CN103510985A - 巷道围岩表面变形激光测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井下巷道围岩表面变形激光测量装置，适用于井下巷道围岩变形的精确测量。包括激光测距仪、传动机构、显示屏、SD卡传输口、激光打线器、水平测量仪、按钮、单片机控制芯片、电源、计算机软件处理单元，电源为装置用电部位供电，单片机控制芯片对激光测距仪、传动机构、显示屏、SD卡传输口、激光打线器进行控制，测量巷道表面变形数据，计算机软件单元对数据进行处理，绘制巷道图形并分析巷道各个测量点的围岩变形，预测巷道的危险性。本发明测量精度高，适用于能见度低的工况环境，装置操作简单，体积较小、重量轻，携带方便，带有防爆机壳，适用于各类矿山巷道的变形监测，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下巷道围岩表面变形激光测量装置，尤其是一种适用于巷道围岩变形精确测量、数据存储、图像显示和数据交换等多种功能为一体的矿用巷道围岩变形测量装置。
背景技术
随着矿井开采强度和范围的加大，巷道断面不断加大，冒顶片帮的事故增多，不但对巷道施工的人员和设备构成了直接威胁，而且影响施工进度。因此及时掌握巷道围岩的变形情况，对于煤矿生产计划的制定与实施都有极其重要的意义。目前，煤矿巷道掘进进度的监测主要由人工完成，即每天由生产人员进行手工的测量和记录。井下巷道的能见度较低，井下工人操作不方便，人工操作测量误差较大，而且需要工人按时去记录数据，常常出现工人记录数据不及时及精度不高而导致数据分析不准确等问题。
发明内容
本发明的目的是克服已有井下巷道围岩变形测量的不足之处，提供一种稳定性强、自动化程度高、精度高、测量范围大的井下巷道围岩变形激光测量装置。
本发明的井下巷道围岩表面变形激光测量装置包括由光束投射器和光接收器组成的激光测距仪，由舵机和输出轴构成的传动机构，还包括防爆机壳，防爆机壳内依次设有电源、单片机控制芯片、传动机构，防爆机壳的左侧设有与传动机构相连的激光测距仪，右侧设有SD卡传输口，顶部设有显示屏、水平测量仪、按钮一和按钮二，所述的防爆机壳前后两侧装有用于测量截面定位的激光打线器，激光测距仪与传动机构通过内部电路和单片机控制芯片连接，单片机控制芯片上设有与激光测距仪平行的电子罗盘，用于测量方向的定位，单片机控制芯片分别对激光测距仪、传动机构、显示屏、SD卡传输口、激光打线器进行控制，传动机构的舵机输出轴上的转臂与激光测距仪固结，通过控制传动机构的舵机带动激光测量仪进行180°间歇性的转动，测量巷道表面变形数据，通过SD卡传输口存储到SD卡，通过计算机软件对SD卡中存储的数据进行处理。
所述的防爆机壳下部设可调高度、能转动的三脚架；所述的电源采用防爆型锂离子电池和安全防护型锂电池充电板。
使用上述装置的井下巷道围岩表面变形激光测量方法，首先在井下巷道中选好需要测量的基点，进行打桩标记，然后将测量装置放置在打桩标记的基点处，调节防爆机壳下部三脚架，使水平测量仪居中，即将巷道围岩表面变形激光测量装置调整水平，然后旋转防爆机壳，使激光打线器射出的光线与巷道的中线垂直，保证巷道围岩表面变形激光测量装置的激光测距仪能够与巷道的中线垂直，通过按钮一按1、2、3……输入测量的基点编号，基点编号与基点位置编号对应，输入编号完毕后，分别对各基点进行测量，按下开始按钮二，激光测距仪开始自动旋转测量巷道数据并自动保存到SD卡上，一个基点测量结束，装置显示屏显示测量完成，即可拿走巷道围岩表面变形激光仪器，然后测量下一个基点的数据，全部基点测量结束后，拔出SD卡将数据传输到电脑上通过计算机软件进行数据分析，根据导出巷道监测的原始数据，绘制出巷道各个基点的断面图，通过对各个基点的变形进行分析，判断巷道的危险性，即可得到巷道表面变形的时间位移图。
有益效果：本发明综合激光监测技术、计算机处理、巷道监测方法等多种技术为一体，通过在井下测量巷道表面变形数据，导入计算机进行处理，得到巷道表面变形数据，预测巷道的危险性。解决了巷道监测过程中操作繁琐，精确度较低的问题，本发明采用单片机控制和发出指令，激光测距仪的光束投射器发射激光，激光射向被测基点，并返回激光测距仪的光接收器，实现距离的高精度测量且抗干扰能力强；同时传动机构的舵机带动激光测量仪进行180°间歇性的转动，可以测量巷道整个断面的变形情况，监测范围广；通过转动底座可用来测量不同截面的巷道围岩面，依托三个可调高度的三脚架，能适应井下巷道内凹凸不平的地面环境，稳定性强，适用于各种矿井复杂条件，具有防爆措施，操作简便、安全性高、成本较低；通过激光测距仪监测巷道围岩的变形，实现了对围岩无损无接触监测，监测工序简单，实施方便，且成本较低，整个监测过程不影响工程的正常进行，解决了以往监测点在围岩上多处安装传感器的施工困难、耗时长、成本高及危险性较大等问题，有利于减少和避免巷道变形垮冒等造成的伤亡和损失，提高施工作业安全，测量数据由计算机软件进行处理并显示各方位监测数据并绘制图形，自动化程度高，节省了人力物力。
附图说明
图1为本发明的巷道围岩表面变形激光测量装置结构左视图；
图2为本发明的巷道围岩表面变形激光测量装置结构正视图；
图3为本发明的巷道围岩表面变形激光测量装置结构右视图；
图4为本发明的巷道围岩表面变形激光测量装置结构俯视图；
图5是本发明的测量流程图。
图中：1-激光测距仪、2-传动机构、3-显示屏、4-SD卡传输口、5-防爆机壳、6-激光打线器、7-水平测量仪、8-1按钮一、8-2按钮二、9-单片机控制芯片、10-电源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1、图2、图3、图4所示，本发明的巷道围岩表面变形激光测量装置主要由激光测距仪1、传动机构2、显示屏3、SD卡传输口4、防爆机壳5、激光打线器6、水平测量仪7、按钮、单片机控制芯片9构成，激光测距仪1由光束投射器和光接收器组成，传动机构2由舵机和输出轴构成，防爆机壳5内依次设有电源10、单片机控制芯片9、传动机构2，防爆机壳5的左侧设有与传动机构2相连的激光测距仪1，右侧设有SD卡传输口4，顶部设有显示屏3、水平测量仪7、按钮一8-1和按钮二8-2，所述的防爆机壳5前后两侧装有用于测量截面定位的激光打线器6，防爆机壳5下部设可调高度、能转动的三脚架，电源10采用防爆型锂离子电池和安全防护型锂电池充电板，激光测距仪1与传动机构2通过内部电路和单片机控制芯片9连接，单片机控制芯片9上设有与激光测距仪1平行的电子罗盘，用于测量方向的定位，单片机控制芯片9分别对激光测距仪1、传动机构2、显示屏3、SD卡传输口4、激光打线器6进行控制，传动机构2的舵机输出轴上的转臂与激光测距仪1固结，通过控制传动机构2的舵机带动激光测量仪1进行180°间歇性的转动，同时激光测距仪1利用舵机停止间隔向巷道围岩发射激光并接收反射回来的激光，然后由设计好的计算机程序自动计算发射接收时间差，通过激光传播路程计算公式计算出巷道围岩距离的当前值，并对数据进行排序存储。激光测距仪1将采集到的巷道表面变形数据经过数字化处理后通过SD卡传输口4存储到SD卡，通过计算机软件对SD卡中存储的数据进行处理，计算机软件单元由测量数据输出单元和变形分析及危险预测单元构成，测量数据输出单元可以导出巷道表面变形原始数据，变形分析及危险预测单元可以绘制巷道图形，并分析巷道各个点位的数据变形，预测巷道的危险性。
本发明的井下巷道围岩表面变形激光测量方法，首先在井下巷道中选好需要测量的基点，进行打桩标记，然后将测量装置放置做好标记的基点处，调节防爆机壳5下部三脚架，使水平测量仪7居中，即将巷道围岩表面变形激光测量装置调整水平，然后旋转防爆机壳5，使激光打线器6射出的光线与巷道的中线垂直，保证巷道围岩表面变形激光测量装置的激光测距仪1能够与巷道的中线垂直，通过按钮一8-1输入测量的基点编号，基点编号与基点位置对应，为1、2、3……，输入编号完毕后，按下开始按钮二8-2，巷道围岩表面变形激光测量装置的激光测距仪1开始自动旋转测量巷道数据并自动保存到SD卡上，等该基点测量结束，装置显示屏显示测量完成，即可拿走巷道围岩表面变形激光仪器，然后测量下一个基点的数据。全部基点测量结束后，拔出SD卡将数据传输到电脑上即可进行数据分析。该装备操作方便，安全可靠，效果明显有很大的实用价值。
图5所示为测量流程图，按图中指示描述测量过程。巷道围岩表面变形激光测量装置包括电源、单片机控制芯片、激光测距仪、数据存储模块、SD卡传输口和计算机软件处理单元；其中电源则为装置的单片机控制芯片、激光测距仪、数据存储模块、SD卡传输口等供电；单片机控制芯片对激光测距仪、数据存储模块和SD卡传输口进行控制；所述中央控制处理器和数据存储模板集成在单片机控制芯片上，所述激光测量模块包括激光测距仪1和传动机构2，激光测距仪1由光束投射器和光接收器组成，传动机构2的舵机带动激光测量仪进行180°间歇性的转动，通过激光测量模块对巷道数据进行采集送入数据存储模块初步处理并加上具体的标示符表明具体测量点和测量时间，将这些数据通过SD卡传输口写入SD卡中，计算机软件单元读取SD卡中的数据，根据每组数据的标示符进行位置识别和数据处理，软件可以判别巷道的变形大小向分析人员提供危险预测，软件可以自动得到巷道的形状及巷道任意一点的变形曲线。采用本发明井下巷道围岩表面变形激光测量装置可以连续测量井下多个点位的数据，并对巷道表面变形进行分析对比，自动预测巷道的危险性。
Claims (4)
1.一种井下巷道围岩表面变形激光测量装置，其特征在于：包括由光束投射器和光接收器组成的激光测距仪（1），由舵机和输出轴构成的传动机构（2），还包括防爆机壳（5），防爆机壳（5）内依次设有电源（10）、单片机控制芯片（9）、传动机构（2），防爆机壳（5）的左侧设有与传动机构（2）相连的激光测距仪（1），右侧设有SD卡传输口（4），顶部设有显示屏（3）、水平测量仪（7）、按钮一（8-1）和按钮二（8-2），所述的防爆机壳（5）前后两侧装有用于测量截面定位的激光打线器（6），激光测距仪（1）与传动机构（2）通过内部电路和单片机控制芯片（9）连接，单片机控制芯片（9）上设有与激光测距仪（1）平行的电子罗盘，用于测量方向的定位，单片机控制芯片（9）分别对激光测距仪（1）、传动机构（2）、显示屏（3）、SD卡传输口（4）、激光打线器（6）进行控制，传动机构（2）的舵机输出轴上的转臂与激光测距仪（1）固结，通过控制传动机构（2）的舵机带动激光测量仪（1）进行180°间歇性的转动，测量巷道表面变形数据，通过SD卡传输口（4）存储到SD卡，通过计算机软件对SD卡中存储的数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的井下巷道围岩变形激光测量装置，其特征在于：所述的防爆机壳（5）下部设可调高度、能转动的三脚架。
3.根据权利要求1所述的井下巷道围岩表面变形激光测量装置，其特征在于：所述的电源（10）采用防爆型锂离子电池和安全防护型锂电池充电板。
4.根据权利要求1所述装置的井下巷道围岩表面变形激光测量方法，其特征在于：首先在井下巷道中选好需要测量的基点，进行打桩标记，然后将测量装置放置在打桩标记的基点处，调节防爆机壳（5）下部三脚架，使水平测量仪（7）居中，即将巷道围岩表面变形激光测量装置调整水平，然后旋转防爆机壳（5），使激光打线器（6）射出的光线与巷道的中线垂直，保证巷道围岩表面变形激光测量装置的激光测距仪（1）能够与巷道的中线垂直，通过按钮一（8-1）按1、2、3……输入测量的基点编号，基点编号与基点位置编号对应，输入编号完毕后，分别对各基点进行测量，按下开始按钮二（8-2），激光测距仪（1）开始自动旋转测量巷道数据并自动保存到SD卡上，一个基点测量结束，装置显示屏显示测量完成，即可拿走巷道围岩表面变形激光仪器，然后测量下一个基点的数据，全部基点测量结束后，拔出SD卡将数据传输到电脑上通过计算机软件进行数据分析，根据导出巷道监测的原始数据，绘制出巷道各个基点的断面图，通过对各个基点的变形进行分析，判断巷道的危险性，即可得到巷道表面变形的时间位移图。
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