(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111485262.8 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 江苏徐工 工程机械研究院有限公司 地址 221004 江苏省徐州市徐州经济技 术 开发区驮蓝山路26号 (72)发明人 郭英训　黄建华　刘汉光　周忠尚　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 范青青 (51)Int.Cl. E21D 9/10(2006.01) E21D 9/00(2006.01) E21B 7/02(2006.01) F42D 3/04(2006.01) F42D 1/00(2006.01)G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种数字化钻爆开挖系统和开挖方法 (57)摘要 本专利提出一种数字化钻爆开挖系统和开 挖方法， 旨在实现每循环智能钻爆方案的动态优 化设计， 根据上循环超欠挖结果和围岩情况， 自 动修正炮眼参数和装药参数， 通过智能钻爆信息 化平台自动下发修正后的钻爆方案至智能凿岩 台车， 钻孔、 装药、 爆破， 自动采集爆破后超欠挖 结果， 修正后的爆破 方案和对应的超欠挖结果更 新入库， 修正钻爆法方案自动优化算法， 周而复 始， 实现每循环钻爆方案动态调整和钻爆方案自 动优化算法的训练修正， 最终实现隧道钻爆施工 超欠挖结果的精准控制， 提高施工效率、 降低施 工成本。 权利要求书3页 说明书9页 附图7页 CN 114352300 A 2022.04.15 CN 114352300 A 1.一种数字化钻爆开挖方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据上一循环钻爆后的隧道超欠挖结果及隧道围岩等级， 修 正下一循环钻爆方案； 根据修正后的钻爆方案实施钻爆； 循环上述 步骤， 直至设定循环次数用尽。 2.根据权利要求1所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 所述隧道超欠挖 结果通过 下述方法计算获取： 扫描隧道轮廓， 获取超欠挖扫描点云数据； 对超欠挖扫描点云数据进行分析处 理， 得到隧道爆破后三维点云数据； 将隧道爆破后三维点云数据与隧道设计三维点云数据进行对比， 计算获取当前隧道超 欠挖结果。 3.根据权利要求2所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 所述隧道设计三维点云数 据利用隧道设计轴线、 轮廓线生成。 4.根据权利要求1所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 所述隧道围岩等级的划分 方法包括： 依据凿岩台车掌子面网格块中爆破孔掌子面坐标及实时钻进参数确定待钻爆开完隧 道围岩位置； 根据所述隧道围岩位置处的围岩抗钻系数确定隧道围岩等级。 5.根据权利要求1至4任一项所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 所述方法还包 括： 利用网格划分单 元对超欠挖结果进网格划分， 获取超、 欠挖网格块中心三维坐标。 6.根据权利要求5所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 利用如公式(1)所示的爆 破模型修正钻爆方案： Yi(Mi， Ni)＝Fi(Xi‑1， Zi‑1)     (1) 其中， i为循环序号； Yi(·)表示第i次循环的钻爆方案； Mi表示第i次循环对应的炮眼参 数； Ni表示第i次循环对应的装药参数； Xi‑1表示第i‑1次循环的隧道超欠挖结果； Zi‑1表示第 i‑1次循环的隧道围岩等级； Fi(·)表示第i次循环钻爆方案调整策略； Xi‑1＝Fi‑1(超挖网格 块中心坐标Ci‑1， 欠挖网格块中心坐标Qi‑1)； Zi‑1＝Fi‑1(掌子面网格块中心坐标Wi‑1， 钻进参 数Pi‑1)； Mi＝Fi(炮眼数量n， 炮眼直径φ， 炮眼前端面坐标Bq， 炮眼后端 面坐标Bh)； Ni＝Fi(炸 药库Bs， 装药方式δ， 装药系数ξ， 装药密度ρ )； 对于第i次循环对应的炮眼参数Mi采用下述方法进行修 正： 炮眼数量 n保持不变； 对于每个炮眼， 选择距离炮眼前端面圆心最近的网格块坐标Wi‑1对应的抗钻系数fi， 计 算第i次循环对应的炮眼直径 φi＝AVERAGE(fij*φi‑1/fij‑1)， 其中， j为当前循环下炮眼序 号， j＝1， 2， 3 ……n； fij为第i次循环第j个炮眼的抗钻系数； fij‑1为第i次循环第j ‑1个炮眼 的抗钻系数； φi‑1为第i‑1次循环对应的炮眼直径； 若炮眼类型为周边孔， 则第i次循环第j个炮眼的炮眼前端面坐标Bqij和炮眼后端面坐 标Bhij的X轴坐标通过 下式计算获取： xij＝xi‑1j+L， 式中， xi‑1j为第i‑1次循环第j个炮眼前端面坐标/炮眼后端面坐标的X轴坐标； L为每循 环理论进尺； 第i次循环第j个炮眼前端面坐标Bqij/炮眼后端面坐标Bhij的Y轴坐标和 Z轴坐权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114352300 A 2标根据超挖单 元数量k和欠挖单 元数量e、 通过历史施工数据拟合获取； 若炮眼类型为掏槽孔或辅助孔， 第i次循环第j个炮眼的炮眼前端面坐标Bqij和炮眼后 端面坐标Bhij不变； 对于第i次循环对应的装药参数Ni采用下述方法进行修 正： 炸药库Bs、 装药方式δ 不变； 第i次循环的装药系数ξi＝(1+(e‑k)/n)ξi‑1， 通过调整后炮眼前后端 面坐标计算出炮眼 长度， 乘以装药系数ξi得出装药长度； ξi‑1为第i‑1次循环的装药系数； 第i次循环的装药密度ρi＝(1+(e‑k)/n)ρi‑1， 根据装药长度和直径计算出装药体积， 乘 以装药密度ρi计算得出装药质量； ρi‑1为第i‑1次循环的装药密度。 7.根据权利要求1所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 当钻爆 方案中参数修 正比例大于10％时， 提醒 人工确认， 并接受人工 干预修改操作。 8.根据权利要求1所述的数字化钻爆开挖方法， 其特征在于， 所述方法还包括将修正后 的钻爆方案及对应的超欠挖结果存 储至专家库。 9.一种数字化钻爆开挖系统， 其特 征在于， 包括钻爆信息化平台和凿岩台车； 所述钻爆信 息化平台： 用于根据上一循环钻爆后的隧道超欠挖 结果及隧道围岩等级修 正下一循环钻爆方案； 所述凿岩台车： 用于根据修 正后的钻爆方案实施钻爆。 10.根据权利要求9所述的数字化钻爆开挖系统， 其特征在于， 所述钻爆信息化平台包 括： 超欠挖分析模块： 用于根据隧道爆破后三维点云数据和隧道设计三维点云数据， 计算 输出超欠挖结果； 围岩级别分析模块： 用于根据凿岩台车掌子面网格块中爆破孔掌子面坐标对隧道围岩 等级， 获取隧道围岩等级； 爆破模块： 用于根据超欠挖结果及隧道围岩等级， 利用预构建的爆破模型修正钻爆方 案。 11.根据权利要求10所述的数字化钻爆开挖系统， 其特征在于， 所述超欠挖分析模块包 括： 扫描仪： 用于扫描隧道轮廓， 获取超欠挖扫描点云数据； 后处理终端： 用于对超欠挖扫描点云数据进行处理分析， 得到 隧道爆破后三维点云数 据， 并利用隧道设计轴线、 轮廓线自动生成隧道设计三 维点云数据； 通过对比隧道爆破后三 维点云数据与隧道设计三维点云数据， 计算输出超欠挖结果。 12.根据权利要求10所述的数字化钻爆开挖系统， 其特征在于， 所述超欠挖分析模块还 包括网格划分单元， 所述网格划分单元利用网格划分单元对超欠挖结果进网格划分， 获取 超、 欠挖网格块中心三维坐标。 13.根据权利要求9至12任一项所述的数字化钻爆开挖系统， 其特 征在于， 还 包括： 提醒确认模块： 当钻爆方案中参数修正比例大于10％时， 提醒人工确认， 并接受人工干 预修改操作。 14.根据权利要求9所述的数字化钻爆开挖系统， 其特 征在于， 还 包括： 专家库： 用于存 储修正后的钻爆方案及对应的超欠挖结果。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114352300 A 3