CN106949844A - 一种井筒井壁变形自动测量仪及其工作方法 - Google Patents

一种井筒井壁变形自动测量仪及其工作方法 Download PDF

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张若祥
辛恒奇
孙广京
赵健
李先峰
徐栓祥
周建
吕伟魁
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical means
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical means for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

Abstract

本发明公开了一种井筒井壁变形自动测量仪及其工作方法,涉及井筒变形检测技术领域,包括多点式环形激光测距仪和三维数据分析模拟器,所述多点式环形激光测距仪包括环形发射托架、设在环形发射托架中部的激光数据反馈接收存储器和供电电池,所述环形发射托架上设有若干个激光发射接收器,所述激光发射接收器发射激光到井壁表面,然后接收井壁表面反射回的光并将接收的数据传输到激光数据反馈接收存储器并按坐标的形式进行存储;所述三维数据分析模拟器对激光数据反馈接收存储器内的测量数据进行读取,生成井壁三维模型。本发明是一种结构简单,能够直观的显示出井壁需修复或维护区域以及变形量的井筒井壁变形自动测量仪。

Description

一种井筒井壁变形自动测量仪及其工作方法
技术领域
[0001]本发明涉及井筒变形检测技术领域,尤其涉及一种井筒井壁变形自动测量仪。
背景技术
[0002]由于煤矿井筒穿越不同岩性的岩层,很容易出现井壁围岩变形、位移和裂隙,进而 造成罐道的变形,对生产提升和安全生产造成重大影响。目前立井井壁变形检测方法主要 有几何测量法和传感器测量法。基于几何测量法检测井壁变形方面,存在着观测时间占用 井筒、观测结果不精确及不能掌握井壁局部受力状况等不足。基于传感器测量法检测井壁 变形方面,主要采用钢筋应力计、应变片等点式传感器,测量各点的应变值,获得井壁应变、 应力分布曲线。但传统的点式传感器存在着如下局限性:(1)由于不连续测量,其检测结果 无法整体反映立井井壁的变形特征,存在漏检;(2)井壁混凝土内安装电子元器件时,由于 传感器与传导线的交接处易发生接触不良、断裂而使检测点失效、成活率较低;(3)传感器 在测试时存在着零点漂移、受电磁场干扰灵敏度和精度降低等问题,使测试数据失真。
发明内容
[0003] 本发明要解决的问题是提供一种结构简单,能够直观的显示出井壁需修复或维护 区域以及变形量的井筒井壁变形自动测量仪。为此,现提出如下技术方案:
[0004] —种井筒井壁变形自动测量仪,包括多点式环形激光测距仪和三维数据分析模拟 器,所述多点式环形激光测距仪包括环形发射托架、设在环形发射托架中部的激光数据反 馈接收存储器和供电电池,所述环形发射托架上设有若千个激光发射接收器,所述激光发 射接收器可在竖直方向上、下旋转,旋转角度为0-90°,并且每两个激光发射接收器之间呈 1_5°夹角,所述激光发射接收器发射激光到井壁表面,然后接收井壁表面反射回的光并将 接收的数据传输到激光数据反馈接收存储器,所述激光数据反馈接收存储器将接收到的测 量数据按坐标的形式存储;所述三维数据分析模拟器对激光数据反馈接收存储器内的测量 数据进行读取,生成井壁三维模型。
[0005] 对上述方案的进一步改进,所述激光发射接收器通过旋转铰链安装在环形发射托 架上。
[0006] 对上述方案的进一步改进,所述激光发射接收器的个数为72-360。
[0007]对上述方案的进一步改进,所述激光发射接收器的发射范围为l-2km。
[0008]对上述方案的进一步改进,所述激光发射接收器与三维数据分析模拟器都是通过 无线发射模块与激光数反馈接收存储器进行数据传输。
[0009] 对上述方案的进一步改进,所述多点式环形激光测距仪下方设有三脚支架。
[0010] 相比现有技术,本发明的有益效果在于:
[0011] (1)本发明采用激光发射接收器作为探测井壁变形的传感器,首先当激光照射到 井壁表面,井壁表面反射的光会被激光发射接收器所接收,继而将井壁表面各个点的测量 数据传递到存储模块,将数据以坐标的形式存储,继而三维数据分析模拟器将所有的数据 绘制成井壁的三维模型,由三维模型可以清晰的表示井壁表面的情况,继而以实现事故情 况为发生时,及时对井壁进行修复,以确保井下工作人员的人身安全,并且本发明不需要提 前在井筒内布线,结构简单,在实际测量的过程中,操作简单,只要打开激光发射接收器,即 可完成井壁测量,前期不需要花费人力和财力去布线,并且本发明所述的多点式激光测距 仪不会对井壁造成破坏,当测量完成就可以直接拿走,保持井壁的完整性。
[0012] (2)本发明采用激光发射接收器来测量井壁变形量,数据相较传统的应变式传感 器,其数据传输更加可靠,因为布置的激光发射接收器多,可以全方面的测量井壁的形变 量,不会发生漏检的情况,并且激光发射接收器的发射范围为1-2km,适合各种矿井的探测。 [0013] (3)本发明所述的激光发射接收器是通过旋转铰链布置在环形托架上,激光发射 接收器可通过旋转铰链在0-90 °内上、下旋转,使探测的数据更为精确。
附图说明
[0014]图1本发明所述的一种井筒井壁变形自动测量仪的多点式环形激光测距仪的结构 示意图。
[0015]图2本发明所述的一种井筒井壁变形自动测量仪的三维数据分析模拟器的结构示 意图。
[0016]图3本发明所述的井筒井壁变形自动测量仪现场使用模拟图。
[0017]附图说明:环形发射托架-1;激光发射接收器-2;旋转较链-3;激光数据反馈接收 存储器-4;三角支架-5;三维数据分析模拟器-6;井壁-7;井底-8;激光束-9。
具体实施方式
[0018]下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
[0019] 本发明的井筒井壁变形自动测量仪,包括如附图1-3所示的多点式环形激光测距 仪和如图2所示的三维数据分析模拟器6,所述多点式环形激光测距仪包括环形发射托架1、 设在环形发射托架1中部的激光数据反馈接收存储器4和供电电池,所述环形发射托架1上 设有72-360个激光发射接收器2,并且每两个激光发射接收器2之间呈有1-5°夹角,可全方 位的测量井壁7表面的形变量,所述激光发射接收器2发射激光束9到井壁7表面,然后接收 井壁7表面反射回的光并将接收的数据传输到激光数据反馈接收存储器4,所述激光数据反 馈接收存储器4将接收到的测量数据按坐标的形式存储;所述三维数据分析模拟器6对激光 数据反馈接收存储器4内的测量数据进行读取,所述三维数据分析模拟器是一种上位机,可 根据探测得到的井壁表面的数据,绘制成井壁7的三维模型。由三维数据分析模拟器6生成 的三维模型可以清晰的表示井壁7表面的情况,继而以实现事故情况为发生时,及时对井壁 进行修复,以确保井下工作人员的人身安全,并且本发明不需要提前在井筒内布线,结构简 单,在实际测量的过程中,操作简单,只要打开激光发射接收器2,即可完成井壁测量,前期 不需要花费人力和财力去布线,并且本发明所述的多点式激光测距仪不会对井壁造成破 坏,当测量完成就可以直接拿走,保持井壁的完整性。
[0020] 在本实施例中,所述激光发射接收器2通过旋转铰链3安装在环形发射托架1上,激 光发射接收器2可通过旋转铰链3在竖直方向上0-90 °内上、下旋转,使探测的数据更为精 确。
[0021]在本实施例中,所述激光发射接收器2的发射范围为l-2km。采用激光发射接收器2 来测量井壁变形量,数据相较传统的应变式传感器,其数据传输更加可靠,因为布置的激光 发射接收器多,可以全方面的测量井壁的形变量,不会发生漏检的情况,并且激光发射接收 器2的发射范围为l-2km,国际(国内)煤矿井筒深度最大预计2000米以内,所以所选用的激 光发射接收器2适合各种矿井的探测。
[0022] 在本实施例中,所述激光发射接收器2与三维数据分析模拟器6都是通过无线发射 模块与激光数反馈接收存储器4进行数据传输。
[0023]本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明, 而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种井筒井壁变形自动测量仪,其特征在于:包括多点式环形激光测距仪和三维数 据分析模拟器,所述多点式环形激光测距伩包括环形发射托架、设在环形发射托架中部的 激光数据反馈接收存储器和供电电池,所述环形发射托架上设有对个激光发射接收器,所 述激光发射接收器可在竖直方向上、下旋转,旋转角度为0-90。,且每两个激光发射接收器 之间呈有1_5°夹角,激光发射接收器、接收存储器以及三维数据分析模拟器的信号传输关 系是:激光发射接收器发射激光到井壁表面,并接收井壁表面反射回的光并将接收的数据 传输到激光数据反馈接收存储器,激光数据反馈接收存储器将接收到的测量数据按坐标的 形式存储,三维数据分析模拟器对激光数据反馈接收存储器内的测量数据进行读取,生成 井壁二维検型。
2.根据权利要求1所述的一种井筒井壁变形自动测量仪,其特征在于:所述激光发射接 收器通过旋转铰链安装在环形发射托架上。
3.根据权利要求2所述的一种井筒井壁变形自动测量仪,其特征在于:所述激光发射接 收器的个数为72-360。
4.根据权利要求1所述的一种井筒井壁变形自动测量仪,其特征在于:所述激光发射接 收器的发射范围为l_2km。
5.根据权利要求1所述的一种井壁井筒变形自动测量仪,其特征在于:所述激光发射接 收器与三维数据分析模拟器都是通过无线发射模块与激光数反馈接收存储器进行数据传 输。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种井筒井壁变形自动测量仪,其特征在于:所述多 点式环形激光测距仪下方设有三脚支架。
7. —种如权利要求1-6任一所述的井筒井壁变形自动测量仪的工作方法,其特征在于, 首先当激光照射到井壁表面,井壁表面反射的光会被激光发射接收器所接收,继而将井壁 表面各个点的测量数据传递到存储模块,将数据以坐标的形式存储,继而三维数据分析模 拟器将所有的数据绘制成井壁的三维模型,由三维模型可以清晰的表示井壁表面的情况, 继而以实现事故情况为发生时,及时对井壁进行修复。
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