本发明涉及用于制备用于岩洞挖掘的装药计划的方法和布置，其中通过使用借助于计算机辅助设计程序形成的凿岩计划，在预定坐标系统中为在掌子面中待钻出的一轮钻孔确定计划钻孔位置。所述方法基于钻孔末端（36）的位置和在一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌（28）确定一轮钻孔的挖出度，并且基于因而确定的挖出度设计或者修改用于随后一轮钻孔的装药计划。
所述方法包括为在岩洞中待钻出的一轮钻孔在预定的坐标集合中预先确定至少钻孔的位置和钻孔的末端的位置，以及借助于计算机辅助设计程序为所述一轮钻孔中的钻孔制定装药计划，用于爆破所述一轮钻孔，其特征在于，
结合钻孔的钻凿，确定用于至少一些所述钻孔的钻孔末端的实际位置；
基于所确定的、钻孔末端的实际位置和在一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌确定一轮钻孔的挖出度；和基于因而确定的挖出度设计或者修改随后的一轮钻孔的装药计划。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过利用测量器械测量残留下来的岩石的表面轮廓来确定岩石的形貌。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过测量在岩石的表面上的、用于下一轮钻孔的钻孔的起点中的至少一些起点并且通过基于用于下一轮钻孔的钻孔的起点中的至少一些起点计算所述表面轮廓的近似值来确定岩石的形貌。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过借助于钻岩设备的控制系统测量来确定待钻出的钻孔的起点的位置。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过利用单独的测量器械测量来确定待钻出的钻孔的起点的位置。
6.根据前面权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，通过利用钻岩设备的控制系统测量来确定待钻出的钻孔的终止点的位置。
7.根据权利要求1到5中任何一项所述的方法，其特征在于，通过在所述钻孔的钻凿之后利用单独的测量器械测量待钻出的钻孔来确定待钻出的钻孔的终止点的位置。
8.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，利用属于钻岩设备的控制单元的计算机制备用于一轮钻孔的装药计划。
9.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，将所测量得关于钻孔末端的位置数据从钻岩设备转移到独立于钻岩设备的外部计算机；
利用独立于钻岩设备的所述外部计算机来计算已实现的挖出度并且设计或者修改用于随后的一轮钻孔的装药计划；和将所获得的装药计划传递到钻岩设备的控制计算机。
10.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，通过基于挖出度修改已经预先制备好的装药计划而制备装药计划。
11.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，基于挖出度来制备用于最近爆破的一轮钻孔之后的一轮钻孔的装药计划。
12.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，基于挖出度来制备用于在最近爆破的一轮钻孔之后的那轮钻孔随后的一轮钻孔的装药计划。
13.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，在预定坐标系统中确定钻孔位置，该钻孔位置被确定为待钻出的钻孔的起点、方向角度和钻孔长度。
14.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，在预定坐标系统中确定钻孔位置，该钻孔位置被确定为待钻出的钻孔的起点和终止点。
15.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，对于所有待钻出的孔，在预定坐标系统中确定钻孔的起点的位置，和相应地，确定钻孔的终止点的位置。
16.一种用于设计用于利用钻岩设备挖掘岩洞的装药计划的布置，所述布置包括一个或者多个钻臂和用于控制钻凿的控制单元，所述钻臂具有附接到所述钻臂的钻岩单元，所述控制单元包括计算机，由此已经为待钻出的一轮钻孔在预定坐标系统中预先限定至少钻孔的位置，所述布置包括带有计算机辅助设计程序的计算机，所述计算机辅助设计程序用于设计装药计划，其特征在于，所述布置包括
用于为至少一些所述钻孔定位实际的钻孔末端的位置的装置，
用于在存储器中存储所确定的、钻孔末端的位置的装置，和
用于确定在一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌的装置，
并且，由此能够基于所限定的、钻孔的末端位置和在已爆破的一轮钻孔之后残留下来的岩石的形貌来限定已爆破的这一轮钻孔的挖出度，并且可以基于因而限定的挖出度来设计或者修改装药计划。
17.根据权利要求16所述的布置，其特征在于，用于限定在一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌的所述装置包括用于测量残留下来的岩石的轮廓的测量器械。
18.根据权利要求16所述的布置，其特征在于，用于限定在一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌的所述装置包括测量器械，所述测量器械用于测量在岩石的表面上的、用于下一轮钻孔的至少部分钻孔的起点并且用于基于所测量的起点来计算岩石表面轮廓的近似形。
19.根据权利要求18所述的布置，其特征在于，用于测量待钻出的钻孔的起点的所述测量器械是用于钻岩设备的控制系统的组成部分。
20.根据权利要求18所述的布置，其特征在于，用于测量待钻出的钻孔的起点的所述测量器械包括单独的测量器械。
用于制备装药计划的方法和布置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于制备用于岩洞的挖掘的装药计划的方法，该方法包括为在岩洞中待钻出的一轮钻孔（round）在预定的坐标系统中预先确定至少钻孔的位置并且借助于计算机辅助设计程序为在这一轮钻孔中的钻孔制定装药计划，用于爆破这一轮钻孔。
[0002] 本发明进一步涉及一种用于设计装药计划的布置，用于利用钻岩设备挖掘岩洞，该钻岩设备包括一个或者多个钻臂和用于控制钻凿的控制单元，钻臂具有附接到钻臂的钻岩单元，控制单元包括计算机，由此已经预先为待钻出的一轮钻孔限定在预定坐标系统中至少钻孔的位置，该布置包括计算机，该计算机带有用于设计装药计划的计算机辅助设计程序。
背景技术
[0003] 以多轮钻孔的形式挖掘隧道、地下存储筒仓和其它岩洞。在隧道或者岩洞的其它部分中，钻孔被钻出，并且然后在钻凿之后装药和爆破。一次爆破从岩石分离等于一轮钻孔的量的岩石材料量。为了挖掘岩洞，预先作出计划并且确定例如有关岩石类型的信息。通常，岩洞的订购方还为待挖掘的洞穴设定各种质量要求。
[0004] 当利用设有使用仪器的钻岩设备执行隧道钻凿时，用于钻凿一轮钻孔的凿岩计划和用于爆破这一轮钻孔的装药计划通常作为办公室工作被设计出来。凿岩计划和装药计划被供应到钻岩设备以借助于它的控制计算机而被使用。凿岩计划用作用于在岩石中钻出钻孔的受控指令，使得所期望的一轮钻孔能够得以形成。
[0005] 特别地，通过每一轮钻孔的挖出度（pull-out）来测量凿岩和装药的成功性，每一轮钻孔的挖出度涉及的是在爆破之后隧道的推进量与凿岩计划中的所设计的长度的比率。在挖掘项目中，例如，挖出度从百分之88到百分之95的改进意味着相当大的成本节约。
在实践中，预期通过改变凿岩计划或者装药计划来限定最佳挖出度。在改变装药计划时应用的参数的实例包括在不同的计划区域中的钻孔之间的距离、具体的装药量（specific charge）、装药程度、爆破口（blast cut）。
[0006] 为了设计装药计划，研发了设计程序，该设计程序辅助设计者制定装药计划。因此，设计装药计划是在设计者和设计程序之间的交互行为。
[0007] 例如，凿岩计划和连续设计的制定，以及在隧道工作期间的设计的审阅，已经鉴于爆破技术而被以各种方式研发出来。这例如在公报WO2008/078001中给出。
[0008] 在实践中，在一轮爆破中，已经发现，即使基于已知的事实尽可能完美地设定钻孔位置与爆破装药的尺寸和数量，然而爆破的结果仍与计划的设计有出入。典型地，当在爆破之后移除被分离的材料时，可能发现残留下来的岩石表面显著地与应该已经在爆破之后形成的理论上的表面偏离。这可能由多个不同的因素导致，诸如岩石的断裂性质或者硬度，或者不能以充分的准确度预先已知的某个其它因素。然而，结果是，挖掘效率降低并且这继而引起非常大的额外成本。
发明内容
[0009] 本发明的一个目的在于提供用于制定凿岩计划的方法和布置，其中与以前的相比，条件被更好地加以考虑，并且因此可以比以前更加有效率地并且更加准确地挖掘隧道。本发明的方法的特征在于：结合钻孔的钻凿，确定至少一些钻孔的末端的位置；在存储器中存储所确定的、钻孔末端的位置；基于所确定的、钻孔末端的位置和在一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌来确定一轮钻孔的挖出度；并且基于因而确定的挖出度设计或者修改随后的一轮钻孔的装药计划。
[0010] 本发明的布置的特征在于，该布置包括用于为至少一些钻孔定位实际的钻孔末端的位置的装置、用于在存储器中存储所确定的、钻孔末端的位置的装置和用于确定在这一轮爆破之后残留下来的岩石的形貌的装置，并且由此能够基于所限定的、钻孔的末端位置和在已爆破的一轮钻孔之后残留下来的岩石的形貌来限定已爆破的这一轮钻孔的挖出度，并且可以基于因而限定的挖出度来设计或者修改装药计划。
[0011] 本发明的思想在于，在为一个或者多个后续轮的钻孔设计装药计划时，在最新爆破的一轮钻孔的钻孔末端的位置和待钻出的新的钻孔的起点的位置之间的差异被加以考虑。此外，思想在于，基于这些差异修改装药计划。
[0012] 本发明的一个优点在于，通过对于在爆破之后在最新爆破的一轮钻孔中出现的、与计划的偏离加以考虑，用于后续轮的钻孔的、更加适当并且更加有效率的装药计划得以实现，这将随后增加每一轮钻孔的挖出度并且因此改进整个隧道挖掘过程的效率并且降低成本。因此，整体上可以在操作中对于岩石性质的改变比以前更好地加以考虑。
附图说明
[0013] 将在附图中更加详细地解释本发明的一些实施例，其中
[0014] 图1是钻岩设备和用于设计凿岩计划的、典型地与钻岩设备分离的装置的示意侧视图；
[0015] 图2是沿着待挖掘的隧道的方向看凿岩计划的示意图；
[0016] 图3是凿岩计划的原理的示意顶视图，
[0017] 图4a和4b是在爆破之后在一轮钻孔中的实际情况的示意顶视图；并且[0018] 图5a到5d是在两轮相继的钻孔中的情况的示意透视图。
[0019] 在图中，为了清楚起见，简化地示出本发明的一些实施例。在图中类似的附图标记参考类似的部分。
具体实施方式
[0020] 图1示出钻岩设备1，所述钻岩设备1包括可移动载架2、一个或者多个钻臂3和被布置于钻臂3的钻凿单元4。钻凿单元4包括进给梁5，该进给梁5借助于进给设备而允许钻岩机器6移动。此外，钻凿单元4包括钻具7，由钻岩机器的撞击设备递送的冲击脉冲由钻具7传递到待钻凿的岩石。钻岩设备1进一步包括至少一个控制单元8，所述控制单元8被构造用以控制被包括在钻岩设备1中的致动器。控制单元8可以是计算机或者相应的设备，并且它可以包括用户接口，用户接口包括显示装置以及用于给予控制单元8命令和信息的控制装置。
[0021] 典型地，为每一轮钻孔创建对于装药计划加以考虑的凿岩计划和挖掘轮廓。在凿岩计划中，在预定坐标系统中限定待钻出的钻孔的位置。待钻出的钻孔的位置可以或者被确定为在所述坐标系统中的起点、方向及其长度，或者仅仅被确定为起点和终止点，而在坐标系统中，钻孔的长度和方向基于这些起点和终止点而被相应地确定。该装药计划继而针对具体的孔限定所要使用的炸药、装药尺寸、用于引爆装药的定时等。
[0022] 通常利用设计计算机21在凿岩现场之外所在地，诸如办公室9处设计凿岩计划，例如当被创建或者浏览时，凿岩计划12被示出在设计计算机21的显示器22上。凿岩计划可以从设计计算机21被下载并且存储在存储器装置诸如记忆棒或者磁盘中，或者它可以经由数据传递链接10而被直接地转移到钻岩设备的控制单元8并且被存储在典型地在控制单元中存在的存储器装置，诸如硬盘或者存储磁盘中。如果有必要，则还可以例如在钻岩设备1的舱室11中借助于控制单元8进行凿岩计划12的设计和修改。此外，可以在凿岩现场处或者在其之外修改现有凿岩计划。凿岩计划的设计是计算辅助的并且通常本质上是重复性的。在设计计算机21、控制单元8的计算机等上运行设计程序，并且设计者23利用设计程序交互性地操作、输入必要的数据、进行选择以及控制设计过程。已经设计好的计划部分可以进一步在设计过程期间重复地修改，从而实现更好的结果。相应地，基于在凿岩计划中确定的钻孔位置和它们的末端的位置，可以利用计算机辅助设计程序绘制装药计划，用于爆破一轮钻孔。本领域技术人员熟悉装药计划的制备，并且因此更加详细地描述这一点是不必要的。
[0023] 在凿岩计划完成时，它可以被下载到钻岩设备的控制单元8并且被运行。所设计的钻孔被在岩石24中钻出、被装药并且然后被爆破。等于所期望的一轮钻孔的量的岩石量被从岩石24分离并且通过输送而被移除。然后，根据相同或者新的凿岩计划12为下一轮钻孔钻出新的钻孔。
[0024] 图2示出可以包括多个钻孔的凿岩计划12的一个实例。在凿岩计划12中，钻孔13的起点13a可以由适当的符号诸如圆圈代表，并且钻孔的方向被表示成从起点13a起的投影线13b。如在图2中所示，凿岩计划12的xz投影可以在设计计算机21的图形用户界面即显示器22中显示，或者在其它情形中在钻岩设备1的控制单元8中以与在图形用户界面中相同的方式显示。
[0025] 图3是与在隧道25中待钻出的一轮钻孔26有关的凿岩计划12的原理的顶视图。在导航中，凿岩设备和凿岩计划的坐标系统被彼此关联并且被与隧道的坐标系统关联。在导航之后，可以根据计划执行这一轮钻孔的钻削。
[0026] 附图从挖掘的观点示出如何以适当的间隔并且沿着不同的方向关于待钻凿的岩石横向于隧道定位钻孔13。通常，用于凿岩计划的基础是所谓的导航平面27，这是在距实际的岩石表面28一定的距离处沿着隧道横向方向的假想平面。在凿岩计划中，在将处于导航平面上的坐标系统中确定待钻出的钻孔的理论上的起点29，并且执行在钻岩设备中钻臂的定向，使得当钻凿开始时，钻杆穿过这一起点。
[0027] 这一轮钻孔26的标称长度是在导航平面27和理论上的结束平面30之间的距离L。实际上，如在图中出现的那样，一些钻孔延伸超过结束平面，并且其它的孔，典型地是在边缘部分中的那些钻孔，保持比这一轮钻孔的长度短。
[0028] 图4a和4b是在爆破之后通常地在这一轮钻孔中占优势的实际情况的示意性顶视图。在图4a中，实线33描绘了在爆破之后保留在岩石中的、在已爆破的一轮钻孔中的钻孔的末端部分，并且在爆破中，这些末端部分周围的岩石未脱离。此外，虚线34描绘了用于下一轮钻孔的、待钻出的钻孔。在残留下来的岩石表面，即开始表面28和穿过这一轮钻孔的钻孔末端的理论上的结束表面36之间的区域是理论上应该已经在爆破中被分离的岩石。这个岩石在图4b中由区域37示意。在实践中，这种岩石总是残留下来，并且当从预期在爆破中分离的所设计的岩石量减去这种岩石的量时，将获得之前述及的挖出度，即作为预期量的百分比的、被分离的岩石量。尤其是根据岩石类型和结构、钻孔的钻凿多么地成功等，残留下来的岩石的厚度可以在隧道的横向表面的各个不同的部分中大大地改变。
[0029] 继而，图5a到5d是在同一隧道挖掘中在两轮已实际上实现的钻孔之间的相互关系和在所设计的一轮钻孔和已实现的一轮钻孔之间在爆破时未被分离的残留下来的岩石的示意透视图。例如，通过确定在残留下来的岩石的表面上的、在下一轮钻孔中待钻出的钻孔的起点的位置和前一轮钻孔的钻孔末端的位置并且通过基于这些点形成向使用者示出在这轮爆破中的未被分离的岩石的体积的型体，从而获得所述未被分离的岩石的形状。
[0030] 图5a基于在岩石的开始表面28a上的被钻出的钻孔的起点和结束表面36a在隧道坐标系统中示出一轮钻孔26a的形状，所述结束表面36a由钻孔末端的位置限定并且通过钻孔末端的位置。图5b继而相应地基于在从前一轮钻孔26a的爆破中残留下来的岩石的开始表面28b上新的钻孔的起点和结束表面36b在同一坐标系统中示出下一轮钻孔26b的形状，所述结束表面36b由新的钻孔的钻孔末端的位置限定并且通过新的钻孔的钻孔末端。
[0031] 在图5c中，两轮钻孔26a和26b被置放在它们实际的相互位置中，并且因此看起来后一轮钻孔26b的开始表面28b比前一轮钻孔26a的理论上的结束表面36a更加靠近前一轮钻孔26a的开始表面28a。因此，理论上，应该已经在爆破中被分离的岩石37在表面28b和36a之间得以残留下来。这个岩石37在图5d中示意。这意味着在实现的一轮钻孔长度的损失，这是因为未分离全部的期望的岩石。这还意味着在隧道挖掘工作中更慢的进度以及额外的成本。借助于本发明充分地改进了这些特征。
[0032] 本发明的思想在于修订用于随后轮的钻孔的装药计划，使得基于已实现的一轮钻孔的爆破结果，将对在一个或者多个随后轮的钻孔的钻凿中使用的装药计划进行修改和最优化。
[0033] 在目前的实践中，根据所设计的计划钻出钻孔，而与钻孔的实际起点处于什么位置无关。所以，因为额外的岩石，钻孔的实际起点与理论上的起点偏离，而这对于凿岩计划或者装药计划的设计和实现无任何影响。根据本发明，基于已实现的结果，当必要时，校正装药计划。所以，例如装药诸如装药尺寸、炸药的质量等可以结合下一轮钻孔得到修改，从而爆破结果将会更好地对应于所期望的结果。
[0034] 用于修改装药计划的基础由为新一轮钻孔在开始钻孔的钻凿时所确定的岩石的表面形貌和在已爆破的这一轮的岩石中的钻孔末端的位置组成。通过利用测量设备诸如激光器或者超声波测量设备准确地对其测量而获得岩石的表面形貌，即它的轮廓。可替代地，可以通过确定在岩石的表面上的、用于下一轮钻孔的钻孔的起点而以足够的精度近似地确定岩石的表面形貌。可以或者通过利用本身已知的单独的测量设备测量这些起点，或者通过借助于钻岩设备的控制单元确定位置数据而执行所述确定。可以或者在凿岩之前、在凿岩期间或者在凿岩之后测量钻孔的起点的位置数据。相应地，或者通过利用单独的测量设备测量这些钻孔末端，或者通过借助于钻岩设备的控制单元确定这些钻孔末端，从而提供钻孔末端的位置数据。根据所期望的准确度，能够确定所有的钻孔的起点和终止点的位置数据或者只是适当地选择的钻孔的位置数据。
[0035] 借助于因此确定的岩石的表面形貌和所确定的钻孔末端的位置数据，能够计算前一轮钻孔的挖出度，并且如果需要，则能够以上述方式针对下一轮钻孔或者任何后续轮的钻孔修订装药计划。
[0036] 当使用钻岩设备的控制单元时，在实践中，实现所述确定，使得当操作员，诸如钻凿人员开始钻出钻孔时，他将钻岩设备的钻臂移动到相对于待钻出的钻孔正确的凿岩位置，由此设备传感器能够测量沿着凿岩方向的钻孔的起点。这条信息被存储在凿岩设备的控制单元中，并且基于这条信息和相应的、较早地钻出的钻孔的实际位置数据，计算在这些点之间的差异。当为在凿岩计划中全部的钻孔或者所选择的钻孔执行这个程序时，也能够计算出与凿岩计划相比，在隧道的横向表面的每一个具体点处还有多少岩石残留下来而仍然保持未被分离，以及岩石的量。
[0037] 或者借助于凿岩设备上的计算机或者通过将数据传到凿岩设备之外的计算机以由不在现场的装药计划设计者使用，这个原理允许在用于下一轮钻孔的装药计划中的待确定的必要的修改，从而在下一轮爆破中，岩石材料能够更好地符合计划地被破碎并且被从岩石分离。一旦已经基于所述差异数据限定装药计划，该装药计划即刻地可用于钻岩设备的控制计算机，或者该装药计划被传递到钻岩设备的控制计算机以便使用。
[0038] 可以结合对前一轮钻孔的爆破之后的一轮钻孔的钻凿，即刻地实现装药计划的改变，然而在实践中，当被采用用于校正下一轮钻孔之后的一轮钻孔的装药计划时，它也是有用的。在实践中，能够由激光扫描器执行独立于凿岩设备的测量，该激光扫描器存储遍布整个表面的表面轮廓而不以任何方式集中在待钻出的钻孔的起点上。这样的激光扫描是仅仅占用几分钟的操作，并且因此它并不以任何方式使得工作变慢。
[0039] 在一些情形中，在本申请中公开的特征可以被原样地使用，而与其它特征无关。在另一方面，当有必要时，可以组合在该申请中公开的特征从而提供各种组合。
[0040] 附图和相关说明仅仅旨在示意本发明的思想。本发明的细节可以在权利要求书的范围内改变。
