CN105866786A - 一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，包括以下步骤：记录多组典型岩石钻进速度；在锚杆钻机安装高频激光发射器、激光接收器、数据存储器和反光板；在锚杆钻机的钎杆钻进过程中，记录每一次激光束发射与接收的时间差；根据激光测距原理，可分别计算出相邻两次激光测距过程中的平均钻速；通过激光脉冲测量的钎杆钻进的平均速度，分析计算顶板各岩层的岩性及厚度。本发明采用激光测距，精确度高，设备简单，可靠性好，安装便利，成本低，易于推广。

Description

一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法
技术领域
本发明涉及一种顶板岩性及分层厚度的分析方法，用于井下快速掌握煤矿巷道顶板参数。
背景技术
目前我国煤炭开采中因冒顶事故导致的死亡人数占了所有死亡人数的一半多，因此如何及时、准确的掌握煤矿巷道顶板岩性、结构是亟需解决的重大生产安全问题。目前对巷道顶板探测的方法有钻孔窥视仪、顶板岩层探测。钻孔窥视仪工作量大、成本高，难以进行大量的观测，因此数据的代表性很难满足要求；顶板岩层探测能够通过钻孔测试顶板岩性，但是目前的设备存在精度低，可靠性低，操作不方便的问题。
发明内容
发明目的：本发明是针对现有顶板探测技术的上述缺陷，提出的一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，用于快速掌握巷道顶板结构参数。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，包括以下步骤：
a)首先在地面对不同岩性岩石样本进行实钻,记录多组典型岩石钻进速度；
b)在巷道打顶板锚杆之前，先在锚杆钻机的伸缩气缸下端的顶锥上安装机壳，在机壳内安装高频激光发射器、激光接收器和数据存储器，在锚杆钻机的外缸筒上安装反光板；
c)启动锚杆钻机和高频激光发射器，在锚杆钻机的钎杆钻进过程中，高频激光发射器发射高频激光束，激光束通过反光板反射并被激光接收器接收，假设一共发射并接收N次激光束，记录每一次激光束发射与接收的时间差T1、T2、T3…TN，并通过数据存储器存储记录数据，钎杆钻进结束后关闭高频激光发射器；
d)重复b、c，直至完成一定区域的锚杆支护，
e)锚杆支护结束后通过数据线接口把数据存储器存储的数据输出到外部设备，根据激光测距原理，可分别计算出相邻两次激光测距过程中的平均钻速，计算步骤如下：
第1次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D1＝C×T1/2，其中，C为激光传播速度；
第2次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D2＝C×T2/2；
第3次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D3＝C×T3/2；
第1次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V1＝(D2-D1)/(T0+T2/2-T1/2)，其中，T0为相邻两次激光束发射时间差；
第2次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V2＝(D3-D2)/(T0+T3/2-T2/2)，
按照以上步骤，依次计算第3次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V3、第4次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V4…第N次激光测距和第N-1次激光测距过程中的平均钻速Vn-1；
f)不同岩性的岩石钻进速度是不一样的，同一岩性的岩石钻进速度会停留在某一段时间范围内，当顶板出现岩性变化时，钻进速度往往会出现阶梯形的变化，基于此，通过激光脉冲测量的钎杆钻进的平均速度，分析计算顶板各岩层的岩性及厚度，具体步骤如下：
对V1、V2、V3…Vn-1进行分组，将数值接近并且在连续时间内的平均速度值分为一组，共分为M组，其中M为顶板岩层的层数；
计算第一组平均速度值的均值Vm1，将Vm1与典型岩石钻进速度进行对比，数值接近的即可认定为是第一层岩层的岩性岩性；计算第一层岩层厚度δ1＝Vm1×Nm1×T0，其中Nm1为第一组平均速度值的个数；
按照以上步骤，依次获得第2至第M层岩层的岩性及岩层厚度。
有益效果：
1、本发明直接利用现有的锚杆钻机，可以和打锚杆同步进行，不占用正常的工作时间，无需单独安排人员操作设备，大大节省了成本；
2、本发明可以得到巷道所有锚杆处顶板岩性及结构，可信度高；
3、本发明采用激光测距，精确度高，设备简单，可靠性好，安装便利，成本低，易于推广。
附图说明
图1是本发明的实施示意图；
图中：1－顶板，2－钎杆，3－外缸筒，4－反光板，5－机壳，6－顶锥，7－伸缩气缸。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，包括以下步骤：
a)首先在地面对不同岩性岩石样本进行实钻,记录多组典型岩石钻进速度；
b)在巷道打顶板锚杆之前，先在锚杆钻机的伸缩气缸下端的顶锥上安装机壳，在机壳内安装高频激光发射器、激光接收器和数据存储器，在锚杆钻机的外缸筒上安装反光板；
c)启动锚杆钻机和高频激光发射器，在锚杆钻机的钎杆钻进过程中，高频激光发射器发射高频激光束，激光束通过反光板反射并被激光接收器接收，假设一共发射并接收N次激光束，记录每一次激光束发射与接收的时间差T1、T2、T3…TN，并通过数据存储器存储记录数据，钎杆钻进结束后关闭高频激光发射器；
d)重复b、c，直至完成一定区域的锚杆支护，
e)锚杆支护结束后通过数据线接口把数据存储器存储的数据输出到外部设备，根据激光测距原理，可分别计算出相邻两次激光测距过程中的平均钻速，计算步骤如下：
第1次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D1＝C×T1/2，其中，C为激光传播速度；
第2次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D2＝C×T2/2；
第3次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D3＝C×T3/2；
第1次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V1＝(D2-D1)/(T0+T2/2-T1/2)，其中，T0为相邻两次激光束发射时间差；
第2次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V2＝(D3-D2)/(T0+T3/2-T2/2)，
按照以上步骤，依次计算第3次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V3、第4次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V4…第N次激光测距和第N-1次激光测距过程中的平均钻速Vn-1；
f)不同岩性的岩石钻进速度是不一样的，同一岩性的岩石钻进速度会停留在某一段时间范围内，当顶板出现岩性变化时，钻进速度往往会出现阶梯形的变化，基于此，通过激光脉冲测量的钎杆钻进的平均速度，分析计算顶板各岩层的岩性及厚度，具体步骤如下：
对V1、V2、V3…Vn-1进行分组，将数值接近并且在连续时间内的平均速度值分为一组，共分为M组，其中M为顶板岩层的层数；
计算第一组平均速度值的均值Vm1，将Vm1与典型岩石钻进速度进行对比，数值接近的即可认定为是第一层岩层的岩性岩性；计算第一层岩层厚度δ1＝Vm1×Nm1×T0，其中Nm1为第一组平均速度值的个数；
按照以上步骤，依次获得第2至第M层岩层的岩性及岩层厚度。
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 (1)

1.一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)首先在地面对不同岩性岩石样本进行实钻,记录多组典型岩石钻进速度；
b)在巷道打顶板锚杆之前，先在锚杆钻机的伸缩气缸下端的顶锥上安装机壳，在机壳内安装高频激光发射器、激光接收器和数据存储器，在锚杆钻机的外缸筒上安装反光板；
c)启动锚杆钻机和高频激光发射器，在锚杆钻机的钎杆钻进过程中，高频激光发射器发射高频激光束，激光束通过反光板反射并被激光接收器接收，假设一共发射并接收N次激光束，记录每一次激光束发射与接收的时间差T1、T2、T3…TN，并通过数据存储器存储记录数据，钎杆钻进结束后关闭高频激光发射器；
d)重复b、c，直至完成一定区域的锚杆支护；
e)锚杆支护结束后通过数据线接口把数据存储器存储的数据输出到外部设备，根据激光测距原理，可分别计算出相邻两次激光测距过程中的平均钻速，计算步骤如下：
第1次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D1＝C×T1/2，其中，C为激光传播速度；
第2次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D2＝C×T2/2；
第3次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D3＝C×T3/2；
第1次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V1＝(D2-D1)/(T0+T2/2-T1/2)，其中，T0为相邻两次激光束发射时间差；
第2次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V2＝(D3-D2)/(T0+T3/2-T2/2)，
按照以上步骤，依次计算第3次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V3、第4次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V4…第N次激光测距和第N-1次激光测距过程中的平均钻速Vn-1；
f)不同岩性的岩石钻进速度是不一样的，同一岩性的岩石钻进速度会停留在某一段时间范围内，当顶板出现岩性变化时，钻进速度往往会出现阶梯形的变化，基于此，通过激光脉冲测量的钎杆钻进的平均速度，分析计算顶板各岩层的岩性及厚度，具体步骤如下：
对V1、V2、V3…Vn-1进行分组，将数值接近并且在连续时间内的平均速度值分为一组，共分为M组，其中M为顶板岩层的层数；
计算第一组平均速度值的均值Vm1，将Vm1与典型岩石钻进速度进行对比，数值接近的即可认定为是第一层岩层的岩性岩性；计算第一层岩层厚度δ1＝Vm1×Nm1×T0，其中Nm1为第一组平均速度值的个数；
按照以上步骤，依次获得第2至第M层岩层的岩性及岩层厚度。
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