一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工程安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法，包括設(shè)于巷道側(cè)壁的滑軌和安裝平臺，安裝平臺一端設(shè)有與滑軌配合的滾輪，安裝平臺靠近滾輪一端的內(nèi)部設(shè)有電機，外部設(shè)有豎支架、無線通信裝置以及與無線通信裝置相連的微處理器，豎支架另一端連接有橫支架，井下巷道變形監(jiān)測裝置還包括激光測距儀、與激光測距儀相固定的傾角傳感器、以及校正處理單元；本發(fā)明所提供的裝置及方法能夠進行自動調(diào)平工作，確保測量準確性，同時能夠?qū)孪锏肋M行全方位監(jiān)測，不會出現(xiàn)監(jiān)測死角和盲區(qū)，自動化程度和效率都比較高。
【專利說明】
一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工程安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在，我國正處在經(jīng)濟高速發(fā)展和轉(zhuǎn)型時期，各個行業(yè)都發(fā)展迅速。但與此同時，大規(guī)模的能源開采應(yīng)用以及生產(chǎn)規(guī)模的迅速提升，也使得相關(guān)能源行業(yè)面臨著比以往更加嚴峻的安全形勢，礦壓失穩(wěn)引起的巷道變形、坍塌事故越發(fā)嚴重，對井下生產(chǎn)特別是人身安全構(gòu)成巨大威脅。隨著我國淺部煤炭資源的枯竭，地下開采深度越來越深，在深部高應(yīng)力的環(huán)境中，淺層表現(xiàn)為硬巖特性的巖層呈現(xiàn)出軟巖特性，巷道圍巖長期變形。目前，有效監(jiān)測深部巷道變形已經(jīng)成為深部工程安全的瓶頸之一，深部軟巖巷道的穩(wěn)定性問題已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。
[0003]無論是初次支護的新掘巷道還是實施了多次支護的修復(fù)巷道，其巷道支護體破壞都會經(jīng)歷一個過程，總是從某一個或幾個部位首先產(chǎn)生變形、損壞、破壞，進而造成整個巷道面失穩(wěn)。具體表現(xiàn)特征是:沿巷道斷面各個方向的位移速度及其量值不同，總是從劇烈變形的部位發(fā)生裂紋，進而出現(xiàn)鱗狀剝落、片狀冒落，變形破壞區(qū)域逐漸擴大，最終導(dǎo)致整體失穩(wěn)。但無論何種機理引起的失穩(wěn)，都會存在持續(xù)一定時間的變形過程:開挖、初期加速變形、線性變形(或穩(wěn)定期)、加速變形、失穩(wěn)破壞等，這就給巷道安全監(jiān)測及安全分析預(yù)測提供了基本的理論支持。
[0004]在公布號CN103510985A，公布日期為2014年I月15日的發(fā)明專利中公開了一種巷道圍巖表面變形激光測量裝置及方法，包括激光測距儀、傳動機構(gòu)、顯示屏、SD卡傳輸口、激光打線器、水平測量儀、按鈕、單片機控制芯片、電源、計算機軟件處理單元，電源為裝置供電，單片機控制芯片對激光測距儀、傳動機構(gòu)、顯示屏、SD卡傳輸口、激光打線器進行控制，測量巷道表面變形數(shù)據(jù)，計算機軟件單元對數(shù)據(jù)進行處理，繪制巷道圖形并分析巷道各個測量點的圍巖變形，預(yù)測巷道的危險性。這種裝置體積較小、重量輕，攜帶方便，帶有防爆機殼，適用于各類礦山巷道的變形監(jiān)測。但這種裝置在調(diào)平時采用人工手動調(diào)平，并且要保證激光打線器射出的光線與巷道中線垂直，如果巷道發(fā)生變形，那么這種裝置無法有效地進行調(diào)平，會對后續(xù)測量的準確度造成巨大的影響;這種裝置只能在固定的基點處進行測量，這就會存在所選基點代表性不強，安裝設(shè)備的位置無法代表斷面出現(xiàn)的位置，不能對斷面進行有效地監(jiān)測;此外，這種裝置每在基點上測量一次就要進行安裝、調(diào)平，效率較低，自動化程度不夠高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)解決的技術(shù)問題
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點，本發(fā)明提供了一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法，能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的調(diào)平不夠準確，無法對井下巷道進行全方位監(jiān)測，測量效率較低和自動化程度不高等缺陷。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0009]—種井下巷道變形監(jiān)測裝置，包括設(shè)于巷道側(cè)壁的滑軌和安裝平臺，所述安裝平臺一端設(shè)有與滑軌配合的滾輪，所述安裝平臺靠近滾輪一端的內(nèi)部設(shè)有電機，外部設(shè)有豎支架、無線通信裝置以及與所述無線通信裝置相連的微處理器，所述豎支架另一端連接有橫支架，所述井下巷道變形監(jiān)測裝置還包括激光測距儀、與所述激光測距儀相固定的傾角傳感器、以及校正處理單元。
[0010]優(yōu)選地，所述校正處理單元包括設(shè)于所述橫支架下方的轉(zhuǎn)盤、設(shè)于所述轉(zhuǎn)盤下方的傳動裝置、與所述傳動裝置和激光測距儀相固定的轉(zhuǎn)軸和設(shè)于所述安裝平臺上的二維電子水平儀。
[0011]優(yōu)選地，所述激光測距儀、傾角傳感器、二維電子水平儀分別與微處理器無線通
?目O
[0012]優(yōu)選地，所述電機、轉(zhuǎn)盤、傳動裝置分別與微處理器導(dǎo)線連接。
[0013]優(yōu)選地，所述傾角傳感器、二維電子水平儀、微處理器和無線通信裝置均設(shè)有防塵外殼。
[0014]優(yōu)選地，所述激光測距儀設(shè)有自清洗裝置。
[0015]—種井下巷道變形監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0016]S1、在井下巷道側(cè)壁上鋪設(shè)一條水平滑軌，將井下巷道變形監(jiān)測裝置安裝到滑軌上；
[0017]S2、二維電子水平儀測出井下巷道變形監(jiān)測裝置所在二維平面內(nèi)的水平偏移情況，并將測得數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器；
[0018]S3、微處理器(13)分析接收到的數(shù)據(jù)，得到激光測距儀應(yīng)該在二維平面內(nèi)的校正角度，并通過轉(zhuǎn)盤和傳動裝置對激光測距儀在二維平面內(nèi)進行角度校正；
[0019]S4、校正完畢后，激光測距儀開始對前方的巷道內(nèi)壁進行距離測量，并將測得距離數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器；同時，微處理器通過傳動裝置控制激光測距儀在一維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，傾角傳感器測出激光測距儀轉(zhuǎn)動角度，并將測得角度數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器；
[0020]S5、微處理器對同一時刻的距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進行配對，并將配對好的數(shù)據(jù)組和S3測得的校正角度通過無線通信裝置發(fā)送到前方平臺；
[0021]S6、微處理器通過電機控制滾輪行進到下一個測量點，重復(fù)步驟S2-S5，即可得到另一個測量點的數(shù)據(jù)組和校正角度，前方平臺可通過這些測量點的數(shù)據(jù)組和校正角度繪出井下巷道模擬畫面，并對井下巷道變形情況進行分析監(jiān)測。
[0022](三)有益效果
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法能夠在測量點進行自動調(diào)平，調(diào)平誤差極小，保證后續(xù)測量的準確性;在每個測量點通過距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)配對形成的數(shù)據(jù)組能夠?qū)孪锏肋M行全方位監(jiān)測，同時二維水平測量儀能夠準確測出監(jiān)測裝置點自身變形情況，不會出現(xiàn)監(jiān)測死角和盲區(qū)；本發(fā)明提供的監(jiān)測裝置完全由微處理器自行控制，并通過無線通信裝置將測得數(shù)據(jù)發(fā)送到前方平臺，自動化程度高，極大地提高了測量效率。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖中:
[0027]1、滑軌;2、安裝平臺；3、滾輪;4、電機;5、豎支架;6、橫支架;7、轉(zhuǎn)盤;8、傳動裝置；
9、轉(zhuǎn)軸；10、激光測距儀；11、傾角傳感器；12、二維電子水平儀；13、微處理器；14、無線通信
目.ο
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029]—種井下巷道變形監(jiān)測裝置，如圖1所示，包括設(shè)于巷道側(cè)壁的滑軌I和安裝平臺2，安裝平臺2—端設(shè)有與滑軌I配合的滾輪3，安裝平臺2靠近滾輪3—端的內(nèi)部設(shè)有電機4，外部設(shè)有豎支架5、無線通信裝置14以及與無線通信裝置14相連的微處理器13，豎支架5另一端連接有橫支架6，井下巷道變形監(jiān)測裝置還包括激光測距儀10、與激光測距儀10相固定的傾角傳感器11、以及校正處理單元。在使用前，可以向微處理器13中輸入兩個測量點之間的間隔距離，當井下巷道變形監(jiān)測裝置完成一個測量點的測量工作后，微處理器13通過與其導(dǎo)線連接的電機4控制滾輪3沿著滑軌I向前移動到下一個測量點，繼續(xù)進行測量工作。激光測距儀10可以對前方巷道內(nèi)壁進行距離測量，并將測得的距離數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器13;微處理器13通過與其導(dǎo)線連接的傳動裝置8可以使轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動，同時轉(zhuǎn)軸9可以帶動與其固定的激光測距儀10在一維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，傾角傳感器11能夠測出激光測距儀10轉(zhuǎn)動角度，并將測得的角度數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器13。微處理器13對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，將同一時刻內(nèi)的距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進行配對，并將配對好的數(shù)據(jù)組通過無線通信裝置14發(fā)送到前方平臺。前方平臺通過接收到的每個測量點的數(shù)據(jù)組可以繪出井下巷道的模擬畫面，并對巷道的變形情況進行分析預(yù)警。激光測距儀10設(shè)有自清洗裝置，自清洗裝置能夠在激光器發(fā)射孔有異物遮擋時自動清洗。
[0030]校正處理單元包括設(shè)于橫支架6下方的轉(zhuǎn)盤7、設(shè)于轉(zhuǎn)盤7下方的傳動裝置8、與傳動裝置8和激光測距儀10相固定的轉(zhuǎn)軸9和設(shè)于安裝平臺2上的二維電子水平儀12。在每個測量點的測量工作開始前，校正處理單元都會對井下巷道變形監(jiān)測裝置進行自動校正調(diào)平，確保后續(xù)測量的準確性。二維電子水平儀12能夠測出井下巷道變形監(jiān)測裝置所在二維平面內(nèi)的水平偏移情況，并將測得的數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器13。微處理器13可以得出激光測距儀10應(yīng)該在二維平面內(nèi)的校正角度，并通過與微處理器13導(dǎo)線連接的轉(zhuǎn)盤7和傳動裝置8對激光測距儀10在二維平面內(nèi)進行角度校正。微處理器13通過無線通信裝置14將校正角度發(fā)送到前方平臺，前方平臺可以通過校正角度繪出各測量點的變形情況，避免出現(xiàn)監(jiān)測死角和盲區(qū)。
[0031]傾角傳感器11、二維電子水平儀12、微處理器13和無線通信裝置14均設(shè)有防塵外殼，防塵外殼能夠防止巷道內(nèi)的塵埃進入設(shè)備內(nèi)部，對設(shè)備進行有效保護。
[0032]—種井下巷道變形監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0033]S1、在井下巷道側(cè)壁上鋪設(shè)一條水平滑軌I，將井下巷道變形監(jiān)測裝置安裝到滑軌I上；
[0034]S2、二維電子水平儀12測出井下巷道變形監(jiān)測裝置所在二維平面內(nèi)的水平偏移情況，并將測得數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器13;
[0035]S3、微處理器13分析接收到的數(shù)據(jù)，得到激光測距儀10應(yīng)該在二維平面內(nèi)的校正角度，并通過轉(zhuǎn)盤7和傳動裝置8對激光測距儀10在二維平面內(nèi)進行角度校正；
[0036]S4、校正完畢后，激光測距儀10開始對前方的巷道內(nèi)壁進行距離測量，并將測得距離數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器13;同時，微處理器13通過傳動裝置8控制激光測距儀10在一維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，傾角傳感器11測出激光測距儀10轉(zhuǎn)動角度，并將測得角度數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器13;
[0037]S5、微處理器13對同一時刻的距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進行配對，并將配對好的數(shù)據(jù)組和S3測得的校正角度通過無線通信裝置14發(fā)送到前方平臺；
[0038]S6、微處理器13通過電機4控制滾輪3行進到下一個測量點，重復(fù)步驟S2-S5，即可得到另一個測量點的數(shù)據(jù)組和校正角度，前方平臺可通過這些測量點的數(shù)據(jù)組和校正角度繪出井下巷道模擬畫面，并對井下巷道變形情況進行分析監(jiān)測。
[0039]本發(fā)明所提供的一種井下巷道變形監(jiān)測裝置及方法能夠在測量前自動調(diào)平，避免人為調(diào)平時所出現(xiàn)的誤差，確保測量結(jié)果的準確性;此外，還能夠?qū)孪锏肋M行全方位的測量，避免出現(xiàn)監(jiān)測死角和盲區(qū)，整個測量過程都是由微處理器自動控制，自動化程度和效率都比較高。
[0040]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并會不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種井下巷道變形監(jiān)測裝置，其特征在于:包括設(shè)于巷道側(cè)壁的滑軌(I)和安裝平臺(2)，所述安裝平臺(2) —端設(shè)有與滑軌(I)配合的滾輪(3)，所述安裝平臺(2)靠近滾輪(3)一端的內(nèi)部設(shè)有電機(4)，外部設(shè)有豎支架(5)、無線通信裝置(14)以及與所述無線通信裝置(14)相連的微處理器(13)，所述豎支架(5)另一端連接有橫支架(6)，所述井下巷道變形監(jiān)測裝置還包括激光測距儀(10)、與所述激光測距儀(10)相固定的傾角傳感器(11)、以及校正處理單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道變形監(jiān)測裝置，其特征在于:所述校正處理單元包括設(shè)于所述橫支架(6)下方的轉(zhuǎn)盤(7)、設(shè)于所述轉(zhuǎn)盤(7)下方的傳動裝置(8)、與所述傳動裝置(8)和激光測距儀(10)相固定的轉(zhuǎn)軸(9)和設(shè)于所述安裝平臺(2)上的二維電子水平儀(⑵。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下巷道變形監(jiān)測裝置，其特征在于:所述激光測距儀(10)、傾角傳感器(11)、二維電子水平儀(12)分別與微處理器(13)無線通信。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下巷道變形監(jiān)測裝置，其特征在于:所述電機(4)、轉(zhuǎn)盤(7)、傳動裝置(8)分別與微處理器(13)導(dǎo)線連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下巷道變形監(jiān)測裝置，其特征在于:所述傾角傳感器(II)、二維電子水平儀(12)、微處理器(13)和無線通信裝置(14)均設(shè)有防塵外殼。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道變形監(jiān)測裝置，其特征在于:所述激光測距儀(10)設(shè)有自清洗裝置。7.一種井下巷道變形監(jiān)測方法，其特征在于:包括以下步驟: S1、在井下巷道側(cè)壁上鋪設(shè)一條水平滑軌(I)，將井下巷道變形監(jiān)測裝置安裝到滑軌(I)上； S2、二維電子水平儀(12)測出井下巷道變形監(jiān)測裝置所在二維平面內(nèi)的水平偏移情況，并將測得數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器(13); S3、微處理器(13)分析接收到的數(shù)據(jù)，得到激光測距儀(10)應(yīng)該在二維平面內(nèi)的校正角度，并通過轉(zhuǎn)盤(7)和傳動裝置(8)對激光測距儀(10)在二維平面內(nèi)進行角度校正； S4、校正完畢后，激光測距儀(10)開始對前方的巷道內(nèi)壁進行距離測量，并將測得距離數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器(13);同時，微處理器(13)通過傳動裝置(8)控制激光測距儀(10)在一維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，傾角傳感器(11)測出激光測距儀(10)轉(zhuǎn)動角度，并將測得角度數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給微處理器(13); S5、微處理器(13)對同一時刻的距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進行配對，并將配對好的數(shù)據(jù)組和S3測得的校正角度通過無線通信裝置(14)發(fā)送到前方平臺； S6、微處理器(13)通過電機(4)控制滾輪(3)行進到下一個測量點，重復(fù)步驟S2-S5，即可得到另一個測量點的數(shù)據(jù)組和校正角度，前方平臺可通過這些測量點的數(shù)據(jù)組和校正角度繪出井下巷道模擬畫面，并對井下巷道變形情況進行分析監(jiān)測。
【文檔編號】G01B11/16GK105841626SQ201610187669
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】胡興志, 羅建國, 許利凱, 王紀坤
【申請人】華北科技學(xué)院