一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法.pdf

本发明公开了一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法，包括基座单元，用于与钻杆相连接并固定整个定位装置；固定于基座单元上的调节单元，调节单元用于调节倾角测量单元和方位角测量单元的基准位置；固定于调节单元上的倾角测量单元和方位角测量单元，倾角测量单元用于测量钻孔开孔的倾角，方位角测量单元用于测量钻孔开孔的方位角。本发明用以在钻孔开孔前方便、快捷、准确地对钻孔的方位角、倾角进行定位。采用平行线、等腰三角形性质，利用激光测距、定向功能和辅助机构配合，利用钻杆的倾角和方位角定位孔口管轴线的方位角和倾角，进而定位钻孔开方位角、倾角，实现单人可操作、可快速准确、动态一体化的测量钻杆的方位角、倾角。

1.  一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，包括基座单元，用于与钻杆相连接并固定整个定位装置；固定于基座单元上的调节单元，调节单元用于调节倾角测量单元和方位角测量单元的基准位置；固定于调节单元上的倾角测量单元和方位角测量单元，倾角测量单元用于测量钻孔开孔的倾角，方位角测量单元用于测量钻孔开孔的方位角。

2.  如权利要求1所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述基座单元包括上半圆管和下半圆管，所述上半圆管和下半圆管连接成圆管；所述上半圆管的拱顶处固定支撑筒，支撑筒的轴线与上半圆管的轴线垂直，支撑筒用于支撑调节单元；所述上半圆管的两侧肩上固定有若干组调向连接件，同一组调向连接件位于同一水平直线上，所述下半圆管的拱顶处垂直固定有若干个紧固连接件，紧固连接件与相对应的同一组调向连接件位于同一平面内。

3.  如权利要求2所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述上半圆管和下半圆管的一侧铰接，上半圆管和下半圆管的另一侧扣合并通过锁紧装置锁紧，锁紧装置将上半圆管和下半圆管紧密扣合在一起；所述调向连接件穿过上半圆管管壁，且调向连接件在上半圆管内的长度小于上半圆管的半径；所述支撑筒上连接两个固定连接件，其中一个固定连接件轴线与上半圆管轴线平行，另一个固定连接件轴线与上半圆管轴线垂直，且两个固定连接件位于两不同平面内。

4.  如权利要求1所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述调节单元包括主支撑，主支撑用于与基座单元连接；所述主支撑上部与U形架的底边相垂直固定连接，且U形架的两侧边与主支撑相平行；所述U形架的两侧边的上部设有套环，所述套环内穿有横轴，且横轴可在套环内转动；所述横轴下部通过与横轴相垂直的重锤杆连接有重锤；所述横轴上设有与横轴轴线平行的条形气泡水准仪；所述U形架侧边的轴线与套环的轴线相垂直；所述主支撑连接于U形架底边的中心处；所述U形架的两侧边与套环之间设有脚螺旋和短接管，所述脚螺旋将U形架的侧边与短接管连接，所述短接管与套环固定连接。

5.  如权利要求2所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述倾角测量单元包括倾角主测机构和倾角辅测机构，所述倾角主测机构固定于横轴上，所述倾角辅测机构固定于上半圆管的拱顶处。

6.  如权利要求5所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述倾角主测机构包括倾角刻度盘，倾角刻度盘的刻度盘面为半圆盘面，半圆盘面的中心固定在横轴的中点处，且倾角刻度盘的刻度盘面与横轴的轴线垂直；所述半圆盘面带刻度的一面配合有定心环，所述定心环上连接倾角激光器，且倾角激光器的中轴线指向定心环的圆心，所述定心环套于横轴上，带动倾角激光器绕横轴作圆周运动；所述倾角刻度盘的刻度盘面以圆弧 边中点位置为零度，顺时针方向刻度为负，逆时针方向刻度为正，且测量角度均为90度；倾角刻度盘的刻度盘面以横轴所在的水平面上下平分；所述倾角刻度盘上设有环状沟槽，环状沟槽的圆心与倾角刻度盘的刻度盘面的圆心重合，环状沟槽弧度为π；所述倾角激光器的端部与定位件固定连接，所述定位件穿过倾角刻度盘的环状沟槽。

7.  如权利要求5所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述倾角辅测机构包括定向杆，所述定向杆的顶端固定有倾角瞄准环，所述定向杆的下部设有基座定向孔，定向杆的底端固定在上半圆管的拱顶处，且定向杆的轴线垂直于上半圆管的轴线；所述倾角瞄准环的轴线与定向杆的轴线垂直；基座定向孔的轴线与倾角激光器下倾30°时发出的激光线重合；所述定向杆的下端面圆心与支撑筒下端面圆心位于同一直线上；所述倾角瞄准环的轴线指向定心环的圆心。

8.  如权利要求1所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述方位角测量单元包括方位角主测机构和方位角辅测机构，所述方位角辅测机构包括托杆，所述托杆上部固定有与托杆垂直的方位角刻度盘，所述托杆底端固定于横轴上，托杆的轴线与横轴的轴线垂直；所述方位角刻度盘为圆盘面，所述方位角刻度盘上固定方位角主测机构；所述方位角主测机构包括旋转圆盘，旋转圆盘与方位角刻度盘同轴设置；所述旋转圆盘的外圆弧边上固定有右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器，所述右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器均与固定在旋转圆盘上的控制器连接。

9.  如权利要求8所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置，其特征是，所述方位角刻度盘的刻度盘面以垂直横轴轴线的直径所在的圆弧边位置为零度、以平行横轴轴线的直径所在的圆弧边位置为90度作刻度；所述右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器的轴线在同一平面内，且右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器的轴线均指向旋转圆盘圆心，方位角激光器的轴线是右测距激光器的轴线与左测距激光器的轴线所成夹角的角平分线；所述右测距激光器的轴线与方位角激光器额轴线夹角为45度，左测距激光器的轴线与方位角激光器的轴线夹角为45度。

10.  利用权利要求1-9任一项所述的钻孔开孔方位角、倾角定位装置的定位方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤(1)：将基座单元、调节单元、倾角测量单元和方位角测量单元组装起来形成钻孔开孔方位角、倾角定位装置；
步骤(2)：把钻机定位在钻孔位置前面，钻杆顶端连接好钻头，钻头能触到钻孔开孔的孔位点；
步骤(3)：将基座单元套在钻杆上，用锁紧装置将基座单元锁紧，调整倾角激光器至 下倾30度，调整调向连接件使倾角激光器激光照射在钻杆中轴线上，拧紧紧固连接件，调整脚螺旋使条形气泡水准仪水平；
步骤(4)：调整方位角激光器至钻孔设计方位角，调整倾角激光器至钻孔设计倾角，打开控制器电源开关，调整钻机及水平调整钻杆使方位角激光器发出激光照在岩壁上，上下调整钻杆使倾角激光器激光穿过倾角瞄准环，这时钻杆的方位角、倾角即为设计的钻孔方位角、倾角；
步骤(5)：取下钻孔开孔方位角、倾角定位装置，开动钻机，在钻孔开孔定位点向围岩内钻进，钻进到下孔口管的设计深度后，把孔口管下入钻孔，并对孔口管与岩石之间间隙用水泥浆封闭；孔口管轴线即为钻孔的设计轴线。

一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法
技术领域
本发明属隧道、矿山以及其他地下工程各类钻孔施工领域，具体涉及一种地下工程各类钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法。
背景技术
我国目前隧道、地铁、水电站、矿山等地下工程建设事业蓬勃发展，在地下工程施工中往往会遇到异常的不良地质环境而发生突水突泥、围岩变形甚至垮塌等重大地质灾害。对地质灾害的治理都离不开打钻，因此打钻施工质量是否合格直接关系到工程的成败。而影响钻孔施工质量的关键之一是钻孔开孔轨迹的定位的准确性，即对钻孔方位角、倾角精确定位。钻孔开孔前需要方便、快捷、准确地对钻孔的方位角、倾角进行定位，避免出现较大误差，保证打钻施工质量。
目前，现场一般采用吊线，使用坡度规、经纬仪等仪器对钻杆方位角、倾角进行测量，每次测量完成后，调整钻杆角度需要对钻机整体调整，调整钻机后再对钻杆角度进行测量，这样“一静一动一静”循环往复的测量方式效率低，盲目性，误差大。另外注浆钻孔注浆后复孔时需要重新调整钻机，重新依据钻孔定位参数对钻杆定位，以保证钻杆能沿钻孔定位轨迹重合，从而保证钻孔施工质量。由于受测量操作人员变化，不同人员技能水平和经验不同的影响，不同次数选取坡度规基准点位置容易出现变化，造成测量数据误差大，而且操作中至少需要两人完成。因此使用一种单人可操作、快速准确、动态一体化的定位钻孔开孔方位角、倾角的定位仪器是很必要的。
湖南湘西永顺县龙永高速公路大坝隧道出现岩溶涌水，严重影响着隧道安全。为此要进行帷幕注浆堵水，施工中使用了履带式全液压钻机。由于施工钻孔布设在隧道内，钻孔数量多，钻孔方位角，倾角变化大，给注浆堵水钻孔开孔带来了极大难度。应用传统的吊线使用坡度规方法，不仅耗时耗工，而且误差大，严重影响着钻孔施工精度和施工进度。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法，该测定装置单人可操作，可快速准确、动态一体化的测量钻杆的方位角、倾角。其关键技术步骤是首先是测量和调整钻机上钻杆的倾角和方位角，使之与设计的钻孔轨迹的倾角和方位角相同，从而保证钻杆和设计的钻孔的轴线重合；钻杆定好后，开动钻机，带动钻杆顶端的钻头钻进成孔，钻孔到设计深度后，下入孔口管；孔口管即起到钻孔定位的作用；孔口管轴线的方位角和倾角参数即为设计的钻孔定位参数。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置，包括基座单元，用于与钻杆相连接并固定整个定位装置；固定于基座单元上的调节单元，调节单元用于调节倾角测量单元和方位角测量单元的基准位置；固定于调节单元上的倾角测量单元和方位角测量单元，倾角测量单元用于测量钻孔开孔的倾角，方位角测量单元用于测量钻孔开孔的方位角。
所述基座单元包括上半圆管和下半圆管，所述上半圆管和下半圆管连接成圆管；所述上半圆管的拱顶处固定支撑筒，支撑筒的轴线与上半圆管的轴线垂直，支撑筒用于支撑调节单元；所述上半圆管的两侧肩上固定有若干组调向连接件，同一组调向连接件位于同一水平直线上，所述下半圆管的拱顶处垂直固定有若干个紧固连接件，紧固连接件与相对应的同一组调向连接件位于同一平面内。
所述上半圆管和下半圆管的一侧铰接，上半圆管和下半圆管的另一侧扣合并通过锁紧装置锁紧，锁紧装置将上半圆管和下半圆管紧密扣合在一起。
所述调向连接件穿过上半圆管管壁，且调向连接件在上半圆管内的长度小于上半圆管的半径。
所述支撑筒上连接两个固定连接件，其中一个固定连接件轴线与上半圆管轴线平行，另一个固定连接件轴线与上半圆管轴线垂直，且两个固定连接件位于两不同平面内；通过两个不在同一平面的固定连接件将支撑筒与调节单元紧固的连接在一起。
所述调节单元包括主支撑，主支撑用于与基座单元连接；所述主支撑上部与U形架的底边相垂直固定连接，且U形架的两侧边与主支撑相平行；所述U形架的两侧边的上部设有套环，所述套环内穿有横轴，且横轴可在套环内转动；所述横轴下部通过与横轴相垂直的重锤杆连接有重锤；所述横轴上设有与横轴轴线平行的条形气泡水准仪。
所述U形架侧边的轴线与套环的轴线相垂直。
优选的，所述主支撑连接于U形架底边的中心处；可以平衡主支撑两侧承受重锤的重量，使主支撑不致因为受力不均而导致一侧受损。
优选的，所述U形架的两侧边与套环之间设有脚螺旋和短接管，所述脚螺旋将U形架的侧边与短接管连接，所述短接管与套环固定连接；可以通过调整脚螺旋调整条形气泡水准仪水平。
所述倾角测量单元包括倾角主测机构和倾角辅测机构，所述倾角主测机构固定于横轴上，所述倾角辅测机构固定于上半圆管的拱顶处。
所述倾角主测机构包括倾角刻度盘，倾角刻度盘的刻度盘面为半圆盘面，半圆盘面的中心固定在横轴的中点处，且倾角刻度盘的刻度盘面与横轴的轴线垂直；所述半圆盘面带 刻度的一面配合有定心环，所述定心环上连接倾角激光器，且倾角激光器的中轴线指向定心环的圆心，所述定心环套于横轴上，带动倾角激光器绕横轴作圆周运动。
所述倾角刻度盘的刻度盘面以圆弧边中点位置为零度，顺时针方向刻度为负，逆时针方向刻度为正，且测量角度均为90度；倾角刻度盘的刻度盘面以横轴所在的水平面上下平分。
所述倾角刻度盘上设有环状沟槽，环状沟槽的圆心与倾角刻度盘的刻度盘面的圆心重合，环状沟槽弧度为π；所述倾角激光器的端部与定位件固定连接，所述定位件穿过倾角刻度盘的环状沟槽；通过定位件穿过倾角刻度盘上的环状沟槽，可以准确调整倾角激光器在倾角刻度盘上的位置。
所述倾角辅测机构包括定向杆，所述定向杆的顶端固定有倾角瞄准环，所述定向杆的下部设有基座定向孔，定向杆的底端固定在上半圆管的拱顶处，且定向杆的轴线垂直于上半圆管的轴线；所述倾角瞄准环的轴线与定向杆的轴线垂直；基座定向孔的轴线与倾角激光器下倾30度时发出的激光线重合。
所述定向杆的下端面圆心与支撑筒下端面圆心位于同一直线上；所述倾角瞄准环的轴线指向定心环的圆心；确保定向杆的轴线与支撑筒的轴线位于同一平面内，确保倾角激光器的初始位置，即倾角激光器位于零度位置时穿过倾角瞄准环。
所述方位角测量单元包括方位角主测机构和方位角辅测机构，所述方位角辅测机构包括托杆，所述托杆上部固定有与托杆垂直的方位角刻度盘，所述托杆底端固定于横轴上，托杆的轴线与横轴的轴线垂直；所述方位角刻度盘为圆盘面，所述方位角刻度盘上固定方位角主测机构；所述方位角主测机构包括旋转圆盘，旋转圆盘与方位角刻度盘同轴设置；所述旋转圆盘的外圆弧边上固定有右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器，所述右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器均与固定在旋转圆盘上的控制器连接。
所述方位角刻度盘的刻度盘面以垂直横轴轴线的直径所在的圆弧边位置为零度、以平行横轴轴线的直径所在的圆弧边位置为90度作刻度。
所述右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器的轴线在同一平面内，且右测距激光器、左测距激光器和方位角激光器的轴线均指向旋转圆盘圆心，方位角激光器的轴线是右测距激光器的轴线与左测距激光器的轴线所成夹角的角平分线；方位角激光器位于角平分线上，根据“面面相交成直线”、“等腰三角形角平分线垂直于底边”定理，当两测距激光器所测距离接近相等时，方位角激光器激光接近垂直于岩壁。另外测距激光器为红外线激光器。
所述右测距激光器的轴线与方位角激光器额轴线夹角为45度，左测距激光器的轴线与 方位角激光器的轴线夹角为45度。当夹角过小时，由于岩壁不平滑造成两测距激光器距离差所占实际距离差比例过大，反面来说，即使方位角激光器与岩壁垂直，会因岩壁不平滑造成两测距激光器距离差而不进行指示垂直；当夹角过大时，测距激光器会因岩壁面较窄而照射不到岩壁上，导致不能进行垂直判别。
一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置的定位方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将基座单元、调节单元、倾角测量单元和方位角测量单元组装起来形成钻孔开孔方位角、倾角定位装置；
步骤(2)：把钻机定位在钻孔位置前面，钻杆顶端连接好钻头，钻头能触到钻孔开孔的孔位点；
步骤(3)：将基座单元卡在钻杆上，用锁紧装置将基座单元锁紧，调整倾角激光器至下倾30度，调整调向连接件使倾角激光器激光照射在钻杆中轴线上，拧紧紧固连接件，调整脚螺旋使条形气泡水准仪水平；
步骤(4)：调整方位角激光器至钻孔设计方位角，调整倾角激光器至钻孔设计倾角，打开控制器电源开关，调整钻机及水平调整钻杆使方位角激光器发出激光照在岩壁上，上下调整钻杆使倾角激光器激光穿过倾角瞄准环，这时钻杆的方位角、倾角即为设计的钻孔方位角、倾角；
步骤(5)：取下钻孔开孔方位角、倾角定位装置，开动钻机，在钻孔开孔定位点向围岩内钻进，钻进到下孔口管的设计深度后，把孔口管下入钻孔，并对孔口管与岩石之间间隙用水泥浆封闭；孔口管轴线即为钻孔的设计轴线。
本发明的有益效果为：
(1)本发明设计使用由半圆管、合页、插销相结合而成基座单元，简单灵活将定位装置固定在钻杆上；
(2)本发明设计使用调向螺栓和紧固螺栓，使测定装置对不同直径钻杆均可使用；
(3)本发明设计采用“面面相交成直线”、“等腰三角形角平分线垂直于底边”定理，设计使用左测距激光器、右测距激光器、方位角激光器、旋转圆盘相结合并置于同一平面内，较好解决了如何判定一束激光是否与墙面垂直的难题；
(4)本发明设计采用“两直线平行，内错角相等”公理，设计使用方位角激光器激光与岩壁法线作为两平行直线，当激光与岩壁垂直时，钻杆与岩壁法线夹角和钻杆与方位角激光器夹角(设计方位角角度)相等，此次钻杆的方位角即为设计值，较好解决了在隧道或巷道中无法使用罗盘等仪器测量钻杆方位角的难题；
(5)本发明设计使用脚螺旋、条式气泡水准仪和重锤构件，较好解决了水平面，竖直面在活动情况下仍分别保持水平、竖直的状态的难题；
(6)本测定装置动态监测钻杆方位角、倾角是否达到设计值，实现了单人操作钻机定位钻杆方位角、倾角，较好解决了“一静一动一静”循环往复测量方式的效率低，盲目性，误差大的难题。
(7)本发明设计先将钻杆方位角、倾角定位，从而定位孔口管方位角、倾角，最后达到定位钻孔开孔的方位角、倾角，采用替代的方式方便快捷定位钻孔开孔方位角、倾角。
附图说明
图1为本发明实施例提供的钻孔开孔方位角、倾角定位装置整体图；
图2为本发明实施例提供的基座单元的立体图；
图3为本发明实施例提供的基座单元的另一方向的立体图；
图4为本发明实施例提供的调节单元的立体图；
图5为本发明实施例提供的倾角主测机构的立体图；
图6为本发明实施例提供的倾角主测机构另一方向的立体图；
图7为本发明实施例提供的倾角辅测机构的立体图；
图8为本发明实施例提供的方位角测量单元的立体图；
图9为本发明实施例提供的方位角辅测机构的立体图；
图10为本发明实施例提供的方位角主测机构的立体图；
图11为本发明实施例提供的利用钻杆定位钻孔的技术原理示意图；
图中，1上半圆管；2下半圆管；3合页；4插销；5调向螺栓；6紧固螺栓；7支撑筒；8固定螺栓；9主支撑；10U形架；11脚螺旋；12短接管；13套环；14条形气泡水准仪；15横轴；16轴承；17重锤杆；18重锤；19倾角刻度盘；20定心环；21倾角激光器；22定位螺栓；23定向杆；24倾角瞄准环；25基座定向孔；26托杆；27方位角刻度盘；28定位螺母；29旋转圆盘；30右测距激光器；31左测距激光器；32方位角激光器；33控制器；34信号传输线；35定位装置；36钻杆；37围岩；38孔口管轴线；39孔口管；40岩壁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1所示，钻孔开孔方位角、倾角定位装置，包括基座单元、调节单元、倾角测量单元和方位角测量单元；它们之间的位置连接关系是：调节单元固定于基座单元的上部，倾角测量单元、方位角测量单元均固定于调节单元上。
如图2-图3所示，基座单元包括上半圆管1、下半圆管2、两组合页3、两组插销4、两组调向螺栓5、两个紧固螺栓6、支撑筒7和两个固定螺栓8。上半圆管1、下半圆管2、合页3、插销4配合使用将定位装置套在钻杆上，调向螺栓5使圆管轴线与钻杆平行，紧固螺栓6使圆管与钻杆紧固，支撑筒7与固定螺栓8配合使用支撑调节单元。
上半圆管1和下半圆管2的同一边通过两组合页3连接，两组合页3的轴在一条直线上且与半圆管的边平行，上半圆管1和下半圆管2的另一边通过两组合页连接，此处合页的插销4可以安装和卸下，合页的插销4在一条直线上且与半圆管的边平行，通过合页3和插销4连接的两个半圆管的横截面为标准圆环状，通过将插销4的安装实现上半圆管和下半圆管的锁紧；
同一组调向螺栓5在一条直线上且水平，同一组调向螺栓5螺帽固定于上半圆管1一端两侧肩上，紧固螺丝6螺帽垂直固定下半圆管2拱顶处且与一组调向螺栓5在同一平面内；由于钻杆直径小于圆管直径，钻杆的大部分位于上半圆管内，因此调向螺栓5位于上半圆管管壁上。支撑筒7固定于上半圆管1一端拱顶处，支撑筒7的轴线与上半圆管1的轴线垂直；两个固定螺栓8与支撑筒7相连，其中一个固定螺栓8与上半圆管1轴线平行，另一个固定螺栓8与上半圆管1轴线垂直，两个固定螺栓不在同一平面内。该上半圆管1和下半圆管2是一种由同一个普通圆管切割而成的，与合页3、插销4配合使用将定位装置套在钻杆上，该合页3是一种市购普通合页，与上半圆管1、下半圆管2、插销4配合使用将定位装置套在钻杆上，该插销4是一种市购合页插销，与上半圆管1、下半圆管2、合页3配合使用将定位装置套在钻杆上，该调向螺栓5是一种市购普通螺栓，调节调向螺栓5螺杆使圆管轴线与钻杆平行，该紧固螺栓6是一种市购普通螺栓，调节紧固螺栓6螺杆使圆管与钻杆紧固，该支撑筒7是一种市购普通圆管，与固定螺栓8配合使用支撑调节单元，该固定螺栓8是一种市购普通螺栓，与支撑筒7配合使用支撑调节单元。
如图4所示，调节单元包括主支撑9、U形架10，两个脚螺旋11、两个短接管12、两个套环13、条形气泡水准仪14、横轴15、两个轴承16，两个重锤杆17和两个重锤18。主支撑9与支撑筒7、固定螺栓8、U形架10配合使用支撑调节单元，脚螺旋11与条形气泡水准仪14配合使用调整横轴15水平，短接管12连接脚螺旋11和套环13，套环13套住轴承16，条形气泡水准仪14与脚螺旋11配合使用调整横轴15水平，横轴15与套环13、轴承16、重锤杆17、重锤18配合使用，使重锤18竖直向下。
主支撑9与U形架10固连且在连接处垂直于U形架10，主支撑9中轴线穿过U形架10的中点；两个脚螺旋11一端与U形架10固连，另一端与短接管12固连，短接管12一端与脚螺旋11固连，另一端与套环13固连，脚螺旋11中轴线与短接管12中轴线在同一 直线上，脚螺旋11中轴线和短接管12中轴线与套环13中轴线垂直；条形气泡水准仪14固定于横轴15上，条形气泡水准仪14长边与横轴15轴线平行，横轴15通过轴承16穿过两个套环13，在横轴15两端分别竖穿一个重锤杆17，重锤杆17与重锤18固连。该主支撑9是一种市购普通圆管，与支撑筒7、固定螺栓8、U形架10配合使用，用于支撑调节单元，该U形架10是一种市购普通圆管，与支撑筒7、固定螺栓8、主支撑9配合使用，用于支撑调节单元；该脚螺旋11是一种市购普通脚螺旋，与条形气泡水准仪14配合使用，用于调整横轴15水平，该短接管12是一种市购普通圆管，用于连接脚螺旋11和套环13，该套环13是一种市购普通圆管，用于套住轴承16，该条形气泡水准仪14是一种市购普通气泡条式水准仪，与脚螺旋11配合使用，用于调整横轴15水平，该横轴15是一种市购普通圆管，与套环13、轴承16、重锤杆17、重锤18配合使用，使重锤18竖直向下，该轴承16是一种市购普通轴承，与套环13、横轴15、重锤杆17、重锤18配合使用，使重锤18竖直向下，该重锤杆17是一种市购普通圆杆，与套环13、横轴15、轴承16、重锤18配合使用，使重锤18竖直向下，该重锤18是一种市购普通重锤，与套环13、横轴15、轴承16、重锤杆17配合使用，使重锤18竖直向下。
如图5-图7所示，倾角测量单元包括倾角主测机构和倾角辅测机构，倾角主测机构包括倾角刻度盘19、定心环20、倾角激光器21、定位螺栓22，倾角辅测机构包括定向杆23、倾角瞄准环24和基座定向孔25。倾角刻度盘19显示倾角激光器21刻度，并与定心环20、定位螺栓22配合使用定位倾角激光器21,定心环20与倾角刻度盘19、定位螺栓22配合使用，保证倾角激光器21中轴线在一个平面内绕横轴15中轴线转动，倾角激光器21与倾角瞄准环24配合使用测定钻杆的倾角，与基座定向孔配合使用调整基座单元使其与钻杆平行，定位螺栓22并与倾角刻度盘19、定心环20、定位螺栓22配合使用定位倾角激光器21，定向杆23支撑倾角瞄准环24和开设基座定向孔25，倾角瞄准环24指示倾角激光器21激光已与钻杆平行。
倾角刻度盘19固定于横轴15中部，倾角刻度盘19刻度盘面在横轴15中点横切面内，倾角刻度盘19刻度盘面以圆弧边中点位置为零度，顺时针方向刻度为负，逆时针方向刻度为正，且测量角度均为90度，倾角刻度盘19设有环状沟槽，沟槽圆心与倾角刻度盘19刻度盘面圆心重合，环状沟槽弧度为π；定心环20套在横轴15上紧贴倾角刻度盘19，定心环20圆心在横轴15中轴线上，倾角激光器21一端与定心环20固连，倾角激光器21中轴线指向定心环20圆心，倾角激光器21另一端与定位螺栓22固连，定位螺栓22穿过倾角刻度盘19环形沟槽，定位螺栓22螺母在倾角刻度盘19背面侧；定向杆23固定于上半圆管1一端拱顶处，定向杆23轴线垂直于上半圆管1轴线，定向杆23下端面圆心与支撑筒7 下端面圆心在一条直线上，倾角瞄准环24固定于定向杆23顶端，倾角瞄准环24轴线与定向杆轴线垂直，倾角瞄准环24中轴线水平时指向定心环20圆心，基座定向孔25位于定向杆23中下部，基座定向孔25中轴线与定向杆23中轴线相交，基座定向孔25中轴线与倾角激光器21下倾30度时激光线重合。该倾角刻度盘19是一种半圆状带环形沟槽结构件，用于显示倾角激光器21刻度，并与定心环20、定位螺栓22配合使用，用于定位倾角激光器21,该定心环20是一种市购普通圆管，与倾角刻度盘19、定位螺栓22配合使用，用于保证倾角激光器21中轴线在一个平面内绕横轴15中轴线转动，该倾角激光器21是一种细长激光器，与倾角瞄准环24配合使用用于测定钻杆的倾角，与基座定向孔配合使用用于调整基座单元使其与钻杆平行，该定位螺栓22是一种市购普通螺栓，与倾角刻度盘19、定心环20、定位螺栓22配合使用，用于定位倾角激光器21；该定向杆23是一种市购普通圆杆，用于支撑倾角瞄准环24和开设基座定向孔25，该倾角瞄准环24是一种带有准心的圆环，用于指示倾角激光器21激光已与钻杆平行。
如图8-图10所示，方位角测量单元包括方位角主测机构和方位角辅测机构，方位角辅测机构包括托杆26、方位角刻度盘27和定位螺母28，方位角主测机构包括旋转圆盘29、右测距激光器30、左测距激光器31、方位角激光器32、控制器33和三条信号传输线34。托杆26托着方位角测量单元，方位角刻度盘27测定方位角激光器32所在的角度，定位螺母28与托杆26配合使用定位旋转圆盘29，旋转圆盘29连接右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32，使右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32中轴线绕托杆26中轴线转动，右测距激光器30、左测距激光器31测量激光到岩壁之间距离，方位角激光器32指示所发射激光与岩壁垂直，控制器33控制右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32，信号传输线34传输控制器33与右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32之间的信号。
托杆26固定于横轴15上，托杆26中轴线与横轴15中轴线垂直且与重锤杆17中轴线平行，托杆26上端套丝，在方位角刻度盘27刻度盘面上以垂直横轴15轴线的直径所在的圆弧边位置为零度、以平行横轴15轴线的直径所在的圆弧边位置为90度作刻度，方位角刻度盘27固定于托杆26上，方位角刻度盘27圆心位于托杆中轴线上，方位角刻度盘27刻度盘面垂直于托杆26轴线且位于托杆26螺纹段下面，定位螺母28与托杆26螺纹连接，旋转圆盘29套在托杆26上，位于方位角刻度盘27上面、定位螺母28下面，旋转圆盘29中轴线与托杆26中轴线重合，右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32均固定在旋转圆盘29外圆弧边上，右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32中轴线在同一平面内，均指向旋转圆盘29圆心，方位角激光器32中轴线是右测距激光器30中 轴线与左测距激光器31中轴线所成夹角的角平分线，右测距激光器30中轴线与方位角激光器32中轴线夹角为45度，左测距激光器30中轴线与方位角激光器32中轴线夹角为45度，控制器33固定在旋转圆盘29上，信号传输线34一端与控制器连接，另一端分别与右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32连接；该托杆26是一种市购普通圆杆，用于托着方位角测量单元，该方位角刻度盘27是一种带有刻度的圆盘，用于测定方位角激光器32所在的角度，该定位螺母28是一种市购普通螺母，与托杆26配合使用，用于定位旋转圆盘29，该旋转圆盘29是一种市购普通圆盘，用于连接右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32，使右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32中轴线绕托杆26中轴线转动，该右测距激光器30、左测距激光器31均为一种细长红外线测距激光器，用于测量激光到岩壁之间距离，该方位角激光器32是一种细长激光器，用于指示所发射激光与岩壁垂直，该控制器33是电器集成装置，内置八脚芯片、光电转换器、电路板、纽扣电池和电源开关，用于控制右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32，当右测距激光器30、左测距激光器31分别到岩壁距离相差大于或等于±5cm时，方位角激光器32不发出激光，当右测距激光器30、左测距激光器31分别到岩壁距离相差小于±5cm时，方位角激光器32发出激光，该信号传输线34是一种市购普通信号传输线，用于传输控制器33与右测距激光器30、左测距激光器31和方位角激光器32之间的信号。
如图11所示，钻孔开孔方位角、倾角定位实施：
步骤(1)：将基座单元、调节单元、倾角测量单元和方位角测量单元组装起来形成钻孔开孔方位角、倾角定位装置35；
步骤(2)：把钻机定位在钻孔位置前面，钻杆36顶端连接好钻头，钻头能触到钻孔开孔的孔位点；
步骤(3)：将基座单元套在钻杆36上，插上插销4，调整倾角激光器21至下倾30度，调整两组调向螺栓5使倾角激光器21激光照射在钻杆中36轴线上，上紧两个紧固螺栓6，调整脚螺旋11使条形气泡水准仪14水平；
步骤(4)：调整方位角激光器32至钻孔设计方位角，调整倾角激光器21至钻孔设计倾角，打开控制器33电源开关，调整钻机及水平调整钻杆36使方位角激光器32发出激光照在岩壁40上，上下调整钻杆36使倾角激光器21激光穿过倾角瞄准环24，这时钻杆36的方位角、倾角即为设计的钻孔方位角、倾角；
步骤(5)：开动钻机，在钻孔开孔定位点向围岩37内钻进，钻进到下孔口管的设计深度后，把孔口管39下入钻孔，并对孔口管39与岩石之间间隙用水泥浆封闭。孔口管轴线38即为钻孔的设计轴线。
至此钻孔定位技术操作步骤完成。
实施例2：
上半圆管1和下半圆管2的同一边通过两组合页3连接，两组合页3的轴在一条直线上且与半圆管的边平行，上半圆管1和下半圆管2的另一边通过两组锁扣件连接，锁扣件为设置在上半圆管1上的活动插舌和对应设置在下半圆管2上的插口，活动插舌与插口可以互相咬合或脱离。锁扣件可采用其他形式，各种现有的锁扣件均可以使用。
本发明利用光学原理，该装置使用简单，快捷，误差小，较好解决了现场钻孔定位的技术难题，取得满意效果。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。