用于隧道钻爆法施工的装药台车及系统的制作方法

1.本发明提供了一种用于隧道钻爆法施工的装药台车及系统，属于隧道施工设备领域，尤其涉及一种在隧道钻爆法施工时装填炸药的装药台车。

背景技术：

2.隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程，随着铁路建设的发展和技术进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的隧道开挖方法包括钻爆法、盾构法和凿孔机法。由于钻爆法对地质条件的适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道的施工。随着机械化施工装备在隧道钻爆法开挖工序中的应用，乳化炸药的机械化装填施工作业成为未来钻爆法施工的重要发展方向。

3.目前隧道钻爆法施工作业中，主要依靠技术人员提前编制的爆破作业指导交底文件，该文件中通常只给出了大致的布孔方案及不同类型孔的乳化炸药装填量，而在实际作业过程中，需要现场人员根据隧道的实际围岩强度、钻孔直径及爆破效果调整乳化炸药装填方案，并人工指导炸药装填。这种作业方式依赖技术人员的经验，而且对技术人员的经验要求较高，无法满足隧道钻爆法施工过程中炸药装填的自动化需求。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于隧道钻爆法施工的装药台车及系统，用于解决隧道钻爆法施工中乳化炸药装填依赖人工、不能自动化操作的问题。

5.为了实现上述目的，本发明提供了一种用于隧道钻爆法施工的装药台车，包括控制模块和用于为各钻孔装填炸药的执行机构，控制模块控制连接执行机构，还包括用于获取钻孔数据的数据通信模块、用于根据钻孔数据中的钻孔坐标得到钻孔类型的钻孔数据预处理模块、用于根据钻孔数据确定各钻孔所在位置围岩强度的围岩强度识别模块、用于根据钻孔参数和围岩强度确定各钻孔炸药装填参数的炸药装填参数匹配模块；所述钻孔参数包括钻孔直径、钻孔深度和钻孔类型；

6.所述围岩强度识别模块存储有预先获得的钻孔数据和对应钻孔所在位置围岩强度之间的对应关系，所述炸药装填参数匹配模块存储有预先获得的钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系；

7.钻孔预处理模块连接数据通信模块，以获取钻孔坐标；围岩强度识别模块连接钻孔数据预处理模块或数据通信模块，以获取钻孔数据；炸药装填参数匹配模块连接钻孔数据预处理模块和围岩强度识别模块，以获取各钻孔的钻孔参数和对应的钻孔所在位置的围岩强度；

8.控制模块连接炸药装填参数匹配模块，以获取各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，进而根据各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，控制执行机构为各钻孔装填炸药。

9.本发明的用于隧道钻爆法施工的装药台车，通过数据通信模块从凿岩台车获取钻孔数据；由钻孔数据预处理模块对钻孔数据中的钻孔坐标进行分析，得出钻孔类型，钻孔类

型包括位于隧道轮廓线周围设定范围内的周边孔、位于隧道断面中间位置的掏槽孔、位于周边孔和掏槽孔中间区域的辅助孔和位于隧道断面上靠近地面位置的底板孔；由围岩强度识别模块对钻孔数据进行分析，根据钻孔数据中的凿岩台车冲击频率、钻孔速度、旋转速度、回转速度、推进压力、冲击压力、缓冲压力和回转压力等，得出钻孔所在位置的围岩强度；由炸药装填参数匹配模块对钻孔参数和围岩强度进行分析处理，得出各钻孔的炸药装填参数，由控制模块根据各钻孔的炸药装填参数，控制装药台车的执行机构为各钻孔装填炸药。采用本发明，提高了装药台车的机械化操作能力，能够满足隧道钻爆法施工过程中炸药装填的自动化需求，对技术人员的经验依赖程度降低，有利于提高隧道钻爆法施工的效率。

10.进一步地，在上述台车中，还包括采样连接执行机构的数据采集模块，控制模块连接数据采集模块，以获取执行机构的装填压力；

11.在执行机构为各钻孔装填炸药的过程中，控制模块通过数据采集模块获取实时装填压力，通过闭环控制，控制执行机构的实时装填压力达到炸药装填参数中的装填压力。

12.为实现炸药装填过程中的闭环控制，装药台车还包括数据采集模块，数据采集模块可以采集炸药装填过程中执行机构的实时装填压力，通过压力闭环控制的方式，将实时装填压力与炸药装填参数中的装填压力进行比较，将二者的差值作为调节量，根据调节量调节比例阀，从而使执行机构的实时装填压力达到炸药装填参数中的装填压力，提高炸药装填过程的稳定性，使得炸药装填结果与炸药装填参数一致。

13.进一步地，在上述台车中，还包括隧道轮廓识别模块，所述隧道轮廓识别模块用于将获取的隧道实际轮廓与预先获取的隧道设计轮廓进行比较；若隧道实际轮廓存在欠挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度增大；若隧道实际轮廓存在超挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度减小。

14.装药台车还包括隧道轮廓识别模块，隧道轮廓识别模块可以对爆破后的隧道实际轮廓和预先制定的隧道理论轮廓进行比对分析，从而判断上一循环中的炸药装填参数是否满足施工需求。若隧道实际轮廓存在欠挖，则调整钻孔数据、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，从而保证在下次遇到相同的情况时，制定出的炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度增大，防止欠挖情况再次发生；若隧道实际轮廓存在超挖，则调整钻孔数据、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，从而保证在下次遇到相同的情况时，制定出的炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度减小，防止超挖情况再次发生。因此，隧道轮廓识别模块可以提高装药台车对隧道钻爆法施工需求的可靠性。

15.进一步地，在上述台车中，还包括装药孔连线设计模块，所述装药孔连线设计模块用于根据钻孔类型和炸药装填量确定各钻孔之间的引爆顺序；所述钻孔类型包括位于隧道轮廓线周围设定范围内的周边孔、位于隧道断面中间位置的掏槽孔、位于周边孔和掏槽孔中间区域的辅助孔和位于隧道断面上靠近地面位置的底板孔；

16.装药孔连线设计模块连接钻孔数据预处理模块，以获取钻孔类型，还连接炸药量装填参数匹配模块，以获取各钻孔的炸药装填量；

17.所述引爆顺序包括：先引爆掏槽孔，再引爆辅助孔，再引爆周边孔和底板孔；在钻孔类型相同时，先引爆炸药装填量较大的钻孔，再引爆炸药装填量较小的钻孔。

18.为进一步提高装药台车的自动化能力，装药台车还包括装药孔连线设计模块，从而根据各钻孔的钻孔类型和炸药装填量，确定出各钻孔之间的引爆顺序，给出连接各钻孔的导火索连线顺序，从而保证最终的引爆顺序为：先引爆掏槽孔，再引爆辅助孔，再引爆周边孔和底板孔；在钻孔类型相同时，先引爆炸药装填量较大的钻孔，再引爆炸药装填量较小的钻孔。

19.进一步地，在上述台车中，还包括数据显示模块，所述数据显示模块连接控制模块，以显示各钻孔的钻孔参数、钻孔所在位置处围岩强度、炸药装填参数和各钻孔间的引爆顺序。

20.装药台车还包括数据显示模块，用于显示隧道断面上各钻孔的钻孔数据、钻孔所在位置处围岩强度、炸药装填参数和各钻孔间的引爆顺序，便于指导操作人员进行装药操作。

21.本发明还提供一种用于隧道钻爆法施工的装药系统，包括用于连接装药台车的控制模块、用于获取钻孔数据的数据通信模块、用于根据钻孔数据中的钻孔坐标得到钻孔类型的钻孔数据预处理模块、用于根据钻孔数据确定各钻孔所在位置围岩强度的围岩强度识别模块、用于根据钻孔参数和围岩强度确定各钻孔炸药装填参数的炸药装填参数匹配模块；所述钻孔参数包括钻孔直径、钻孔深度和钻孔类型；

22.所述围岩强度识别模块存储有预先获得的钻孔数据和对应钻孔所在位置围岩强度之间的对应关系，所述炸药装填参数匹配模块存储有预先获得的钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系；

23.钻孔预处理模块连接数据通信模块，以获取钻孔坐标；围岩强度识别模块连接钻孔数据预处理模块或数据通信模块，以获取钻孔数据；炸药装填参数匹配模块连接钻孔数据预处理模块和围岩强度识别模块，以获取各钻孔的钻孔参数和对应的钻孔所在位置的围岩强度；

24.控制模块连接炸药装填参数匹配模块，以获取各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，进而根据各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，控制装药台车的执行机构为各钻孔装填炸药。

25.进一步地，在上述系统中，还包括采样连接执行机构的数据采集模块，控制模块连接数据采集模块，以获取执行机构的装填压力；

26.在执行机构为各钻孔装填炸药的过程中，控制模块通过数据采集模块获取实时装填压力，通过闭环控制，控制执行机构的实时装填压力达到炸药装填参数中的装填压力。

27.进一步地，在上述系统中，还包括隧道轮廓识别模块，所述隧道轮廓识别模块用于将获取的隧道实际轮廓与预先获取的隧道设计轮廓进行比较；若隧道实际轮廓存在欠挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度增大；若隧道实际轮廓存在超挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度减小。

28.进一步地，在上述系统中，还包括装药孔连线设计模块，所述装药孔连线设计模块用于根据钻孔类型和炸药装填量确定各钻孔之间的引爆顺序；所述钻孔类型包括位于隧道轮廓线周围设定范围内的周边孔、位于隧道断面中间位置的掏槽孔、位于周边孔和掏槽孔中间区域的辅助孔和位于隧道断面上靠近地面位置的底板孔；

29.装药孔连线设计模块连接钻孔数据预处理模块，以获取钻孔类型，还连接炸药量装填参数匹配模块，以获取各钻孔的炸药装填量；

30.所述引爆顺序包括：先引爆掏槽孔，再引爆辅助孔，再引爆周边孔和底板孔；在钻孔类型相同时，先引爆炸药装填量较大的钻孔，再引爆炸药装填量较小的钻孔。

31.进一步地，在上述系统中，还包括数据显示模块，所述数据显示模块连接控制模块，以显示各钻孔的钻孔参数、钻孔所在位置处围岩强度、炸药装填参数和各钻孔间的引爆顺序。

附图说明

32.图1为本发明系统实施例中装药系统的结构框图；

33.图2为本发明台车实施例中乳化炸药装填控制方法的流程框图；

34.图3为本发明台车实施例中钻孔参数、装填参数与引爆参数之间关系的示意图。

具体实施方式

35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

36.系统实施例：

37.本发明提供的一种用于隧道钻爆法施工的装药系统，能够根据钻孔数据确定出各钻孔的类型和当前隧道断面的围岩强度，进而采用炸药装填参数匹配模块，根据钻孔数据和围岩强度，给出符合当前隧道施工要求的炸药装填方案，然后根据炸药装填方案制定连线起爆方案。在炸药装填过程中，根据炸药装填方案和连线起爆方案进行炸药装填和连线起爆；在爆破完成后，通过对爆破后的隧道轮廓进行分析，从而对炸药装填参数匹配模块进行参数调整，以此制定出更加符合施工要求的炸药装填方案。

38.如图1所示，装药系统包括数据通信模块、钻孔数据预处理模块、围岩强度识别模块、围岩强度-钻孔参数-炸药装填匹配模块、控制模块、装药孔连线设计模块、数据采集模块和隧道轮廓识别模块。

39.数据通信模块具有无线通信和有线通信功能，能够通过有线或者无线通信的方式，从凿岩台车处直接获取钻孔数据，或通过其他外接设备从上层网络处获取凿岩台车上传的钻孔数据。钻孔数据包括钻孔直径、钻孔角度、钻孔深度和钻孔坐标等钻孔参数，还包括凿岩台车在开凿各钻孔时的钻机频率、钻孔速度、旋转速度、回转速度、推进压力、冲击压力、缓冲压力和回转压力等凿进参数。

40.钻孔数据预处理模块连接数据通信模块，用于接收数据通信模块获取的钻孔数据进行分析处理，从而得到钻孔参数表。钻孔参数表包括钻孔序号、钻孔类型、钻孔深度、钻孔直径和钻孔坐标等钻孔参数。钻孔类型根据钻孔坐标来确定，分为周边孔、掏槽孔、辅助孔和底板孔。钻孔坐标位于隧道轮廓线上或距离隧道轮廓线设定距离的范围内，则为周边孔；

钻孔坐标位于隧道断面中间位置，则为掏槽孔；钻孔坐标位于周边孔和掏槽孔之间的区域且靠近隧道轮廓位置，则为辅助孔；若钻孔坐标位于隧道断面上靠近地面的位置，则为底板孔。并且，钻孔预处理模块还能够绘制出隧道断面及断面上钻孔的二维平面图以及对应的三维效果图，以在数据显示模块中进行显示，方便施工人员查看。

41.围岩强度识别模块连接数据通信模块或钻孔数据预处理模块，以获取各钻孔的钻孔数据。围岩强度识别模块具有内置的围岩强度识别模型，用于对钻孔数据进行分析处理，得到各钻孔所在位置的围岩强度。围岩强度识别模型反映了钻孔数据与对应钻孔所在位置的围岩强度之间的映射关系。将凿进参数作为围岩强度识别模型的输入，根据凿进参数获取单位体积钻进耗能edp和钻进过程指数dpi的特征参数，进而获取单轴抗压强度ucs和完整性系数kv的岩体参数，利用回归分析模型，对特征参数和岩体参数进行相关性分析，从而得出隧道断面上各钻孔所在位置的围岩强度。

42.建立围岩强度识别模型时，可参考公布号为cn112761524a的中国专利文件，该专利文件中岩体质量探测评估方法即可用于构建围岩强度识别模型。

43.围岩强度-钻孔参数-炸药装填匹配模块(以下简称炸药装填参数匹配模块)，用于根据各钻孔的钻孔数据以及各钻孔所在位置的围岩强度，给出与各钻孔对应的装填参数表，并生成每个钻孔的装填参数三维效果图。装填参数表包括对应每个钻孔的装药量(即炸药装填量)、装填密度、装药方式、装填速度、装药管回管速度和装填压力等参数。装填参数三维效果图包括炸药装填效果的示意图，示意图中能显示装填参数，以指导操作人员进行装药操作。

44.炸药装填参数匹配模块内存储有炸药装填参数匹配模型，炸药装填参数匹配模型反映钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，该模型的原理为：通过钻孔参数，根据钻孔深度、钻孔角度和钻孔直径，明确每个钻孔需要爆破掉的岩石体积，其中掏槽孔需要炸掉的岩石体积最大，辅助孔需要炸掉的岩石较少，周边孔只需要炸掉一侧的极少量岩石，通过围岩强度，明确每个钻孔需要的炸药能量，再通过炸药爆轰参数算出每个钻孔的炸药装填量，进而确定出装填参数表。装填参数表包括装药量(即炸药装填量)、装填密度、装填速度、装药管回管速度、装药方式和装填压力。装填方式包括全耦合装药和分段装药。

45.基于最小二乘支持向量机算法，通过大量的试验数据，对炸药装填参数匹配模型进行训练和测试，并采用拟合度r2和均方根误差mse对该模型的精度进行评价，从而得到一个较为准确的炸药装填参数匹配模型。拟合度r2越接近1，均方根误差mse越小，则模型的拟合优度越高，精度越高。

46.控制模块与炸药装填参数匹配模块连接，以获取各钻孔的炸药装填参数。控制模块还获取各钻孔的钻孔坐标。当控制模块与装药台车的执行机构连接时，控制模块通过读取执行机构的坐标，将其与对应钻孔序号的钻孔匹配，并根据装填参数表中该钻孔的装填参数，控制执行机构进行炸药装填。

47.装药孔连线设计模块用于根据各钻孔的钻孔类型和装填参数，制定出各钻孔的连线和引爆方案，该方案能在二维平面图和三维效果图中实时显示；同时给出装药孔连线和引爆参数表，表中包括各钻孔之间的导火索连线和引爆顺序。爆破人员能够根据二维平面图、三维效果图或引爆参数表，完成钻孔爆破连线。

48.隧道断面引爆的过程为：先引爆中间的掏槽孔，再引爆辅助孔，最后引爆周边孔和底板孔。在钻孔类型相同时，先引爆装药量多的钻孔，再引爆装药量少的钻孔。因此，装药孔连线设计模块可以根据装填参数和钻孔类型，确定反映引爆顺序的引爆参数表。

49.数据显示模块包括二维显示单元、三维显示单元和数据表格显示单元，各单元之间相互联系，其中一个单元中的数据发生变化，另外两个单元中的数据随之发生变化。数据显示模块用于显示隧道断面和隧道断面上各钻孔的二维平面图和三维效果图，并在图中采用不同颜色显示不同的围岩强度，还显示各个钻孔的钻孔参数和装填参数，以及各钻孔之间的导火索连线和引爆顺序。

50.数据采集模块通过各个传感器对炸药装填过程中的实时装填参数进行采集，形成钻孔装填状态监测表。传感器例如装药导管上设置的流量传感器、压力传感器、位置传感器和温度传感器等。将实时装填参数与控制模块中的炸药装填参数进行对比分析，实现对装填过程的闭环控制，同时将采集的实时装填参数存储在装填参数表中，便于后期分析。

51.隧道轮廓识别模块包括扫描接口，扫描接口用于连接隧道扫描设备以直接获取隧道轮廓参数，或者连接上层网络，以从上层网络获取隧道轮廓参数。当隧道轮廓识别模块获取到爆破后的隧道实际轮廓，将隧道实际轮廓与预先获取的隧道理论轮廓进行对比分析，从而对上一循环的炸药装填方案所形成的爆破效果进行判断，进而对炸药装填参数匹配模型进行调整，以提高更加符合施工要求的炸药装填方案。

52.上述的各个模块可以是独立的系统模块，各模块独立工作，模块间通过相应的通信接口和数据总线进行通信交互，也可以根据各个模块的功能，集成安装，实现整机功能。

53.本发明的装药系统可加载到不具备信息化功能的装药设备上，实现如下自动化装药功能：1)通过数据通信模块获取凿岩台车的钻孔数据；2)由钻孔数据预处理模块对钻孔坐标进行分析，得出钻孔类型；3)由围岩强度识别模块对凿进参数进行分析，得出钻孔所在位置的围岩强度；4)由炸药装填参数匹配模块对钻孔参数和围岩强度进行分析处理，得出各钻孔的炸药装填参数；5)由装药孔连线设计模块对各钻孔的钻孔数据和炸药装填参数进行处理，得出各钻孔间的连线和引爆顺序；6)由控制模块根据各钻孔的炸药装填参数，控制装药设备的执行机构为各钻孔装填炸药；7)由控制模块通过数据采集模块采集炸药装填过程中的实时装填参数，对炸药装填过程进行闭环控制；8)由隧道轮廓识别模块获取爆破后的隧道实际轮廓，与隧道理论轮廓进行对比分析，若存在超挖或欠挖的情况发生，则对炸药装填参数匹配模块中的炸药装填参数匹配模型进行调整；9)由数据显示模块通过表格或二维、三维图像的方式，对隧道断面上各钻孔的钻孔参数、装填参数和引爆顺序进行显示。

54.采用本发明的用于隧道钻爆法施工的装药系统，可以实现对现有装药设备的升级改造，提升装药设备的自动化能力，从而实现在隧道钻爆法施工过程中，对炸药装填方案进行自适应控制和全过程监控反馈，提高装药设备的工作能力，进而提高隧道施工效率。

55.台车实施例：

56.本发明提供的一种用于隧道钻爆法施工的装药台车，包括系统实施例中的装药系统和用于为各钻孔装填炸药的执行机构，装药系统中的控制模块与执行机构连接。关于装药系统的结构，在系统实施例中已经介绍的清楚明白，此处不再赘述。

57.通过如图2所示的乳化炸药装填控制方法，对装药台车的工作过程进行说明，该方法包括如下步骤：

58.1)在凿岩台车钻孔结束后，装药台车的数据通信模块通过外接设备与凿岩台车进行数据交互，从而获取钻孔数据，并将钻孔数据发送至钻孔数据预处理模块进行处理。

59.2)钻孔数据预处理模块对接收到的钻孔数据进行分析处理，得到钻孔参数表，将钻孔参数表发送至炸药参数装填匹配模块，还将钻孔参数表发送至数据显示模块进行显示。钻孔数据预处理模块还对钻孔数据中的凿进参数进行数据过滤，并将过滤后的凿进参数发送至围岩强度识别模块以进行围岩强度识别。钻孔参数表如下表1所示：

60.表1钻孔参数表

[0061][0062]

3)围岩强度识别模块对接收的凿进参数进行分析处理，得到各个钻孔所在位置的围岩强度。围岩强度识别模块将围岩强度发送炸药装填参数匹配模块，还将围岩强度发送至数据显示模块中用不同的颜色进行区分显示。

[0063]

4)炸药装填参数匹配模块根据钻孔参数和围岩强度参数，来设计每个钻孔的炸药装填参数。根据钻孔类型、钻孔直径、钻孔深度和钻孔坐标，确定每个钻孔要爆破岩石的体积，根据围岩强度和每个钻孔要爆破岩石的体积，确定每个钻孔应产生的炸药能量，根据炸药能量和炸药爆轰参数计算对应钻孔的炸药装填量，并根据炸药装填量确定出其他装填参数。炸药装填量和装填密度不同，所需的装填压力不同，需要控制的装填速度和装药管回管速度也不相同。装填速度和装药管回管速度相对较小时，装填密度才能相对较大，从而在后期引爆时才能足够的爆破度。

[0064]

1号孔的装填参数如下表2所示：

[0065]

表2装填参数表

[0066][0067]

5)控制模块获取各钻孔的钻孔参数表和装填参数表，当执行机构对准一个钻孔时，通过控制模块识别执行机构坐标，将执行机构坐标与钻孔坐标相匹配，并识别钻孔编号，根据对应各钻孔装填参数，进行炸药装填操作。在炸药装填操作过程中，通过数据采集模块获取实时装填参数，将实时装填参数与装填参数表中的内容进行比较，控制模块对执行机构的工作参数进行纠正，实现炸药装填过程的闭环控制。

[0068]

6)炸药装填结束后，根据装药孔连线设计模块给出的各钻孔的引爆参数表，通过导火索对装药的钻孔进行连线。如图3所示为各钻孔之间的引爆参数。在对隧道断面进行爆破时，先引爆中间的掏槽孔，再引爆辅助孔，最后引爆周边孔和底板孔。若钻孔类型相同，则先引爆炸药装填量最多的孔，再引爆炸药装填量较少的孔。

[0069]

7)第一循环完成后，第二循环装药开始之前，控制模块通过隧道轮廓识别模块采集爆破后的隧道实际轮廓，并将隧道实际轮廓与预先存储的隧道理论轮廓进行对比分析。

若隧道实际轮廓的某个位置存在欠挖情况，即岩石没有炸掉，则说明该位置的炸药爆破度不足，按照与该位置爆破相关的钻孔的炸药装填参数进行装填后的装药孔在爆破时不足以将岩石炸掉；若隧道实际轮廓的某个位置存在超挖情况，即岩石炸掉太多，则说明该位置的炸药爆破度过高，按照与该位置爆破相关的钻孔的炸药装填参数进行装填后的装药孔在爆破时会炸掉过多的岩石。

[0070]

因此，根据隧道轮廓分析对比的结果，对炸药装填参数匹配模型进行调整，从而实现在遇到同样的情况时，即岩体类型相同、钻孔类型相同、钻孔参数相同、炸药爆轰参数相同时，制定出更加符合施工要求的装填参数，实现对炸药装填过程的自适应调整。若隧道实际轮廓存在欠挖，则调整钻孔数据、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在下一循环的炸药装填过程中，在钻孔数据和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度增大。技术特征：

1.一种用于隧道钻爆法施工的装药台车，包括控制模块和用于为各钻孔装填炸药的执行机构，控制模块控制连接执行机构，其特征在于，还包括用于获取钻孔数据的数据通信模块、用于根据钻孔数据中的钻孔坐标得到钻孔类型的钻孔数据预处理模块、用于根据钻孔数据确定各钻孔所在位置围岩强度的围岩强度识别模块、用于根据钻孔参数和围岩强度确定各钻孔炸药装填参数的炸药装填参数匹配模块；所述钻孔参数包括钻孔直径、钻孔深度和钻孔类型；所述围岩强度识别模块存储有预先获得的钻孔数据和对应钻孔所在位置围岩强度之间的对应关系，所述炸药装填参数匹配模块存储有预先获得的钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系；钻孔预处理模块连接数据通信模块，以获取钻孔坐标；围岩强度识别模块连接钻孔数据预处理模块或数据通信模块，以获取钻孔数据；炸药装填参数匹配模块连接钻孔数据预处理模块和围岩强度识别模块，以获取各钻孔的钻孔参数和对应的钻孔所在位置的围岩强度；控制模块连接炸药装填参数匹配模块，以获取各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，进而根据各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，控制执行机构为各钻孔装填炸药。2.根据权利要求1所述的用于隧道钻爆法施工的装药台车，其特征在于，还包括采样连接执行机构的数据采集模块，控制模块连接数据采集模块，以获取执行机构的装填压力；在执行机构为各钻孔装填炸药的过程中，控制模块通过数据采集模块获取实时装填压力，通过闭环控制，控制执行机构的实时装填压力达到炸药装填参数中的装填压力。3.根据权利要求2所述的用于隧道钻爆法施工的装药台车，其特征在于，还包括隧道轮廓识别模块，所述隧道轮廓识别模块用于将获取的隧道实际轮廓与预先获取的隧道设计轮廓进行比较；若隧道实际轮廓存在欠挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度增大；若隧道实际轮廓存在超挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度减小。4.根据权利要求3所述的用于隧道钻爆法施工的装药台车，其特征在于，还包括装药孔连线设计模块，所述装药孔连线设计模块用于根据钻孔类型和炸药装填量确定各钻孔之间的引爆顺序；所述钻孔类型包括位于隧道轮廓线周围设定范围内的周边孔、位于隧道断面中间位置的掏槽孔、位于周边孔和掏槽孔中间区域的辅助孔和位于隧道断面上靠近地面位置的底板孔；装药孔连线设计模块连接钻孔数据预处理模块，以获取钻孔类型，还连接炸药量装填参数匹配模块，以获取各钻孔的炸药装填量；所述引爆顺序包括：先引爆掏槽孔，再引爆辅助孔，再引爆周边孔和底板孔；在钻孔类型相同时，先引爆炸药装填量较大的钻孔，再引爆炸药装填量较小的钻孔。5.根据权利要求4所述的用于隧道钻爆法施工的装药台车，其特征在于，还包括数据显示模块，所述数据显示模块连接控制模块，以显示各钻孔的钻孔参数、钻孔所在位置处围岩强度、炸药装填参数和各钻孔间的引爆顺序。6.一种用于隧道钻爆法施工的装药系统，其特征在于，包括用于连接装药台车的控制

模块、用于获取钻孔数据的数据通信模块、用于根据钻孔数据中的钻孔坐标得到钻孔类型的钻孔数据预处理模块、用于根据钻孔数据确定各钻孔所在位置围岩强度的围岩强度识别模块、用于根据钻孔参数和围岩强度确定各钻孔炸药装填参数的炸药装填参数匹配模块；所述钻孔参数包括钻孔直径、钻孔深度和钻孔类型；所述围岩强度识别模块存储有预先获得的钻孔数据和对应钻孔所在位置围岩强度之间的对应关系，所述炸药装填参数匹配模块存储有预先获得的钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系；钻孔预处理模块连接数据通信模块，以获取钻孔坐标；围岩强度识别模块连接钻孔数据预处理模块或数据通信模块，以获取钻孔数据；炸药装填参数匹配模块连接钻孔数据预处理模块和围岩强度识别模块，以获取各钻孔的钻孔参数和对应的钻孔所在位置的围岩强度；控制模块连接炸药装填参数匹配模块，以获取各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，进而根据各钻孔的钻孔坐标和炸药装填参数，控制装药台车的执行机构为各钻孔装填炸药。7.根据权利要求6所述的用于隧道钻爆法施工的装药系统，其特征在于，还包括采样连接执行机构的数据采集模块，控制模块连接数据采集模块，以获取执行机构的装填压力；在执行机构为各钻孔装填炸药的过程中，控制模块通过数据采集模块获取实时装填压力，通过闭环控制，控制执行机构的实时装填压力达到炸药装填参数中的装填压力。8.根据权利要求7所述的用于隧道钻爆法施工的装药系统，其特征在于，还包括隧道轮廓识别模块，所述隧道轮廓识别模块用于将获取的隧道实际轮廓与预先获取的隧道设计轮廓进行比较；若隧道实际轮廓存在欠挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度增大；若隧道实际轮廓存在超挖，则调整钻孔参数、围岩强度和对应钻孔的炸药装填参数的对应关系，以实现在钻孔参数和围岩强度相同的情况下，炸药装填参数中的炸药装填量或炸药装填密度减小。9.根据权利要求8所述的用于隧道钻爆法施工的装药系统，其特征在于，还包括装药孔连线设计模块，所述装药孔连线设计模块用于根据钻孔类型和炸药装填量确定各钻孔之间的引爆顺序；所述钻孔类型包括位于隧道轮廓线周围设定范围内的周边孔、位于隧道断面中间位置的掏槽孔、位于周边孔和掏槽孔中间区域的辅助孔和位于隧道断面上靠近地面位置的底板孔；装药孔连线设计模块连接钻孔数据预处理模块，以获取钻孔类型，还连接炸药量装填参数匹配模块，以获取各钻孔的炸药装填量；所述引爆顺序包括：先引爆掏槽孔，再引爆辅助孔，再引爆周边孔和底板孔；在钻孔类型相同时，先引爆炸药装填量较大的钻孔，再引爆炸药装填量较小的钻孔。10.根据权利要求9所述的用于隧道钻爆法施工的装药系统，其特征在于，还包括数据显示模块，所述数据显示模块连接控制模块，以显示各钻孔的钻孔参数、钻孔所在位置处围岩强度、炸药装填参数和各钻孔间的引爆顺序。

技术总结

本发明提供了一种用于隧道钻爆法施工的装药台车及系统，属于隧道施工设备领域，尤其涉及一种在隧道钻爆法施工时的装药台车。通过数据通信模块获取凿岩台车的钻孔数据；由钻孔数据预处理模块对钻孔数据进行分析，得出钻孔类型；由围岩强度识别模块对钻孔数据进行分析，得出钻孔所在位置的围岩强度；由炸药装填参数匹配模块对钻孔数据和围岩强度进行分析处理，得出各钻孔的炸药装填参数，由控制模块根据各钻孔的炸药装填参数，控制装药台车的执行机构为各钻孔装填炸药。采用本发明，提高了装药台车的机械化操作能力，能够满足隧道钻爆法施工过程中炸药装填的自动化需求，对技术人员的经验依赖程度降低，有利于提高隧道钻爆法施工的效率。施工的效率。施工的效率。

技术研发人员：邢泊 辛维克 姚晓坡 张民庆 贾大鹏 王全胜 江帅 于鹏 付大裕

受保护的技术使用者：中国国家铁路集团有限公司

技术研发日：2022.05.27

技术公布日：2022/9/27