钻机开孔定位用多功能激光量角器及钻孔方位角测量方法与流程

1.本发明涉及地下矿山工程钻孔施工技术领域，尤其涉及一种钻机开孔定位用多功能激光量角器及钻孔方位角测量方法。


背景技术：

2.使用顶、底板穿层钻孔抽采瓦斯是煤矿井下瓦斯治理的常用方法，钻孔的设计施工需要首先明确钻孔的方位角、仰角、钻孔间距、钻场间距等定位参数。目前，现场一般采用地质罗盘(机械式或数字式)、坡度规、电子陀螺仪、经纬仪等方法对钻孔方位角、仰角进行测量。地质罗盘(机械式或数字式)、电子陀螺仪等方法均利用地磁场来确定方位；经纬仪多采用人工放线的方法来确定方位。
3.在煤矿井下施行开孔作业时，由于大型铁器比较多，易对地磁场产生影响，利用地质罗盘(机械式或数字式)、电子陀螺仪等测量方法，会使得测量方位具有较大的误差，不满足工程的需要；利用经纬仪人工放线的方法，操作复杂，且需要专人操作，测量仪器体积大，携带不方便；坡度规仅能用于定位钻孔仰角，且其吊绳易受风流影响，误差较大。


技术实现要素：

4.针对上述现有钻进开孔定位中存在的操作复杂、易受磁场影响导致误差大的技术问题，本发明提出了一种钻机开孔定位用多功能激光量角器。
5.根据本发明的钻机开孔定位用多功能激光量角器，包括：
6.壳体，所述壳体呈半圆形；
7.设置在所述壳体上的刻度盘；
8.设置在所述壳体上的第一一字线激光灯，所述第一一字线激光灯发出的光线与所述刻度盘上0
°
刻度线的方向平行；
9.指针，所述指针上固定设置第二一字线激光灯，所述第二一字线激光灯发出的光线与所述指针指示方向平行；
10.设置在所述壳体上的脉冲式激光测距灯。
11.在一些实施例中，所述指针的一端与销轴活动连接，所述指针的另一端在所述刻度盘上转动以指示不同的示数。
12.在一些实施例中，所述销轴固定设置在所述刻度盘所在圆的圆心处。
13.在一些实施例中，还包括水准器，所述水准器设置在所述壳体上，所述水准器用于调节所述多功能激光量角器，使其所在的平面水平。
14.在一些实施例中，还包括数字显示屏，所述数字显示屏用于显示所述指针的示数以及所述脉冲式激光测距灯的示数。
15.在一些实施例中，所述壳体具有圆弧部分、平直部分以及由所述圆弧部分和所述平直部分组成的容置空间。
16.在一些实施例中，在所述壳体的所述平直部分设置铝合金包边。
17.在一些实施例中，所述刻度盘设置在所述壳体的所述圆弧部分。
18.根据本发明的测量钻孔方位角的方法，在测量钻孔的方位角时，包括以下步骤：
19.(1)计算夹角：根据设计钻孔的方位角和巷道的方位角，计算出钻孔跟巷道的夹角
ɑ
，此夹角
ɑ
即为钻孔与钢轨的夹角；
20.(2)安装钻杆：将履带钻机开至施工区域，粗略调整钻杆的空间角度；
21.(3)仪器调平：将量角器底部贴到钻杆尾端横截面处，调解水准器使仪器水平；
22.(4)读数：打开第一一字线激光灯和第二一字线激光灯，调节指针使第二一字线激光灯发出的光线与巷道中的钢轨平行，此时指针显示的示数即为当前钻杆与巷道的夹角
ɑ
1；
23.(5)角度调节：通过调整钻机旋转大盘，重复步骤(3)和步骤(4)直至
ɑ
1等于
ɑ
。
24.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
25.本发明的多功能激光量角器不受铁磁物体干扰，可以高精度的迅速测定钻孔开孔角度；
26.本发明的多功能激光量角器制造成本低、结构简单、操作方便、误差小，可有效避免大型铁器、风流等对测量结果的影响；
27.本发明的多功能激光量角器功能多样，可以测量空间夹角、仰角、距离等参数。
附图说明
28.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
29.图1为本发明多功能激光量角器的整体结构示意图；
30.图2为本发明多功能激光量角器的正视图；
31.图3为本发明多功能激光量角器的后视图；
32.图4为本发明多功能激光量角器的左视图；
33.图5为采用本发明的多功能激光量角器测量钻孔方位角的示意图；
34.图6为采用本发明的多功能激光量角器测量钻孔仰角的示意图。
35.附图标记说明：
36.壳体1、刻度盘2、指针3、水准器4、第一一字线激光灯5、第二一字线激光灯6、销轴7、铝合金包边8、脉冲式激光测距灯9、数字显示屏10。
具体实施方式
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的钻机开孔定位用多功能激光量角器。
39.如图1-6所示，本发明的钻机开孔定位用多功能激光量角器，包括壳体1、刻度盘2、指针3、水准器4和脉冲式激光测距灯9。
40.壳体1整体呈半圆形，壳体1具有圆弧部分、平直部分以及由圆弧部分和平直部分组成的容置空间。
41.可以理解的是，圆弧部分即为壳体1所在的圆形的弧形结构，平直部分即为连接弧形结构两端的平面。容置空间可以用于放置其它配件。
42.壳体1上设置有刻度盘2，刻度盘2设置在壳体1的圆弧部分。其中，0
°
刻度线设置在刻度盘2的中间位置，向左向右延伸的刻度范围均为0
°‑
90
°
。
43.在壳体1上设置第一一字线激光灯5，第一一字线激光灯5发出的光线与刻度盘2上0
°
刻度线的方向平行。具体为，在壳体1的后面对应0
°
刻度线处开设用于放置第一一字线激光灯5的孔，在安装第一一字线激光灯5时，使得第一一字线激光灯5发出的光线方向与量角器刻度盘2上0
°
刻度线的方向保持一致。
44.可以理解的是，第一一字线激光灯5固定设置在壳体1对应0
°
刻度线处。
45.一字线激光灯在开启时，可以发出一条长度约为3m的激光线，可以延长刻度盘2上0
°
刻度线指示的方向。
46.在一些实施例中，在壳体1的平直部分设置铝合金包边8。可以理解的是，壳体1的平直部分即为壳体1的底部，在壳体1的底部设置铝合金包边8可以防止多功能激光量角器边缘的磨损，起到一定的保护作用，延长了多功能激光量角器的使用寿命。
47.另外，可以理解的是，除了铝合金包边8还可以设置其它合适材质的包边结构，只要能起到保护多功能激光量角器的作用即可。
48.指针3设置在壳体1上，用于指示刻度。指针3的一端与销轴7活动连接，指针3的另一端在刻度盘2上转动以指示不同的示数。
49.如图2所示，指针3的一端为尖端，该尖端在刻度盘2标示的角度范围内转动；指针3的另一端与销轴7活动连接。
50.可以理解的是，指针3与销轴7连接的一端具有通孔，指针3通过该通孔与销轴7活动连接。
51.销轴7固定设置在刻度盘2所在圆的圆心处。
52.可以理解的是，销轴7与壳体1固定连接，指针3可以绕销轴7转动。
53.指针3上固定设置第二一字线激光灯6，第二一字线激光灯6发出的光线与指针3指示方向平行。
54.具体为，在壳体1的后面开设弧形孔，第二一字线激光灯6设置在该弧形孔内，第二一字线激光灯6与指针3固定连接，在安装第二一字线激光灯6时，使得第二一字线激光灯6发出的光线与指针3指示方向一致。
55.第二一字线激光灯6发出的光线与指针3指示方向一致，也就是说，第二一字线激光随着指针3的旋转而旋转。
56.可以理解的是，由于指针3可以在壳体1的圆弧部分对应的180
°
圆心角范围内旋转，第二一字线激光也可以在弧形孔内180
°
旋转，因此，该弧形孔所对应的圆心角至少为180
°
。
57.在壳体1上设置脉冲式激光测距灯9，可以理解的是，在壳体1上开设透孔，脉冲式激光测距灯9设置在该透孔内。
58.本发明的多功能激光量角器还包括水准器4，水准器4设置在壳体1上，水准器4用于调节多功能激光量角器，使其所在的平面水平。
59.可以理解的是，用气泡的位置标示水平度，当水准器4的气泡位于中间位置时，该
平面水平，即多功能激光量角器所在的平面水平。
60.本发明的多功能激光量角器还包括数字显示屏10，数字显示屏10用于显示指针3的示数以及脉冲式激光测距灯9的示数。
61.本发明的多功能激光量角器壳体使用abs工程塑料制造，其它电气元件、线路等采用本安型设计。
62.裂隙带瓦斯抽采钻场多布置在工作面回风巷中，绝大多数矿井的回风巷兼做轨道巷使用，即回风巷中安装有沿巷道走向铺设的钢轨用于运输材料、设备等生产资料。因巷道和轨道的方位角是已知的，可通过测量钻机钻杆与巷道钢轨空间夹角的方式来确定钻机的开孔方位角。
63.使用本发明的多功能激光量角器测量钻孔的方位角时，包括以下步骤：
64.(1)计算夹角：根据设计钻孔的方位角和巷道的方位角，计算出钻孔与巷道的夹角
ɑ
，因巷道中钢轨的设置方向与巷道近似平行，因此，夹角
ɑ
即为钻孔与钢轨的夹角；
65.(2)安装钻杆：将履带钻机开至施工区域，在从钻机回转器后端插入两根钻杆，通过钻机旋转大盘，粗略调整钻杆的空间角度；
66.(3)仪器调平：将量角器底部的铝合金包边贴到钻杆尾端横截面处，手动调节量角器使水准器气泡居中，确保仪器水平；
67.(4)读数：打开第一一字线激光灯和第二一字线激光灯，调节指针使第二一字线激光灯发出的光线与巷道中的钢轨平行，此时指针显示的示数即为当前钻杆与巷道的夹角
ɑ
1；如图5所示，第一一字线激光灯发出的光线为光线2，第二一字线激光灯发出的光线为光线1，光线1与光线2的夹角即为钻杆与巷道的夹角；
68.(5)角度调节：通过调整钻机旋转大盘，重复步骤(3)和步骤(4)，直至角度
ɑ
1等于设计夹角
ɑ
。
69.在上述步骤(1)-(5)完成后，固定好钻机旋转大盘，使其不再转动，进行钻孔仰角的调节。包括以下步骤：
70.a.仪器放置：将铝合金包边紧贴钻杆外壁，使仪器铅直放置；
71.b.读数：使指针自然下垂，指针所示刻度即为开孔仰角θ1；
72.c.角度调节：通过操作手柄，调节开孔仰角θ1使其等于设计角度θ。
73.使用本发明的多功能激光量角器测量钻孔及钻场间距时，包括以下步骤：
74.s1.读数:打开脉冲式激光测距灯的脉冲式激光测距灯，出现红光点，对准要测量的位置，读取数值l1；
75.s2.距离调节：调整测量的位置，使l1其等于设定的间距l。
76.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
77.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
78.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。