CN105261286A - 一种智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型及方法 - Google Patents

Abstract

一种智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型及方法，模型包括探测镜筒，金属环，转筒，透明塑料管，转筒轴，支承杆，支撑架，台柜，控制面板，传动皮带，传动轮，镜筒支架，电机，继电器，单片机，岩层钻孔探测仪，投影仪，裂隙图案蜡光纸；将支承杆分别固定到转筒轴上面，包裹好裂隙图案蜡光纸的透明塑料管之间通过支承杆组装在一起，在组装完成的透明塑料管的外面套上转筒，组装完成的装置放到支撑架上面，将转筒轴固定到传动装置上面，由电机带动转筒轴转动，转筒轴旋转的角度有单片机控制，整个装置的操作集成到控制面板，探测镜筒前端带有摄像头，投影仪与岩层钻孔探测仪相连接，探测镜筒将拍摄到的影像传输到投影仪上，实现钻孔裂隙的摄像投影。

Description

一种智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型及方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔裂隙再现教学模型及方法，尤其是一种适用于钻孔裂隙观测的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型及方法。

背景技术

钻孔观测是勘察巷道围岩结构的重要方法，在巷道围岩地质力学测试中，钻孔中的裂隙发育程度可以反映岩层结构，岩层强度、地应力大小，用于煤矿(井下)观测采场压力显现规律，顶板控制，围岩控制，岩层性质等。在我国地下岩体内部裂隙的观测研究方法主要有钻孔岩芯法、超声成像法、钻孔摄像法及流量测井法等，其中，使用钻孔摄像仪实际观察煤岩体的结构，对节理、裂隙发育情况进行分析，是最简捷、方便、低成本的方法。目前，考虑到矿井安全和生产条件，现场施工中的钻孔观测无法应用到教学当中，在保证教学安全和观测到真实性的前提下，有必要提供一种教学模型，以解决可再现钻孔裂隙的发育情况，可供观测裂隙的埋深、倾向、倾角、宽度、裂隙面的粗糙度、充填物等性质的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了展示出钻孔裂隙的发育形态，提供一种结构简单、成本低廉、直观性好的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型及方法。

技术方案：本发明智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，包括支撑架、经转筒轴设在支撑架上的转筒，所述支撑架的一侧设有与转筒轴相连的皮带传动机构，皮带传动机构一侧设有控制器和岩层钻孔探测器；所述转筒轴连接皮带传动机构一侧设有与岩层钻孔探测器导线相连的探测镜筒，探测镜筒前端带有摄像头，探测镜筒经镜筒支架固定在支撑架上；所述转筒的两端分别设有连接有多个支承杆的金属环，金属环与转筒内壁之间均布有多根透明塑料管，多根透明塑料管上分别包裹有实验需要的不同裂隙图案蜡光纸。

所述皮带传动机构包括电机、经皮带传动的上下传动轮，上传动轮与转筒轴相连，下传动轮与控制电机轴相连。

所述控制器包括台柜、设在台柜上的控制面板、与控制面板相连的单片机和继电器。

所述岩层钻孔探测器包括探测仪、连接在探测仪上的投影仪。

所述裂隙图案蜡光纸是由真实钻孔裂隙拍摄图案印刷到蜡光纸制作而成。

所述探测镜筒的直径小于透明塑料管的直径。

所述多根透明塑料管为6～10根。

使用上所述教学模型的智能化钻孔裂隙再现摄像投影方法，包括如下步骤：

a、将实验所需的不同的裂隙图案蜡光纸包裹在多个透明塑料管的外管壁上，以模拟真实钻孔中不同的裂隙发育形态，将包裹好不同裂隙图案蜡光纸的多个透明塑料管均布固定在金属环与转筒内壁之间；

b、将探测镜筒伸入到某个透明塑料管内部，然后通过拉伸探测镜筒，即可拍摄到透明塑料管外管壁不同位置处的裂隙图案；

c、通过控制面板启动电机，由继电器和单片机控制电机的转动频率以及转动的时间，电机驱动皮带传动机构带动转筒轴使转筒转动；

d、通过转筒转动使各透明塑料管的角度位置发生改变，探测镜筒可实时拍摄不同角度位置包裹有裂隙图案蜡光纸的透明塑料管转动时的裂隙变化图案；

e、探测镜筒将拍摄到的裂隙图案信息传递给探测仪，通过探测仪将拍摄到的影像传输给投影仪，由投影仪播出钻孔裂隙图案的投影，从而实现钻孔裂隙图案的拍摄和观测。

有益效果：由于采用了上技术方案，本发明通过钻孔裂隙观测教学模型，可形象的表现出煤岩体钻孔的裂隙发育情况，同时也可以方便快捷安全的实现对巷道围岩结构的勘察。通过对钻孔中的裂隙发育程度的显示，可以形象的反映出岩层结构以及裂隙发育的情况，对观测采场压力显现规律、顶板控制、围岩控制、岩层性质等分析提供了依据。通过教学模型，可再现钻孔裂隙的发育情况，供观测裂隙的埋深、倾向、倾角、宽度、裂隙面的粗糙度、充填物等岩层的内部情况。其结构简单，操作方便，使用效果好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中岩层钻孔探测仪示意图；

图3是裂隙图案蜡光纸示意图；

图中：1—探测镜筒；2—金属环；3—转筒；4—透明塑料管；5—转筒轴；6—支承杆；7—支撑架；8—台柜；9—控制面板；10—传动皮带；11—传动轮；12—镜筒支架；13—电机；14—导线；15—继电器；16—单片机；17—岩层钻孔探测仪；18—投影仪；19—裂隙图案蜡光纸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，主要由探测镜筒1、金属环2、转筒3、透明塑料管4、转筒轴5、支承杆6、支撑架7、台柜8、控制面板9、传动皮带10、传动轮11、镜筒支架12、电机13、导线14、继电器15、单片机16、岩层钻孔探测仪17、投影仪18、裂隙图案蜡光纸19组成；支撑架7上设有转筒3，转筒3经转筒轴5安装在支撑架7上，所述支撑架7的一侧设有与转筒轴5相连的皮带传动机构，皮带传动机构包括电机13、经皮带传动的上下传动轮11，上传动轮与转筒轴5相连，下传动轮与控制电机轴相连。皮带传动机构一侧设有控制器和岩层钻孔探测器；所述转筒轴5连接皮带传动机构一侧设有与岩层钻孔探测器导线相连的探测镜筒1，探测镜筒1前端带有摄像头，探测镜筒1经镜筒支架12固定在支撑架7上；所述转筒3的两端分别设有连接有多个支承杆6的金属环2，金属环2与转筒3内壁之间均布有多根透明塑料管4，多根透明塑料管4上分别包裹有实验需要的不同裂隙图案蜡光纸19，多根透明塑料管4为6～10根。所述裂隙图案蜡光纸19是由真实钻孔裂隙拍摄图案印刷到蜡光纸制作而成；所述探测镜筒1的直径小于透明塑料管4的直径；所述控制器包括台柜8、设在台柜8上的控制面板9、与控制面板9相连的单片机16和继电器15。所述岩层钻孔探测器包括探测仪17、连接在探测仪17上的投影仪18。

所述的转筒轴5与传动轮11焊接在一起，传动轮11带动转筒轴5转动，所述支承杆6焊接在金属环2上，通过金属环2进行加固使裂隙图案蜡光纸19将透明塑料管4的外管壁紧贴包裹住，所述裂隙图案蜡光纸19是将真实钻孔裂隙拍摄图案印刷到蜡光纸上面制作而成，使用裂隙图案蜡光纸19包裹在透明塑料管4的外管壁上，用以模拟真实钻孔的裂隙发育形态，将包裹好裂隙图案蜡光纸19的透明塑料管4加固到支承杆6上面，使用转筒3套在安装好的透明塑料管4外面，转筒轴5与传动轮11相连接，传动轮11之间通过传动皮10带进行传动，传动轮11由电机13提供动力，单片机16和继电器15控制电机13的开关以及转动的时间，从而实现对转筒轴5的转动的控制，本装置的所有操作均集成到控制面板9上，探测镜筒1的前端安装有摄像头，将探测镜筒1放到透明塑料管4内部，即可实现对裂隙的观测，观测到的图案通过岩层钻孔探测仪17传输到投影仪18上，实现钻孔裂隙图案的拍摄和观测。

所述裂隙图案蜡光纸19是由真实钻孔裂隙拍摄图案印刷到蜡光纸制作，转筒3套在组装好的透明塑料管4外面。

所述探测镜筒1的直径小于透明塑料管4的直径，所述转筒轴5与传动轮11相连接，传动轮11之间通过传动皮带10连接，由电机13提供动力，带动转筒轴5旋转，所述电机13、传动轮11、转筒轴5由继电器15和单片机16，单片机16的命令输入通过控制面板9控制。

通过探测镜筒1拍摄到的裂隙，可以通过岩层钻孔探测仪17传输到投影仪18，进行钻孔的裂隙拍摄观测。

本发明的教学模型的智能化钻孔裂隙再现摄像投影方法，具体步骤如下：

a、将实验所需的不同的裂隙图案蜡光纸19包裹在多个透明塑料管4的外管壁上，以模拟真实钻孔中不同的裂隙发育形态，将包裹好不同裂隙图案蜡光纸19的多个透明塑料管4均布固定在金属环2与转筒3内壁之间；

b、实验时，将探测镜筒1伸入到某个透明塑料管4内部，然后通过拉伸探测镜筒1，即可拍摄到透明塑料管4外管壁不同位置处的裂隙图案，根据实验的需要，分别对多个透明塑料管4一一进行探测，或选择性探测；

c、通过控制面板9启动电机13，由继电器15和单片机16控制电机13的转动频率以及转动的时间，电机13驱动皮带传动机构带动转筒轴5使转筒3转动；

d、通过转筒3转动使各透明塑料管4的角度位置发生改变，探测镜筒1可实时拍摄不同角度位置包裹有裂隙图案蜡光纸19的透明塑料管4转动时的裂隙变化图案；

e、探测镜筒1将拍摄到的裂隙图案信息传递给探测仪17，通过探测仪17将拍摄到的影像传输给投影仪18，由投影仪18播出钻孔裂隙图案的投影，从而实现钻孔裂隙图案的拍摄和观测。

Claims (8)

1.一种智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：它包括支撑架（7）、经转筒轴（5）设在支撑架（7）上的转筒（3），所述支撑架（7）的一侧设有与转筒轴（5）相连的皮带传动机构，皮带传动机构一侧设有控制器和岩层钻孔探测器；所述转筒轴（5）连接皮带传动机构一侧设有与岩层钻孔探测器导线相连的探测镜筒（1），探测镜筒（1）前端带有摄像头，探测镜筒（1）经镜筒支架（12）固定在支撑架（7）上；所述转筒（3）的两端分别设有连接有多个支承杆（6）的金属环（2），金属环（2）与转筒（3）内壁之间均布有多根透明塑料管（4），多根透明塑料管（4）上分别包裹有实验需要的不同裂隙图案蜡光纸（19）。

2.根据权利要求1所述的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：所述皮带传动机构包括电机（13）、经皮带传动的上下传动轮（11），上传动轮与转筒轴（5）相连，下传动轮与控制电机轴相连。

3.根据权利要求1所述的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：所述控制器包括台柜（8）、设在台柜（8）上的控制面板（9）、与控制面板（9）相连的单片机（16）和继电器（15）。

4.根据权利要求1所述的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：所述岩层钻孔探测器包括探测仪（17）、连接在探测仪（17）上的投影仪（18）。

5.根据权利要求1所述的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：所述裂隙图案蜡光纸（19）是由真实钻孔裂隙拍摄图案印刷到蜡光纸制作而成。

6.根据权利要求1所述的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：所述探测镜筒（1）的直径小于透明塑料管（4）的直径。

7.根据权利要求1所述的智能化钻孔裂隙再现摄像投影教学模型，其特征在于：所述多根透明塑料管（4）为6～10根。

8.根据权利要求1所述教学模型的智能化钻孔裂隙再现摄像投影方法，其特征在于包括如下步骤：

a、将实验所需的不同的裂隙图案蜡光纸（19）包裹在多个透明塑料管（4）的外管壁上，以模拟真实钻孔中不同的裂隙发育形态，将包裹好不同裂隙图案蜡光纸（19）的多个透明塑料管（4）均布固定在金属环（2）与转筒（3）内壁之间；

b、将探测镜筒（1）伸入到某个透明塑料管（4）内部，然后通过拉伸探测镜筒（1），即可拍摄到透明塑料管（4）外管壁不同位置处的裂隙图案；

c、通过控制面板（9）启动电机（13），由继电器（15）和单片机（16）控制电机（13）的转动频率以及转动的时间，电机（13）驱动皮带传动机构带动转筒轴（5）使转筒（3）转动；

d、通过转筒（3）转动使各透明塑料管（4）的角度位置发生改变，探测镜筒（1）可实时拍摄不同角度位置包裹有裂隙图案蜡光纸（19）的透明塑料管（4）转动时的裂隙变化图案；

e、探测镜筒（1）将拍摄到的裂隙图案信息传递给探测仪（17），通过探测仪（17）将拍摄到的影像传输给投影仪（18），由投影仪（18）播出钻孔裂隙图案的投影，从而实现钻孔裂隙图案的拍摄和观测。