路堑光面爆破炮孔精准定向控制技术研究

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1、路堑光面爆破炮孔精准定向控制技术研究路堑光妞爆破的炮孔精准定向控制技术研究杨年华薛里孟海利（屮国铁道科学研究院北京100081）光面（预裂）爆破效果好坏主要取决于钻孔的平行度，钻孔前方便、快捷、精确地测量和调节钻杆姿态是关键。为此将一种先进的高精度电子罗盘安装在钻架臂上，随时监测钻臂的三维姿态，使钻孔方向处于被监控状态，方便及时调整钻孔方向误差，保证钻孔平行度达到设计要求。此电子罗盘的工作原理是利用重力和地磁导航定向技术，能迅速准确地判读钻孔的方向和倾角，以往主要用于机械人手臂和卫星姿态的测量。与国外开发的GPS测向

2、装置相比不仅成本低，且克服了GPS受卫星信号强弱影响的缺点，测量更加准确快速。通过京沪高速铁路多个边坡钻爆工点的试用，取得优质光面爆破效果，炮孔平行度偏差小于1°。关键词：预裂爆破，电子罗盘，钻孔，定向1前言随着精细爆破概念的提出，意味着更加准确的控制爆破技术将在工程实践中得到发展。实际上精细爆破技术[1][2]主要依赖以下几方血的技术进步：①提高爆破设计计算理论和技术；②改进钻孔机具，提高钻孔施工精度；③研发新型爆破器材，包括现场机械化装药，数码电子雷管，低能导爆索等，提高爆炸能量控制精度；④加强爆破效应检测技术应

3、用，更好优化爆破设计。其中钻爆施工更加精准是当前亟需解决的主要问题，尤其在边坡坡面光面（预裂）爆破（一一精细爆破之一）工程中更为突出。很多工程采用光面（预裂）爆破以提高保留岩体的稳定性、围岩的完整性、爆破后轮廓整齐。长期的实践表明，光面（预裂）爆破的成败60%取决于钻孔精度和质量，40%取决于其它爆破控制技术。为此国内外研制出多种保证钻孔定向准确的控制方法，国A主耍有垂线测量法、比对测量法，国外又在钻机上按装了GPS定位定向系统，可由电脑精确控制钻孔方向。各种不同的钻孔定向方法对控制钻孔质量起到了良好的作用，也推动了

4、光面（预裂）爆破技术的发展。本文介绍一种新型钻孔角度的定向装置，该装置可以不受地理位置影响，其角度检测精确度可以达到0.1度，并且能够方便、快捷、精确地调节钻杆姿态，在钻孔过程屮随时对钻孔角度进行监控，可以适用于不同类型的钻机。通过使用该钻孔角度定向装置，可以使光面（预裂）炮孔之间互相平行，确保开挖轮廓整齐、美观；可以使控制爆破的炮孔按照设计角度钻凿，确保爆破控制效果。2钻孔角度定向装置原理以往发表的光面（预裂）爆破论文中，90%以上都在讨论炮孔间距、装药参数和装药结构的设计，对于钻孔质量控制特别是钻孔角度控制的研究

5、较少，实际上光面（预裂）爆破效果好坏更多取决于钻孔的平行度。当前国内绝大多数光血（预裂）爆破钻孔依靠垂线和量角器测量方向和角度［3］,这种方法效率低，工人的工作态度和经验对角度检测精度影响很大。某些大型矿山引进了高精度GPS定位测量方法［4］，对钻架的角度和倾斜方向作精确测量，使钻孔平行度有所改善，但高精度GPS测量换算速度慢、测量成木高、易受卫星信号强弱影响，难以推广应用。为此我们引用了一种先进的高精度电子罗盘安装在钻架臂上，此前这种高精度电子罗盘主要安装于机械人手臂和卫星系统上，电脑随时监控测量部位的三维姿态。据

6、此我们可随时监测钻臂的三维姿态，使钻孔方向处于被监控状态，方便及时调整钻机误差。高精度钻架姿态测量系统由高精度电子罗盘和读数显示盘组成。电子罗盘的工作原理是利用重力和地磁导航定向技术，迅速准确地判读钻孔的方向和倾角，以便随时纠正钻孔方向，确保钻孔精度和质量。[5]电子罗盘由两个倾斜传感器和三个正交安放的磁阻传感器组成，并带有模数转换和微处理器。根椐重力分量变化倾斜传感器获得载体的姿态角，然后由大地磁场为基准，将三轴磁阻传感器的测量值投影到水平面上，计算得到载体在水平或倾斜状态下的航向角，航向角的北向是磁北，磁北角与极

7、北角有不同纬度有相应的修正系数。电子罗盘内部组成框图和测量示意图如图1。(a)(b)图1电子罗盘的组成与测量示意图Figure1Compositionandmeasurementofelectroniccompassdiagram电子罗盘内部的微处理器控制着各个传感器，模数转换器和数据输出。X、丫、Z三个方向的姿态数据，采用RS232串行标准输出。输出数据分两种模或：(1)方向输出；(2)磁场计输出。一般选择方向输出模成，数掘的格式为：”航向，俯仰，横滚"。航向角是与磁北方向的偏角，在边坡预裂孔钻凿时全部统一为一个方

8、向没有问题。读数显示盘可以用PDA（中文称**个人数字助理'有很多其它功能）或专用显示器连接。PDA工作时可以向电子罗盘发送指令，并且PDA收到电子罗盘发送的数据后，即可对其存储、处理和显示。PDA有标准串行通讯接口（RS232接口）和红外线（IR）传输接口，利用它们可以方便地与其它外部设备通讯、传输数据。PAD上姿态显示界面由3部分组成：（1