CN105783849B - 一种岩层真倾角和真走向的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种岩层真倾角和真走向的测量系统及方法，系统包括：激光器、倾角测量装置、走向测量装置、处理器；所述激光器分别与所述倾角测量装置和所述走向测量装置连接，所述处理器分别与所述倾角测量装置、所述走向测量装置连接。方法包括：测量待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向；测量待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向；根据待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向、待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向，求解所述待测岩层的真倾角和真走向。通过岩层面上任意两条非平行直线的走向和倾角，可以快速测量计算岩层的真倾角和真走向，方法简单便利，准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及工程地质勘查技术领域，具体涉及一种岩层真倾角和真走向的测量系统及方法。
背景技术
现有技术中，采煤巷道和工程隧道里，常常是通过地质罗盘直接在岩层面上测量获得的。具体方法如下：首先，将地质罗盘的水平气泡的指针调到0°，然后将罗盘的长边贴在岩层的一个完整且光滑的层面上，慢慢移动罗盘，使水平气泡居中，并沿最长边划一条线，这就是断层的走向线，根据该走向线就可知道岩层的走向。其次，将罗盘的短边对齐所画的直线，并使水平气泡居中，制动并读取指针的读数，这是倾向。最后、将罗盘的长边垂直于走向线，转动地质罗盘后面，使地质罗盘中的水平气泡居中，指针所指的角度为倾角。
但在采煤巷道和工程隧道的实际工程中，则会存在诸多问题，使用地质罗盘测量倾角和走向，每次都要调整水准器的水泡居中，不仅方法繁琐，而且工作效率也比较低，而且实际上往往缺少出露的岩石层面或断层面，使用地质罗盘常常不便，加之施工机械和金属支护材料的应用严重影响了罗盘的精度，使得测量岩石层面或断层面的真实参数越来越难。如果使用线绳测定法，用人多，费时间，而且占用空间大，与采掘工作相互影响，而且测量环节多，因此误差也大。
所以，有必要对上述岩层的倾角和走向的测量方法作进一步改进，以避免上述缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种岩层真倾角和真走向的测量系统及方法，通过岩层面上任意两条非平行直线的走向和倾角，可以快速测量计算岩层的真倾角和真走向，方法简单便利，准确可靠。
一种岩层真倾角和真走向的测量系统，包括：
发射激光信号至所述待测岩层与巷道帮部的相交线的激光器；
测量待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角的倾角测量装置；
测量待测岩层与巷道帮部的相交线的视走向的走向测量装置；
根据待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向计算所述待测岩层的真倾角和真走向的处理器；
所述激光器分别与所述倾角测量装置和所述走向测量装置连接，所述处理器分别与所述倾角测量装置、所述走向测量装置连接。
所述的岩层真倾角和真走向的测量系统，还包括显示待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向、岩层真倾角和真走向的显示器，所述显示器与所述处理器连接。
所述的岩层真倾角和真走向的测量系统，还包括存储待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向、待测岩层的真倾角和真走向的存储装置，所述存储装置与所述处理器连接。
采用所述的岩层真倾角和真走向的测量系统进行岩层真倾角和真走向测量的方法，包括：
测量待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向；
待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向发送至处理器并进行存储与显示；
测量待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向；
待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向发送至处理器并进行存储与显示；
根据待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向、待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向，求解所述待测岩层的真倾角和真走向。
求解所述待测岩层的真倾角和真走向的方法如下：
所述处理器第一次判断测得的第一视走向β″1是否大于180°：
若β″1＞180°，则令β′1＝β″1-180°；
若β″1＜180°，则令β′1＝β″1；
所述处理器第二次判断测得的第二视走向β″2是否大于180°：
若β″2＞180°，则令β′2＝β″2-180°；
若β″2＜180°，则令β′2＝β″2；
所述处理器第三次判断所述β′1是否小于所述β′2：
若β′1＜β′2，则令α1＝α′1，α2＝α′2，β1＝β′1，β2＝β′2；
若β′1＞β′2，则令α1＝α′2，α2＝α′1，β1＝β′2，β2＝β′1；
计算待测岩层的真倾角α：
计算待测岩层的真走向β：
所述真倾角介于0到90度之间。
所述真走向介于0到180度之间有益效果：
相较于现有技术，本发明提供的岩层真倾角和真走向的测量系统及方法，具有以下有益效果：
1、本发明能够将测量、数据采集、数据处理、存储及显示集成一体，相较于传统方式中过程繁琐、误差大的罗盘测定法或是需要较多人力、物力的线绳测定法，本发明的测量方法在实际工程中，只需要一个人就可以轻松完成测量工作，不仅方法简单便利，而且处理快速，可以直接获得岩层的真倾向和真走向，同时计算精确；
2、本发明根据岩层面的任意两条非平行直线的视倾角和视走向来计算岩层面的真倾角和真走向，解决了采煤巷道或工程隧道缺少出露的岩石层面或断层面而无法采集数据的问题，所述测量方法有效便捷，实用性更广。本发明的岩层真倾角和真走向的测量系统不仅可应用于岩层，还可以应用于断层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明具体实施方式的岩层真倾角和真走向的测量系统的结构框图；
图2为本发明具体实施方式的岩层真倾角和真走向的测量方法的流程图；
图3为图2所示测量方法中步骤S5的流程图；
图4为图2所示测量方法的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种岩层真倾角和真走向的测量系统，如图1所示，包括：
发射激光信号至所述待测岩层与巷道帮部的相交线的激光器11；
测量待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角的倾角测量装置12；
测量待测岩层与巷道帮部的相交线的视走向的走向测量装置13；
根据待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向计算所述待测岩层的真倾角和真走向的处理器14；
所述激光器11分别与所述倾角测量装置12和所述走向测量装置13连接，所述处理器14分别与所述倾角测量装置12、所述走向测量装置13连接。
所述的岩层真倾角和真走向的测量系统，还包括显示待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向、岩层真倾角和真走向的显示器15，所述显示器15与所述处理器14连接。
所述的岩层真倾角和真走向的测量系统，还包括存储待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向、待测岩层的真倾角和真走向的存储装置16，所述存储装置16与所述处理器14连接。
如图2所示，本实施方式提供的岩层真倾角和真走向测量的方法是按照以下步骤实现的：
步骤S1、测量待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向：岩层真倾角和真走向的测量系统贴靠于待测岩层与巷道一帮的相交线，激光器打向所述待测岩层与巷道一帮的相交线，倾角测量装置测量待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角α′1，走向测量装置测量待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视走向β″1；
步骤S2、待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角α′1和第一视走向β″1发送至处理器并进行存储与显示；
步骤S3、测量待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向：岩层真倾角和真走向的测量系统贴靠于待测岩层与巷道另一帮的相交线，激光器打向所述待测岩层与巷道另一帮的相交线，倾角测量装置测量待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角α′2，走向测量装置测量待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视走向β″2；
步骤S4、待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角α′2和第二视走向β″2发送至处理器并进行存储与显示；
步骤S5、根据待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向、待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向，求解所述待测岩层的真倾角和真走向。
如图4所示，构建断层面ABC来简化模拟岩层，E是A点的水平投影，断层面ABC和水平面的交线为BC，EBC是ABC在水平面内的投影。AE、BE、CE、DE和BC的长度分别为h、h1、h2、h3和h4，BE和EC的夹角为β0。AB和AC为断层面ABC内两条非平行的视倾斜线即待测岩层与巷道帮部的相交线，AB的第一视倾角∠ABE＝α1，第一视走向为β1，AC的第二视倾角∠ACE＝α2，第二视走向为β2，且β1＜β2。AD垂直BC于D，∠ADE为断层面ABC的真倾角α，直线BC的走向β为真走向。
步骤S5的具体过程如图3所示：
步骤S51、所述处理器第一次判断测得的第一视走向β″1是否大于180°：
若β″1＞180°，则命令为真，令β′1＝β″1-180°；
若β″1＜180°，则命令为假，令β′1＝β″1；
步骤S52、所述处理器第二次判断测得的第二视走向β″2是否大于180°：
若β″2＞180°，则命令为真，令β′2＝β″2-180°；
若β″2＜180°，则命令为假，令β′2＝β″2；
步骤S53、所述处理器第三次判断所述β′1是否小于所述β′2：
若β′1＜β′2，则命令为真，令α1＝α′1，α2＝α′2，β1＝β′1，β2＝β′2；
若β′1＞β′2，则命令为假，令α1＝α′2，α2＝α′1，β1＝β′2，β2＝β′1；
公式推导：
由三角函数公式可获得公式(1)～(5)：
tanα＝h/h3 (1)
h1＝h*ctanα1 (2)
h2＝h*ctanα2 (3)
h3＝h*ctanα (4)
h4 2＝h1 2+h2 2-2h1h2cosβ0 (5)
由图4可获得公式(6)：
β0＝180°-(β2-β1) (6)
由三角形面积公式可获得公式(7)：
SΔBCE＝h3*h4/2＝h1*h2(sinβ0)/2 (7)
根据公式(1)-(7)可推导得到公式(8)：
步骤S54、计算待测岩层的真倾角α：
公式(9)为反正切函数，其值域为[-π/2，π/2]，即所述测岩层的真倾角α的范围介于0到90度之间。
步骤S55、计算待测岩层的真走向β：
公式(10)包括反正弦函数，其值域为[-π/2，π/2]，即所述测岩层的真走向β的范围介于0到180度之间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种岩层真倾角和真走向的测量系统，包括：
发射激光信号至待测岩层与巷道帮部的相交线的激光器；
测量待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角的倾角测量装置；
测量待测岩层与巷道帮部的相交线的视走向的走向测量装置；
根据待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向计算所述待测岩层的真倾角和真走向的处理器；
所述激光器分别与所述倾角测量装置和所述走向测量装置连接，所述处理器分别与所述倾角测量装置、所述走向测量装置连接；
其特征在于，
所述处理器计算所述待测岩层的真倾角和真走向具体如下：
所述处理器第一次判断测得的第一视走向β”1是否大于180°：
若β”1>180°，则令β'1＝β”1-180°；
若β”1<180°，则令β'1＝β”1；
所述处理器第二次判断测得的第二视走向β”2是否大于180°：
若β”2>180°，则令β'2＝β”2-180°；
若β”2<180°，则令β'2＝β”2；
所述处理器第三次判断所述β'1是否小于所述β'2：
若β'1<β'2，则令α1＝α'1，α2＝α'2，β1＝β'1，β2＝β'2；
若β'1>β'2，则令α1＝α'2，α2＝α'1，β1＝β'2，β2＝β'1；
其中的α1是第一视倾角，α2是第二视倾角，β1是第一视走向，β2是第二视走向；
计算待测岩层的真倾角α：
计算待测岩层的真走向β：
2.根据权利要求1所述的岩层真倾角和真走向的测量系统，其特征在于，还包括显示待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向、岩层真倾角和真走向的显示器，所述显示器与所述处理器连接。
3.根据权利要求1所述的岩层真倾角和真走向的测量系统，其特征在于，还包括存储待测岩层与巷道帮部的相交线的视倾角与视走向、待测岩层的真倾角和真走向的存储装置，所述存储装置与所述处理器连接。
4.采用权利要求1所述的岩层真倾角和真走向的测量系统进行岩层真倾角和真走向测量的方法，其特征在于，包括：
测量待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向；
待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向发送至处理器并进行存储与显示；
测量待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向；
待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向发送至处理器并进行存储与显示；
根据待测岩层与巷道一帮的相交线的第一视倾角和第一视走向、待测岩层与巷道另一帮的相交线的第二视倾角和第二视走向，求解所述待测岩层的真倾角和真走向。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述真倾角介于0到90度之间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述真走向介于0到180度之间。
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