CN103954229A - 一种地下硐室全断面变形自动监测设备及应用所述设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下硐室全断面变形自动监测设备及应用所述设备的方法。所述硐室全断面变形监测设备，包括测角机构与测距机构，测角机构设置有指针、刻度盘、水平仪、基座、固定孔，测距机构设置有旋转体、轴承、旋转杆、固定螺母、激光探头、显示器。本发明通过测角机构和测距机构的高效配合，可测量出硐室断面任一点的变形量，监测点处硐室断面的超挖、开挖量及硐室喷浆层支护厚度，达到精确高效快速测量硐室各个部分变形量的目的。

Description

一种地下硐室全断面变形自动监测设备及应用所述设备的方法
技术领域
本发明涉及一种地下硐室全断面变形自动监测设备、以及应用所述设备的方法。 
背景技术
硐室是地下矿山重要运输要道，其稳定性是决定着矿山能否安全生产的关键因素之一，不同用途、不同位置、不同围岩环境的硐室稳定性不同，造成其变形量也不相同。监测硐室变形的方法众多，如硐室表面收敛计，多点位置计等。但以上几种方法皆有现场施工工序繁琐，精确度不高，监测费时，且监测仪器存在时间短等缺点。基于上述情况，迫切需要一种更好的硐室全断面变形监测装置，以达到精确快速高效的测量硐室各个部分变形量的目的。 
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种地下硐室全断面变形自动监测设备 ，能够充分利用所述装置的侧角及测距能力，实现硐室在不同用途、不同位置、不同围岩环境情况下的全断面变形量的快速高效精确的测量，提高硐室变形量的测量效率。在硐室全断面变形监测方面达到自动化迅速化精确化的目的。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种地下硐室全断面变形自动监测设备 ，包括:测角机构，包括指针、刻度盘、水平仪、基座、固定孔,所述指针固定于所述旋转杆上置于刻度盘的中心处并随所述旋转杆一起转动，通过所述刻度盘显示所述旋转杆的具体旋转角度，所述水平仪置于所述刻度盘右侧并与所述指针、刻度盘一起固定于基座上，基座通过固定孔固定于硐室壁上；测距机构，包括旋转体、轴承、旋转杆、固定螺母、激光探头、显示器，所述旋转杆与旋转体固定连接通过所述轴承与所述基座滚动连接，并通过所述固定螺母限制其轴向自由度，所述激光探头固定于所述旋转体外侧，通过所述旋转体及旋转杆相对于所述基座的转动而转动，进而测量所述旋转体及旋转杆不同旋转角度下硐室壁上各点与所述激光探头间的距离，并通过置于所述刻度盘下侧并固定于所述基座上的显示器显示具体数值。 
优选地，所述刻度盘固定于基座上，其中基座通过固定孔固定于硐室壁上，指针固定于旋转杆上，并置于刻度盘中心处。 
优选地，所述刻度盘固定于基座上，其中基座通过固定孔固定于硐室壁上，指针固定于旋转杆上，并置于刻度盘中心处，指向平行于激光探头探测方向，用于测量激光探头与水平面的夹角。 
优选地，所述水平仪置于刻度盘右侧与零刻度线平行并固定于基座上，用于调平刻度盘。 
优选地，所述旋转杆与旋转体固定连接，通过轴承与基座连接，并通过两端固定螺母控制其轴向自由度。 
优选地，所述激光探头置于旋转体外侧，通过固定于基座上的显示器，显示其与硐室壁间的距离。 
本发明还提出了一种地下硐室全断面变形自动监测方法，应用上述设备，其包括如下工作步骤：a、利用固定孔5通过螺栓将基座固定于硐室壁安全牢固不易变形处，并调平水平仪；b、旋转旋转体使激光探头10扫过硐室全断面，并记录下硐室断面每一点相对应的显示器显示数值 和指针所指刻度盘数值；c、在Excel表格中运用公式和处理数据分别得到相应点的横坐标和纵坐标（B为硐室断面上任意一点，O为旋转体旋转中心，为过硐室断面上任意一点的垂线与零刻度线所在平面的交点，r为旋转体半径）；d、将处理好的数值导入Surpac软件中，得到硐室断面形状，一次测量硐室断面形状完成；e、间隔一定时间后下一次测量过程开始，返回执行步骤b操作；f、完成规定测量次数后，将不同时间段内测量的数据及硐室形状进行对比，得出硐室断面不同位置处的变形量。 
与现有硐室全断面变形监测装置相比，本发明具有如下优点：本发明述及的地下硐室全断面变形自动监测设备，测距机构与测角机构相互密切配合，达到测角测距同步进行的目的；指针固定于旋转杆上，刻度盘固定于基座上，二者相互配合确定出不同位置下激光探头相对于水平面的具体旋转角度；基座通过固定孔固定于硐室壁上，水平仪置于刻度盘右侧与零刻度线平行并固定于基座上，用于调平刻度盘，使得刻度盘零刻度线平行于水平面；激光探头置于旋转体外侧，通过固定于基座上的显示器，显示其与硐室全断面上各点间的距离；旋转杆与旋转体固定连接，通过轴承与基座连接，并通过两端固定螺母控制其轴向自由度，使得旋转体和旋转杆可相对于基座自由旋转，以便激光探头确定出硐室全断面各点在不同时刻的具体位置坐标，使用此装置可快速高效精确的确定出不同时刻硐室全断面各点的具体位置坐标，通过进一步的数据处理可形象的测量出硐室全断面任一点具体的变形量，监测点处硐室断面的超挖、开挖量及硐室喷浆层支护厚度，达到监测硐室全断面变形的目的。 
附图说明
图1为本发明实施例中地下硐室全断面变形自动监测设备的整体结构示意图。 
图2为本发明实施例中地下硐室全断面变形自动监测设备的侧视图； 
图3为本发明实施例中地下硐室全断面变形自动监测设备的正视图； 
图4为本发明实施例中地下硐室全断面变形自动监测设备工作状态图； 
图5为本发明实施例中硐室变形前后效果图。 
具体实施方式
结合图1、图2所示，一种地下硐室全断面变形自动监测设备 ，包括测角机构与测距机构，测角机构用于测量激光探头与水平面间的夹角，测距机构用于测量激光探头与硐室壁间的距离，二者相互配合精确确定硐室壁上每一点的具体坐标。 
测角机构中，所述指针1固定于所述旋转杆8上置于刻度盘2的中心处并随所述旋转杆8一起转动，通过所述刻度盘2显示所述旋转杆8的具体旋转角度，所述水平仪3置于所述刻度盘2右侧并与所述指针1、刻度盘2一起固定于基座4上，基座4通过固定孔5固定于硐室壁上；测距机构中，所述旋转杆8与旋转体6固定连接通过所述轴承7与所述基座4滚动连接，并通过所述固定螺母9限制其轴向自由度，所述激光探头10固定于所述旋转体6外侧，通过所述旋转体6及旋转杆8相对于所述基座4的转动而转动，进而测量所述旋转体6及旋转杆8不同旋转角度下硐室壁上各点与所述激光探头10间的距离，并通过置于所述刻度盘2下侧并固定于所述基座4上的显示器11显示具体数值。 
结合图2、图3、图4、图5所示，先利用固定孔5通过螺栓将基座固定于硐室壁安全牢固不易变形处，在固定基座的同时充分利用水平仪3调平刻度盘2，使其零刻度线与水平面平行。然后旋转旋转体使激光探头10扫过硐室全断面，并记录下硐室断面每一点相对应的显示器显示数值和指针所指刻度盘数值如图4所示。在Excel表格中运用公式和处理数据分别得到相应点的横坐标和纵坐标（B为硐室断面上任意一点，O为旋转体旋转中心，为过硐室断面上任意一点的垂线与零刻度线所在平面的交点，r为旋转体半径）。最后将处理好的数值导入Surpac软件中可得到该硐室断面形状如图5所示，通过硐室变形前后的图形及数值比较，最终形象精确的测出硐室断面各个位置的相对变形量。 
其监测步骤大致如下：a、利用固定孔5通过螺栓将基座固定于硐室壁安全牢固不易变形处，并调平水平仪；b、旋转旋转体使激光探头10扫过硐室全断面，并记录下硐室断面每一点相对应的显示器显示数值和指针所指刻度盘数值；c、在Excel表格中运用公式和处理数据分别得到相应点的横坐标和纵坐标（B为硐室断面上任意一点，O为旋转体旋转中心，为过硐室断面上任意一点的垂线与零刻度线所在平面的交点，r为旋转体半径）；d、将处理好的数值导入Surpac软件中，得到硐室断面形状，一次测量硐室断面形状完成；e、间隔一定时间后下一次测量过程开始，返回执行步骤b操作；f、完成规定测量次数后，将不同时间段内测量的数据及硐室形状进行对比，得出硐室断面不同位置处变形量。 
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。 

Claims (6)

1.一种地下硐室全断面变形自动监测设备，其特征在于：所述地下硐室全断面变形自动监测设备包括：
    测角机构，包括指针（1）、刻度盘（2）、水平仪（3）、基座（4）、固定孔（5）,所述指针（1）固定于所述旋转杆（8）上置于刻度盘（2）的中心处并随所述旋转杆（8）一起转动，通过所述刻度盘（2）显示所述旋转杆（8）的具体旋转角度，所述水平仪（3）置于所述刻度盘（2）右侧并与所述指针（1）、刻度盘（2）一起固定于基座（4）上，基座（4）通过固定孔（5）固定于硐室壁上；
    测距机构，包括旋转体（6）、轴承（7）、旋转杆（8）、固定螺母（9）、激光探头（10）、显示器（11），所述旋转杆（8）与旋转体（6）固定连接通过所述轴承（7）与所述基座（4）滚动连接，并通过所述固定螺母（9）限制其轴向自由度，所述激光探头（10）固定于所述旋转体（6）外侧，通过所述旋转体（6）及旋转杆（8）相对于所述基座（4）的转动而转动，进而测量所述旋转体（6）及旋转杆（8）不同旋转角度下硐室壁上各点与所述激光探头（10）间的距离，并通过置于所述刻度盘（2）下侧并固定于所述基座（4）上的显示器（11）显示具体数值。
2.根据权利要求1所述的地下硐室全断面变形自动监测设备，其特征在于：所述刻度盘（2）固定于基座（4）上，其中基座（4）通过固定孔（5）固定于硐室壁上，指针（1）固定于旋转杆（8）上，并置于刻度盘（2）中心处，指向平行于激光探头（10）探测方向。
3.根据权利要求1所述的地下硐室全断面变形自动监测设备，其特征在于：所述水平仪（3）置于刻度盘右侧与零刻度线平行并固定于基座（4）上。
4.根据权利要求1所述的地下硐室全断面变形自动监测设备，其特征在于：所述旋转杆（8）与旋转体（6）固定连接，通过轴承（7）与基座（4）连接，并通过两端固定螺母（9）控制其轴向自由度。
5.根据权利要求1所述的地下硐室全断面变形自动监测设备，其特征在于：所述激光探头（10）置于旋转体（6）外侧，通过固定于基座（4）上的显示器（11），显示其与硐室壁间的距离。
6.一种地下硐室全断面变形自动监测方法，其特征在于，采用如权利要求1至5任一项所述的地下硐室全断面变形自动监测设备，包括如下步骤：
a、利用固定孔5通过螺栓将基座固定于硐室壁安全牢固不易变形处，并调平水平仪；
b、旋转旋转体使激光探头10扫过硐室全断面，并记录下硐室断面每一点相对应的显示器显示数值                                                和指针所指刻度盘数值；
c、在Excel表格中运用公式和处理数据分别得到相应点的横坐标和纵坐标（B为硐室断面上任意一点，O为旋转体旋转中心，为过硐室断面上任意一点的垂线与零刻度线所在平面的交点，r为旋转体半径）；
d、将处理好的数值导入Surpac软件中，得到硐室断面形状，一次测量硐室断面形状完成；
e、间隔一定时间后下一次测量过程开始，返回执行步骤b操作；
f、完成规定测量次数后，对比不同时间段内测量的数据及硐室形状，得出硐室断面不同位置处的变形量。
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