CN108225208A - 三向智能激光巷道形变监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三向智能激光巷道形变监测装置及方法，该装置包括：测距装置，测量巷道左右边帮变形和顶板变形；处理器，与测距装置连接。测距装置包括：第一激光测距仪，测量巷道左边帮变形；第二激光测距仪，测量巷道右边帮变形；第三激光测距仪，测量巷道顶板变形。装置还包括电机载有的第四激光测距仪。该方法包括；确定初始的形变阈值和初始的形变变化率阈值；测量巷道左右边帮变形和顶板变形；剔除测量数据中的奇异值，再求取其余数据的平均值，针对每个监测点计算出三个方向的测量数据平均值。本发明用于测量矿井下巷道或隧道表面形变，通过在井下测量和计算处理巷道形变数据，得到巷道表面变形数据，能快速实现对巷道形变情况的危险预警。

Description

三向智能激光巷道形变监测装置及方法

技术领域

本发明涉及巷道形变测量技术领域，具体涉及一种三向智能激光巷道形变监测装置及方法。

背景技术

目前，大多数煤矿在巷道形变测量采用人工方式，提前做好标识，定时用卷尺测量两个标识物之间的距离，为分析围岩运动规律提供基础数据，存在工作量大，数据量较小、精度低等缺点。也有采用机械电子仪器，例如手持式测量仪器，工人进入巷道手持仪器进行测量，并将数据存储在仪器内，定时用手持采集器来人工采集数据，在井上录入电脑后再进行数据整理分析，同样存在不能保证正交面、维护工作量大等缺点；同时动态报警仪一直支撑在顶底板之间，为人员和车辆通过巷道带来不便。煤矿现场迫切需要一种新型的巷道变形测量技术，便于安装和维护，降低工人的劳动强度。其他的测量装置也存在测量精度不高，无法显示形变趋势，没有危险报警等功能，不能及时对巷道实际情况做出及时预警等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种三向智能激光巷道形变监测装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种三向智能激光巷道形变监测装置，包括：

测距装置，测量巷道左右边帮变形和顶板变形；

处理器，与测距装置连接。

三向智能激光巷道形变监测装置，还包括：外壳；

所述测距装置，安装在外壳上；

所述处理器安装在外壳内部。

所述测距装置，包括：

第一激光测距仪，测量巷道左边帮变形，优选安装在外壳左侧正中位置；

第二激光测距仪，测量巷道右边帮变形，优选安装在外壳右侧正中位置；

第三激光测距仪，测量巷道顶板变形，优选安装在外壳顶部正中位置。

三向智能激光巷道形变监测装置，还包括电机，载有由步进电机带动旋转的能够对巷道的整个扇面进行扫描式测量的第四激光测距仪，电机、第四激光测距仪均与处理器相连接。

所述外壳还安装有显示屏、蜂鸣器以及安全数码卡，均与外壳内的处理器相连接。

所述外壳安装有显示电源电压的电压表、电源开关、充电口、低压指示灯、第一充电指示灯、第二充电指示灯。

所述外壳的底部安装有高度可调的三脚架。

利用所述的装置进行三向智能激光巷道形变监测的方法，包括；

确定初始的形变阈值和初始的形变变化率阈值；

通过将三向智能激光巷道形变监测装置固定于监测点处，测量巷道左右边帮变形和顶板变形；

剔除测量数据中的奇异值，再求取其余数据的平均值，针对每个监测点计算出三个方向的测量数据平均值。

在所述测量巷道左右边帮变形和顶板变形过程中，当监测点的某任一方向的测量数据超过形变阈值或形变变化率超过形变变化率阈值时，该监测点形变异常或形变变化率异常。

有益效果：

本发明是一种高度自动化、测量精度高、能直接进行数值、图像显示和风险预警的智能化激光巷道形变监测装置，适用于测量矿井下巷道或隧道表面形变，并能直接在井下进行数据及图像显示、预警，数据存储量大、实现功能多、操作简单便捷。

本发明综合智能控制技术、激光测距技术、计算机技术、通信技术以及巷道相位测量法等多种技术、方法于一体，通过在井下测量和计算处理巷道形变数据，得到巷道表面变形数据，能快速实现对巷道形变情况的危险预警。解决了以往巷道形变监测过程中人工工作量大，数据量较小，测量精度低，不能现场报警等问题。本装置采用了单片机控制，采用高能、高稳定性电源，在设计了三个处于同一正交面上的激光测距仪的基础上，还增加了一个由电机带动能进行转动的激光测距仪，不仅提高了装置的测量精度，而且测量范围更广，抗干扰能力更强；显示屏能直接显示巷道形变趋势曲线，趋势图的变化率和两边帮的测量位移值超过设定值时，蜂鸣器报警，便于工作人员提前预知危险，减少和避免巷道变形坍塌冒顶等造成的伤亡和损失，提高工作效率和施工安全；此装置底部设有高度可调节的三脚架用于固定装置与监测点，并且装置能进行激光校准，减少了每次监测点的偏移，提高测量精度。该装置操作便捷，实施、携带方便，测量精度高，数据存储量大，大大节省人力物力，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置安装示意图；

图2为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置左视图；

图3为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置右视图；

图4为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置主视图；

图5为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置俯视图；

图6为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置后视图

图7为本发明具体实施方式中三向智能激光巷道形变监测装置电路连接框图；

其中，1—外壳，2—激光测距仪，3—显示屏，4—电压表，5—安全数码卡，6—电源充电口，7—电源开关，8—低压指示灯，9—充电指示灯，10—充电指示灯，11—电机，12—蜂鸣器，13—三脚架。

具体实施方式

为了更加清楚的阐述本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施方式提供一种如图1～6所示的三向智能激光巷道形变监测装置，包括：

测距装置，安装在外壳1上，测量巷道左右边帮变形和顶板变形；

处理器3，安装在外壳1内部，与测距装置连接。

所述外壳1优选采用本安型防爆外壳。

所述测距装置，包括：

第一激光测距仪2.1，安装在外壳1左侧正中位置，测量巷道左边帮变形；

第二激光测距仪2.2，安装在外壳1右侧正中位置，测量巷道右边帮变形；

第三激光测距仪2.3，安装在外壳1顶部正中位置，测量巷道顶板变形；

三个激光测距仪在一个正交面上分别测量巷道的左右边帮和顶板变形。

所述处理器3优选采用单片机；

所述三向智能激光巷道形变监测装置，还包括电机4，安装在外壳1内部，载有由高精度步进电机带动旋转的能够对巷道的整个扇面进行扫描式测量的第四激光测距仪2.4，通过增加第四激光测距仪2.4作为监测点，提高测量准确度，电机4、第四激光测距仪2.4均与处理器3相连接。

所述外壳1还安装有显示屏3、蜂鸣器12以及安全数码卡5，均与外壳1内的处理器3相连接。所述显示屏3显示测量数据和趋势图像。

所述外壳1安装有显示电源电压的电压表4、电源开关7、充电口6、低压指示灯8、第一充电指示灯9、第二充电指示灯10，均与外壳1内的电源相连接。

所述外壳1的底部安装有高度可调的三脚架13。

所述外壳1内部安装防爆锂电池作为电源，与处理器相连接，为整个装置供电，防爆锂电池上设置低压指示灯8、第一充电指示灯9、第二充电指示灯10，并通过电压表4进行电压数字显示，低压指示灯8在防爆锂电池电压低于设定值时闪烁，第一充电指示灯9用于显示防爆锂电池充电的状态，第一充电指示灯9在防爆锂电池充电状态下闪烁，充满时停止闪烁，此时第二充电指示灯10亮起，显示防爆锂电池的满电状态。

本实施方式还提供一种采用上述三向智能激光巷道形变监测装置的巷道形变监测方法，包括：

首先，在上位机中用SPSS软件(Statistical Product and Service Solutions)通过对历史测量数据的分析确定初始的形变阈值和初始的形变变化率阈值。

其次，通过将三向智能激光巷道形变监测装置固定于监测点处，测量巷道左右边帮变形和顶板变形。

在监测点处(可以通过显示屏上进行监测点的选择)通过三脚架将三向智能激光巷道形变监测装置固定于监测点，打开电源开关(在显示屏上选择手动或自动工作模式)，此时单片机工作，控制三路处于一正交面上的激光测距仪开始对巷道左右边帮变形和顶板变形进行测量，通过计算发射光和被测目标的反射光之间的相位差，得出监测点距被测目标间的距离数据。采用可触摸的电容显示屏显示及控制，开机按触屏上按钮提示工作，可通过显示屏按键选择手动测量或自动测量。手动测量：分别打开三路激光测距仪，并可选择一路、二路或三路激光测距仪对巷道形变进行测量；自动测量：同时打开三路激光测距仪测量。设有两种工作模式，减小了装置的瞬时功耗，提高了装置稳定性型并且延长了装置使用寿命。

再次，每次每个方向测量一组共十个数据，显示屏对每一次测量的三组数据均进行显示，剔除每组测量数据中的奇异值，再求取其余数据的平均值，每个监测点计算出每个方向的测量数据平均值。可在显示屏的历史查询中查看历史测量数据及每周或每月巷道形变的变化趋势曲线，将测量数据自动存储到安全数码卡中，当前监测点完成测量后移至下一监测点重复上述过程然后再开始测量。

在测量巷道左右边帮变形和顶板变形过程中，当监测点的任一方向的形变超过形变阈值或形变变化率超过形变变化率阈值时，该监测点形变异常或形变变化率趋势异常，处理器控制蜂鸣器报警；此时启用第四激光测距仪对此监测点的巷道扇面进行扫描式的测量，进一步了解巷道的具体形变情况。若电压表检测电源电压低于设定的电压阈值，处理器控制低压指示灯发出红灯闪烁警告。

如图7所示，电源通过电压转化后为显示屏、单片机、各激光测距仪供电，激光测距仪测量数据传输到单片机，再通过显示屏显示。单片机通过存储模块存储数据后，可以由上位机读取存储模块(安全数码卡)中的数据做后续分析处理，当形变异常或形变变化率趋势异常时蜂鸣器报警。

若矿井有无线局域网覆盖，则上位机通过无线局域网实现测量数据的实时接收比并利用MBFO-SVR算法对形变阈值和形变变化率阈值实时动态更新；若矿井没有无线局域网覆盖，则上位机通过安全数码卡读取数据，然后利用MBFO-SVR算法，根据得到的测量数据对形变阈值和形变变化率阈值进行更新。

以上所述内容并不是机械零部件的简单组合，该发明的优越性已经通过实物给予了充分证明。以上内容并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则范围之内的任何其他修改、替换以及改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种三向智能激光巷道形变监测装置，其特征在于，包括：

测距装置，测量巷道左右边帮变形和顶板变形；

处理器(3)，与测距装置连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：外壳(1)；

所述测距装置，安装在外壳(1)上；

所述处理器(3)安装在外壳(1)内部。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测距装置，包括：

第一激光测距仪(2.1)，测量巷道左边帮变形；

第二激光测距仪(2.2)，测量巷道右边帮变形；

第三激光测距仪(2.3)，测量巷道顶板变形；

三个激光测距仪在一个正交面上分别测量巷道的左右边帮和顶板变形。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述测距装置，包括：

第一激光测距仪(2.1)，安装在外壳(1)左侧正中位置，测量巷道左边帮变形；

第二激光测距仪(2.2)，安装在外壳(1)右侧正中位置，测量巷道右边帮变形；

第三激光测距仪(2.3)，安装在外壳(1)顶部正中位置，测量巷道顶板变形；

三个激光测距仪在一个正交面上分别测量巷道的左右边帮和顶板变形。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电机(4)，载有由步进电机带动旋转的能够对巷道的整个扇面进行扫描式测量的第四激光测距仪(2.4)，电机(4)、第四激光测距仪(2.4)均与处理器(3)相连接。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外壳(1)还安装有显示屏(3)、蜂鸣器(12)以及安全数码卡(5)，均与外壳(1)内的处理器(3)相连接。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外壳(1)安装有显示电源电压的电压表(4)、电源开关(7)、充电口(6)、低压指示灯(8)、第一充电指示灯(9)、第二充电指示灯(10)。

8.根据权利要求2、4、6中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳(1)的底部安装有高度可调的三脚架(13)。

9.利用权利要求1所述的装置进行三向智能激光巷道形变监测的方法，其特征在于，包括；

确定初始的形变阈值和初始的形变变化率阈值；

通过将三向智能激光巷道形变监测装置固定于监测点处，测量巷道左右边帮变形和顶板变形；

剔除测量数据中的奇异值，再求取其余数据的平均值，针对每个监测点计算出三个方向的测量数据平均值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述测量巷道左右边帮变形和顶板变形过程中，当监测点的某任一方向的测量数据超过形变阈值或形变变化率超过形变变化率阈值时，该监测点形变异常或形变变化率异常。