CN105783759B - 一种巷道围岩整体变形监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巷道围岩整体变形监测装置及方法，该装置包括测量支架、调平基座和辅助定位装置，测量支架通过槽道垂直设置于调平基座上，并且测量支架可沿槽道进行水平移动，测量支架上设有高度可调的激光测距仪和观察靶，辅助定位装置包括竖直设置的支撑杆以及固定于支撑杆上的激光定向仪。本发明使用激光定向仪进行空间定位，并设有高度可调的激光测距仪和调节测量支架水平位置的槽道，实现了每次测量的原点都处在三维空间上的一条直线上，可方便快捷的确定巷道围岩的整体变形特征。
Description
技术领域
本发明属于矿山巷道工程围岩监测领域，尤其涉及的是一种巷道围岩整体变形监测装置及方法。
背景技术
巷道构成了井下生产、运输、通风、行人、排水等一切活动必需的场所与通道，巷道围岩控制不仅是采矿企业经济效益的重要影响因素，更关系着矿工的生命安全。不同于大多数地下工程结构，煤矿巷道经受着强烈的采动影响。剧烈的开采扰动往往会造成巷道的整体抬升、侧移、下沉。目前，现场主要依靠布置断面测站的方式进行巷道围岩变形监测，该方法所获取的断面收敛数据在空间上相互独立，无法有效反应巷道抬升、下沉、侧移等巷道围岩整体变形。
发明内容
发明目的：为了解决上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种巷道围岩整体变形监测装置及方法，该装置可准确测量巷道围岩在三维空间上的变形。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种巷道围岩整体变形监测装置，包括测量支架、调平基座和辅助定位装置，测量支架通过槽道垂直设置于调平基座上，并且测量支架可沿槽道进行水平移动，测量支架上设有高度可调的激光测距仪和观察靶，辅助定位装置包括竖直设置的支撑杆以及固定于支撑杆上的激光定向仪。
进一步的，所述测量支架包括旋转装置、固定杆、伸缩杆和滑动底座，固定杆垂直设置于滑动底座上，固定杆内设有伸缩杆以及调节伸缩杆伸出长度的调节机构，在伸缩杆上设置旋转装置和观察靶，旋转装置的旋转轴线与伸缩杆中心轴线垂直，观察靶的靶平面与伸缩杆中心轴线平行，在旋转装置上竖直设置激光测距仪。
进一步的，所述旋转装置包括转轴、手柄和承托基座，承托基座内沿水平方向设置转轴槽，转轴穿过转轴槽，转轴一端与激光测距仪相连，转轴另一端与手柄相连，在承托基座靠近手柄一侧端部设有角度刻度盘，在转轴与手柄相连的一端设有角度指针(10)。
进一步的，所述调节机构包括限位螺栓、固定螺母、限位孔槽和圆柱弹簧，在固定杆上沿竖直方向开设限位孔槽，限位螺栓通过限位孔槽穿入伸缩杆的螺栓定位孔内，限位螺栓上设有固定螺母，通过固定螺母将限位螺栓固定在限位孔槽内，圆柱弹簧设置在固定杆内部，且圆柱弹簧位于伸缩杆的下方。
进一步的，所述滑动底座设置于槽道内，滑动底座设有竖直方向的螺纹孔，螺纹孔内设有定位螺栓。
进一步的，所述调平基座包括底座、立柱、托盘和伸缩臂，立柱垂直固定于底座上，托盘通过半球型凹槽与立柱的球型端头连接，托盘上设有槽道和圆形气泡水平仪，在立柱圆周均布多个伸缩臂，伸缩臂两端分别连接托盘和立柱。
进一步的，所述伸缩臂包括内杆、外杆和螺旋伸缩管，外杆中套设内杆，内杆上端与托盘相连，内杆外壁设有外螺纹，外杆下端与立柱相连，在外杆上端固定螺旋伸缩管，螺旋伸缩管内壁设有与内杆外螺纹相匹配的内螺纹。
进一步的，所述底座呈三角形，在底座的三个角上设有固定孔，固定孔内设有钢钎。
根据上述装置的巷道围岩整体变形监测方法，包括以下步骤：
(S1)划定待观测的巷道长度，根据观测精度需求，设置断面监测点数量和间距，并进行标识；
(S2)在采动影响区外，针对巷道围岩实施小范围强力支护，在强力支护区内组装辅助定位装置；
(S3)在第一处断面监测点组装测量支架和调平基座；
(S4)调节观察靶高度，沿槽道调整测量支架水平位置，使辅助定位装置的激光定向仪投射的激光射线命中观察靶中心；
(S5)利用激光测距仪在竖直平面内旋转测距，并记录观测数据，然后移动测量支架和调平基座到下一个断面监测点；
(S6)重复步骤(S4)和(S5),直到完成所有断面监测点的观测；
(S7)根据断面监测点的位置关系和记录的观测数据，利用软件绘制巷道围岩三维形态图，确定巷道围岩的整体变形特征。
有益效果：
(1)本发明体积小、易于拆装、便于携带和维护，极大地降低了监测工作人员的劳动强度；
(2)本发明设计使用伸缩臂和圆形气泡水平仪较好解决了测量支架难以与竖直方向平行的问题；
(3)本发明设计使用三支伸缩臂分别支撑托盘的三个角，利用三角形稳定性原理保证了托盘稳定性；
(4)本发明在承托基座的手柄侧设有角度刻度盘，对应穿过承托基座上的转轴槽的转轴的端部设有角度指针，可直观的观测激光测距仪的测量角度；
(5)本发明设计使用三根固定钢钎对应插入底座的固定孔，较好的解决了在崎岖不平的巷道底板上调平基座的固定问题；
(6)本发明设计使用激光定向仪进行空间定位，并设有调节伸缩杆伸出长度的调节机构和调节测量支架水平位置的滑槽，实现了每次测量的原点都处在三维空间上的一条直线上，根据此项空间几何关系，利用记录的数据，可方便快捷的确定巷道围岩的整体变形特征。
附图说明
图1是本发明的巷道围岩整体变形监测装置的工作状态结构示意图；
图2是本发明的测量支架与调平基座的主视图；
图3是本发明的辅助定位装置的结构示意图；
图4是本发明的测量支架的剖面图；
图5是本发明的调平基座的俯视图；
图6是本发明的测量支架与调平基座连接处的结构示意图；
图7a是测量支架的旋转装置的剖面图；
图7b是测量支架的旋转装置的侧视图；
图8是测量支架的滑动底座的俯视图；
图9是调平基座的钢钎的结构示意图。
图中：1、小范围强力支护；2、底板钻孔；3、激光射线；4、激光定向仪；5、支撑杆；6、激光测距仪；7、转轴；8、承托基座；9、手柄；10、角度指针；11、角度刻度盘；12、观察靶；13、伸缩杆；14、固定杆；15、限位螺栓；16、固定螺母；17、限位孔槽；18、圆柱弹簧；19、滑动底座；20、定位螺栓；21、螺纹孔；22、底座；23、立柱；24、托盘；25、内杆；26、外杆；27、螺旋伸缩管；28、半球型凹槽；29、球型端头；30槽道；31圆形气泡水平仪；32钢钎。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至3所示，本发明的一种巷道围岩整体变形监测装置，包括测量支架、调平基座和辅助定位装置，测量支架通过槽道30垂直设置于调平基座上，并且测量支架可沿槽道30进行水平移动，测量支架上设有高度可调的激光测距仪6和观察靶12，辅助定位装置包括竖直设置的支撑杆5以及固定于支撑杆5上的激光定向仪4。
如图2和4所示，测量支架包括旋转装置、固定杆14、伸缩杆13和滑动底座19。固定杆14垂直设置于滑动底座19上，固定杆14内设有伸缩杆13以及调节伸缩杆13伸出长度的调节机构，在伸缩杆13上部设置旋转装置和观察靶12，旋转装置的旋转轴线与伸缩杆13中心轴线垂直，观察靶12的靶平面与伸缩杆13中心轴线平行，在旋转装置上竖直设置激光测距仪6，通过旋转装置实现激光测距仪6在竖直平面内旋转测距。
如图7a和7b所示，所述旋转装置包括转轴7、手柄9和承托基座8。承托基座8内沿水平方向设置转轴槽，转轴7穿过转轴槽，转轴7一端与激光测距仪6相连，转轴7另一端与手柄9相连，在承托基座8靠近手柄9一侧端部设有角度刻度盘11，在转轴7与手柄9相连的一端设有角度指针10。通过手柄9驱动转轴7和激光测距仪6转动，随着转轴7转动，带动角度指针10在角度刻度盘11上转动。
如图2和4所示，所述调节机构包括限位螺栓15、固定螺母16、限位孔槽17和圆柱弹簧18。在固定杆14上沿竖直方向开设限位孔槽17，限位螺栓15通过限位孔槽17穿入伸缩杆13的螺栓定位孔内，限位螺栓15上设有固定螺母16，通过旋紧固定螺母16将限位螺栓15固定在限位孔槽17内，固定螺母16与固定杆14外壁间摩擦力实现控制伸缩杆13伸缩。圆柱弹簧18设置在固定杆14内部，且圆柱弹簧18位于伸缩杆13的下方。
如图2、4和8所示，所述滑动底座19设置于槽道30内，滑动底座19设有竖直方向的螺纹孔21，螺纹孔21内设有定位螺栓20。转动定位螺栓20，使其下端与槽道30底部紧贴，通过定位螺栓2与槽道30底部间摩擦力限制滑动底座19移动。
如图2和6所示，所述调平基座包括底座22、立柱23、托盘24和伸缩臂，立柱23垂直固定于底座22上，托盘24通过半球型凹槽28与立柱23的球型端头29连接，托盘24上设有槽道30和圆形气泡水平仪31。在立柱23圆周均布三个伸缩臂，伸缩臂两端通过螺栓分别连接托盘24和立柱23。所述伸缩臂包括内杆25、外杆26和螺旋伸缩管27，外杆26中套设内杆25，内杆25上端与托盘24相连，内杆25外壁设有外螺纹，外杆26下端与立柱23相连，在外杆26上端固定螺旋伸缩管27，螺旋伸缩管27内壁设有与内杆25外螺纹相匹配的内螺纹。通过内杆25与螺旋伸缩管27螺纹配合，实现伸缩臂伸缩，调整三个伸缩臂长度使圆形气泡水平仪31水平。
如图5和9所示，所述底座22呈三角形，在底座22的三个角上设有固定孔，固定孔内设有钢钎32，通过将钢钎32插入地面来固定调平基座。
权利上述装置的巷道围岩整体变形监测方法，包括以下步骤：
(S1)划定待观测的巷道长度，根据观测精度需求，设置断面监测点数量和间距，并进行标识；
(S2)如图1所示，在采动影响区外，针对巷道围岩实施小范围强力支护1，以保证该范围内巷道底板在观测时间内的稳定，然后在强力支护区内组装辅助定位装置，组装辅助定位装置时，先在强力支护区内施工0.5～1米的底板钻孔2，然后配合水泥或其他粘结剂，将支撑杆5下端固定底板钻孔2内，然后在支撑杆5上端固定激光定向仪4；
(S3)在第一处断面监测点组装测量支架和调平基座,
(S4)调节观察靶12高度，沿槽道30调整测量支架水平位置，使辅助定位装置的激光定向仪4投射的激光射线3命中观察靶12中心；
(S5)利用激光测距仪6在竖直平面内旋转测距，并记录观测数据，旋转测距时，根据转动手柄9控制角度指针10在角度刻度盘11上的转动角度，每旋转一次角度，利用激光测距仪6测量一次转轴7中心到巷道岩壁的距离，直至完成整个巷道断面的观测，然后移动测量支架和调平基座到下一个断面监测点；
(S6)重复步骤(S4)和(S5),直到完成所有断面监测点的观测；
(S7)根据断面监测点的位置关系和记录的观测数据，利用软件绘制巷道围岩三维形态图，确定巷道围岩的整体变形特征。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种巷道围岩整体变形监测装置，其特征在于：包括测量支架、调平基座和辅助定位装置，测量支架通过槽道(30)垂直设置于调平基座上，并且测量支架可沿槽道(30)进行水平移动，测量支架上设有高度可调的激光测距仪(6)和观察靶(12)，辅助定位装置包括竖直设置的支撑杆(5)以及固定于支撑杆(5)上的激光定向仪(4)；
所述测量支架包括旋转装置、固定杆(14)、伸缩杆(13)和滑动底座(19)，固定杆(14)垂直设置于滑动底座(19)上，固定杆(14)内设有伸缩杆(13)以及调节伸缩杆(13)伸出长度的调节机构，在伸缩杆(13)上设置旋转装置和观察靶(12)，旋转装置的旋转轴线与伸缩杆(13)中心轴线垂直，观察靶(12)的靶平面与伸缩杆(13)中心轴线平行，在旋转装置上竖直设置激光测距仪(6)；
所述旋转装置包括转轴(7)、手柄(9)和承托基座(8)，承托基座(8)内沿水平方向设置转轴槽，转轴(7)穿过转轴槽，转轴(7)一端与激光测距仪(6)相连，转轴(7)另一端与手柄(9)相连，在承托基座(8)靠近手柄(9)一侧端部设有角度刻度盘(11)，在转轴(7)与手柄(9)相连的一端设有角度指针(10)。
2.根据权利要求1所述的一种巷道围岩整体变形监测装置，其特征在于：所述调节机构包括限位螺栓(15)、固定螺母(16)、限位孔槽(17)和圆柱弹簧(18)，在固定杆(14)上沿竖直方向开设限位孔槽(17)，限位螺栓(15)通过限位孔槽(17)穿入伸缩杆(13)的螺栓定位孔内，限位螺栓(15)上设有固定螺母(16)，通过固定螺母(16)将限位螺栓(15)固定在限位孔槽(17)内，圆柱弹簧(18)设置在固定杆(14)内部，且圆柱弹簧(18)位于伸缩杆(13)的下方。
3.根据权利要求1所述的一种巷道围岩整体变形监测装置，其特征在于：所述滑动底座(19)设置于槽道(30)内，滑动底座(19)设有竖直方向的螺纹孔(21)，螺纹孔(21)内设有定位螺栓(20)。
4.根据权利要求1所述的一种巷道围岩整体变形监测装置，其特征在于：所述调平基座包括底座(22)、立柱(23)、托盘(24)和伸缩臂，立柱(23)垂直固定于底座(22)上，托盘(24)通过半球型凹槽(28)与立柱(23)的球型端头(29)连接，托盘(24)上设有槽道(30)和圆形气泡水平仪(31)，在立柱(23)圆周均布多个伸缩臂，伸缩臂两端分别连接托盘(24)和立柱(23)。
5.根据权利要求4所述的一种巷道围岩整体变形监测装置，其特征在于：所述伸缩臂包括内杆(25)、外杆(26)和螺旋伸缩管(27)，外杆(26)中套设内杆(25)，内杆(25)上端与托盘(24)相连，内杆(25)外壁设有外螺纹，外杆(26)下端与立柱(23)相连，在外杆(26)上端固定螺旋伸缩管(27)，螺旋伸缩管(27)内壁设有与内杆(25)外螺纹相匹配的内螺纹。
6.根据权利要求4所述的一种巷道围岩整体变形监测装置，其特征在于：所述底座(22)呈三角形，在底座(22)的三个角上设有固定孔，固定孔内设有钢钎(32)。
7.根据权利要求1所述装置的巷道围岩整体变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)划定待观测的巷道长度，根据观测精度需求，设置断面监测点数量和间距，并进行标识；
(S2)在采动影响区外，针对巷道围岩实施小范围强力支护，在强力支护区内组装辅助定位装置；
(S3)在第一处断面监测点组装测量支架和调平基座；
(S4)调节观察靶(12)高度，沿槽道(30)调整测量支架水平位置，使辅助定位装置的激光定向仪(4)投射的激光射线(3)命中观察靶(12)中心；
(S5)利用激光测距仪(6)在竖直平面内旋转测距，并记录观测数据，然后移动测量支架和调平基座到下一个断面监测点；
(S6)重复步骤(S4)和(S5),直到完成所有断面监测点的观测；
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- 2016-04-08 CN CN201610218985.4A patent/CN105783759B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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