置1、数据传输装置2、数据处理装置3以及报警装置4供电。进一步地，操作人员能够将输出处理装置3与操作室内的屏幕和操作板相连，通过操作室内的屏幕来查看数据处理装置输出的数据，也能够通过操作板来向数据处理装置3中输入数据，可选地，屏幕为触摸屏幕，操作板为键盘，本实用新型实施例对此不做限定。另外，对于报警装置4来说，其可以为一个具有声光报警能力的报警装置，当数据处理装置3向报警装置4发送报警信号之后，报警装置4能够发出声光警报，从而提醒操作人员注意危险。
55.下面对本实用新型提供的预防钻机坠落的警示装置的使用原理进行介绍：
56.激光测距单元11能够获取发射激光的时间点t1和接收到激光的时间点t2，通过第一数据发送单元，将发射激光的时间点t1和接收到激光的时间点t2发送至数据传输装置2，由数据传输装置2通过第一数据接收单元获取发射激光的时间点t1和接收到激光的时间点t2。数据传输装置2通过数据转换单元对接收到的发射激光的时间点t1和接收到激光的时间点t2进行格式转化，通过第二数据发送单元将格式转化后的发射激光的时间点t1和接收到激光的时间点t2发送给数据处理装置3。数据处理装置3通过第二数据接收单元接收格式转化后的发射激光的时间点t1和接收到激光的时间点t2，通过数据处理单元确定激光测距单元11测得的距离，也即是将t2‑
t1得到的数值与激光的传播速度c相乘后除以2。数据处理单元确定激光测距单元11测得的距离大于安全距离阈值时，通过报警信号发送单元向报警装置4发送报警信号。报警装置4通过报警信号接收单元接收报警信号，通过报警单元发出警报，提醒操作人员。钻机的操作人员听到警报后，能够及时控制钻机停止移动或者改变移动
方向，从而提高钻机作业时的安全性。
57.需要说明的是，上述说明过程是以数据处理装置3计算激光测距单元11测得的距离为例进行说明的，在其他可能的实施方式中，也能够由激光测距单元11自行计算距离，并将距离发送给数据装置3，数据处理装置3起到比较数值的作用即可，本实用新型实施例对此不做限定。
58.图1中l
min
为钻机在平面上时，激光测距单元11测得的距离，当钻机在平面上运动时，激光测距单元11测得的距离保持在l
min
。当钻机在凹凸不平的路面上运动时，激光测距单元11测得的距离也在l
min
附近跳动。当钻机运行前方出现深坑时，激光测距单元11测得的距离会远大于l
min
，比如为图1中的l
max
，那么表示钻机前方存在危险，数据处理装置3能够控制报警装置4发出警报，提醒操作人员。
59.在一种可能的实施方式中，激光测距单元11包括8个激光测距仪111，8个激光测距仪111每隔45
°
设置在钻机钻架5的顶部，8个激光测距仪111通过角度调整装置与钻机钻架5连接。
60.参见图2，8个激光测距仪111间隔固定距离固定在激光测距仪安装支架112上，将8个激光测距仪111固定在激光测距仪安装支架112上之后，操作人员也就能够将激光测距仪安装支架112整体设置在钻机钻架5的顶部，这样能够保证激光测距仪111与钻机钻架5连接紧密。可选地，8个激光测距仪111通过角度调整装置与激光测距仪安装支架112相连，角度调整装置能够调整激光测距仪111与激光测距仪安装支架112之间的角度。
61.参见图3，激光测距仪111包括激光接收器1111以及激光发射器1112，其中，激光发射器1112用于发射激光，激光接收器1111用于接收激光发射器1112发射的激光的反射激光。
62.8个激光测距仪111能够测量钻机6周围多个点的距离，从而为钻机6提供360
°
全方位的安全保障，下面对采用8个激光测距仪111进行距离测量为例进行说明：
63.当操作人员进行操作之前，启动本实用新型提供的预防钻机坠落的警示装置，根据工作时钻机6的移动速度，为8个激光测距仪111设置测量频率和测量间隔时间，比如设置为每0.5s测量一次。操作人员能够根据钻机钻架5的高度、钻机6距离坡顶线的安全距离、钻机6的长度、钻机6的宽度设置最小安全距离l
z
。设置完成后，操作人员控制钻机进行移动。8个激光测距仪能够通过数据传输装置2将测得的数据发送给数据处理装置3。数据处理装置3能够根据8个激光测距仪测得的时间，得到8个距离l1
‑
l8，其中1
‑
8为8个激光测距仪的标号，8个距离l1
‑
l8构成一个测量矩阵。数据处理装置3能够实时比较测量矩阵中的数值与最小安全距离l
z
之间的关系。响应于测量矩阵中的任一个数据大于最小安全距离l
z
，数据处理装置3向报警装置5发送报警信号。也就是说，通过8个激光测距仪111测量钻机6周围多个点的距离时，能够保证钻机无论在哪个方向进行作业，均能够在前方出现深坑时得到提醒，全方位对钻机的安全进行保证。
64.在一种可能的实施方式中，激光测距仪111包括一端开口的外壳以及前置玻璃，前置玻璃的尺寸与外壳的开口相匹配，前置玻璃覆盖在外壳上。外壳内部设置有激光发射器1112以及激光接收器1111。
65.其中，外壳的材料为工程塑料，前置玻璃的透光率大于99％。将激光发射器1112以及激光接收器1111设置在外壳内，能够在恶劣的环境中提高激光发射器1112以及激光接收
器1111的使用寿命。
66.在上一种实施方式的基础上，前置玻璃上设置有除尘电动刷，除尘电动刷用于去除前置玻璃上的灰尘。可选地，除尘电动刷为遥控除尘电动刷，这样方便操作人员进行远程控制。由于现场灰尘大，操作人员能够通过除尘电动刷，每隔三天对前置玻璃进行一次清洗，确保激光测距仪111的正常工作。
67.在一种可能的实施方式中，激光测距仪111的外部设置有具有防水和防震功能的保护壳。为了进一步提高激光测距仪111的使用寿命，操作人员能够将激光测距仪111放置于防水防震盒子内，该盒子的内部设置有缓震材料，比如海绵。将激光测距仪111放置于防水防震的盒子内之后，操作人员能够对防水防震的盒子进行密封处理，进一步提高防水防震的盒子的防水能力。
68.在一种可能的实施方式中，装置还包括通讯装置，通讯装置与数据处理装置3电性连接，通讯装置用于接收控制信号。
69.在一些极端危险的情况下，可以采用无人钻机来进行相关操作，操作人员能够通过带有显示屏的遥控装置来对无人钻机进行控制，通讯装置能够将数据处理装置的数据处理结果实时发送给遥控装置，操作人员也能够及时得知危险情况，提前进行操作。
70.在本实用新型中，基于激光测距装置对钻机行走或移动过程进行监测，一旦钻机行走至设置的危险区域，装置发出报警信号提醒施工人员立即停止前进或者改变行走方向，避免钻机失去重心坠落造成重大经济损失。
71.参见图4，本实用新型还提供了一种钻机防坠落预警方法，方法包括：
72.401、基于钻机的移动速度，为激光测距装置1设置测量频率和测量间隔。
73.402、根据钻机钻架5的高度、钻机距离坡顶线的安全距离、钻机的长度以及钻机的宽度，为数据处理装置3设置最小安全距离。
74.403、在钻机进行移动的过程中，通过数据传输装置2实时将激光测距装置1测量的数据发送给数据处理装置3。
75.404、响应于通过数据处理装置3确定激光测距装置1测量的距离符合目标条件，向报警装置4发送报警信号。
76.405、响应于报警包括接收到报警信号，发出警报。
77.其中，激光测距装置1安装在钻机钻架5的顶部，激光测距装置1包括激光测距单元以及第一数据发送单元，激光测距单元与第一数据发送单元电性连接，激光测距单元用于发射和接收激光，激光测距单元发射的激光与钻机钻架5呈目标角度。
78.数据传输装置2、数据处理装置3以及报警装置4设置在钻机的操作室内。
79.数据传输装置2包括第一数据接收单元、数据转换单元以及第二数据发送单元，数据转换单元分别与第一数据接收单元以及第二数据发送单元电性连接，第一数据接收单元与第一数据发送单元电性连接。
80.数据处理装置3包括第二数据接收单元、数据处理单元以及报警信号发送单元，数据处理单元分别与第二数据接收单元以及报警信号发送单元电性连接，第二数据接收单元与第二数据发送单元电性连接。
81.报警装置4包括报警信号接收单元以及报警单元，报警信号接收单元分别与报警信号发送单元以及报警单元电性连接。
82.在一种可能的实施方式中，激光测距装置1测量的距离符合目标条件是指，激光测距装置1测量的距离大于或等于距离阈值。
83.在一种可能的实施方式中，激光测距装置1包括8个激光测距仪111，8个激光测距仪111每隔45
°
设置在钻机钻架5的顶部，激光测距装置1测量的距离大于或等于距离阈值是指：8个激光测距仪111中任一个测量的距离大于或等于距离阈值。
84.在一种可能的实施方式中，其特征在于，激光测距仪111上设置有除尘电动刷，方法还包括：
85.每隔目标时长，控制除尘电动刷去除激光测距仪111上的灰尘。
86.下面结合附图对本实用新型实施例提供的技术方案做进一步的说明，参见图5，方法包括：
87.1、为了保证激光测距仪111及数据传输模块2的安全性、防水、防震动性能，将集成有激光测距仪111及数据传输模块2的小型装置置于定制的防水防震盒子内，并做密封处处理，将8个做了防水处理的激光测距仪111按照间隔45
°
的角度分布安装在一个圆形的激光测距仪安装支架112上，并安装一个角度调整装置。
88.2、将安装有8个激光测距仪的激光测距仪安装支架112安装在钻机钻架5的顶部上，依据钻机架子高度、钻机距离坡顶线的安全距离、钻机的长度、钻机宽度设置各个激光测距仪的角度和最小安全距离l
z
。
89.3、钻机防坠落预警系统中激光测距数据采集过程详解：
①
根据钻机移动或行走的速度，将激光测距仪测量频率定为每秒1次，8个激光测距仪同步测量。
②
在数据处理模块3中将安全距离阈值设置成l
z
。
③
钻机在行走和移动过程中，系统开始工作，根据设置的测量频率，激光测距仪连续不断的测量钻机四周的距离l，8个激光测距仪同步测得的距离分别记为：l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8，可以得到一个数据矩阵s
i
如式(1)。
90.s
i
＝[l
1 l
2 l
3 l
4 l
5 l
6 l
7 l8]
ꢀꢀꢀ
(1)
[0091]
4、数据矩阵s
i
通过数据传输模块2传输给数据处理模块3，数据处理过程如下：
[0092]
①
当激光测距仪每秒测得的距离组成的数列中任何一个数据满足式(2)时，判定钻机进入危险区域。
[0093]
l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8中的任一个≥l
z
ꢀꢀꢀ
(2)
[0094]
②
此时装置发出报警信号至报警装置4。
[0095]
5、外接一个报警装置4，集成在labview模块中，当报警信号发出后，报警装置4发出大分贝的预警信号，提醒工作人员改变行走方向或者停止前进。
[0096]
6、听到预警，钻机操作人员立即停止钻机，根据钻机所处的位置改变前进方向，保证钻机在安全区域内行走。
[0097]
7、由于现场灰尘大，安装激光测距仪111的清洗装置，也即是除尘电动刷，每隔三天遥控该装置清洗一次，确保激光测距仪111正常工作。
[0098]
8、为保证激光测111距仪角度正确，每隔30天对钻机钻架5上的激光测仪111进行校正，确保激光测距仪111测距范围正常，保证测距数据的正常采集。
[0099]
在本实用新型中，基于激光测距装置对钻机行走或移动过程进行监测，一旦钻机行走至设置的危险区域，装置发出报警信号提醒施工人员立即停止前进或者改变行走方向，避免钻机失去重心坠落造成重大经济损失。
[0100]
上述仅为本实用新型的可选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。