CN108716891B - 一种井下巷道围岩变形快速精确监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下巷道围岩变形快速精确监测系统及其监测方法，系统包括橡胶带、编码参考点、非编码参考点、定标尺、相机、电脑；非编码参考点由一个非编码中心点构成，编码参考点由一个编码中心点和环状编码组成。其监测方法是：S1、将橡胶带固定在巷道断面，和巷道断面形状一致；S2、将编码参考点和非编码参考点间隔插在橡胶带上，将定标尺挂在参考点之间；S3、使相机与电脑连接并使镜头对准橡胶带；S4、采用自动拍照模式，记录编码参考点和非编码参考点移动过程；S5、采集完毕，将照片信息传送至电脑；S6、系统测量软件计算编码参考点和非编码参考点三维坐标变化；S7、分析整个巷道围岩变形情况。

Description

一种井下巷道围岩变形快速精确监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下巷道安全施工、预防与研究巷道围岩变形技术领域，具体涉及快速精确测量井下巷道围岩变形的井下巷道围岩变形快速精确监测系统及其监测方法。

背景技术

预防和控制巷道变形是井下煤矿安全开采的前提，测量巷道变形传统的方法有锚杆测力仪、数显收敛计、和经纬仪及全站仪测量系统。但是测量巷道变形时，最关键还是要快速精准，时时刻刻让工作人员知道井下巷道围岩变形情况，一旦有什么异常情况，便可以针对性的采取措施，保证工人生命安全，传统测量巷道的方法需要人工设点，手动照准，然后来回跑，逐点测，这不但耗时长、自动化程度不高、而且精度很低，无法准确掌握围岩变形，时常因为这些原因，发生大面积变形、塌方、冒顶等事故。因此，对于在巷道掘进过程中，快速了解围岩的稳定性、判断支护效果、指导施工顺序、预防拱顶崩塌、保证施工质量和安全等问题，急需一种新的工艺方法克服常规测量围岩巷道变形工艺存在的缺陷。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种井下巷道围岩变形快速精确监测系统及其监测方法，该系统将巷道变形检测由常规的人工转换为自动化快速精准测量巷道变形的方式，增大了传输距离，解决了常规锚杆测力仪不精确、数显收敛计测量设点太多过程太繁琐、经纬仪测量速度慢，自动化不高、全站仪测量必须要棱镜或者反射片，短距离测量精度低且难以控制的技术问题，同时，相机进行采集间隔时间可人为设置，一个巷道断面可以测得多个数据，信息量更大，数据结果更加精确，电脑上安装有系统测量软件，自动化强，数据分析更快，快速精确监测各施工阶段围岩与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩的稳定性、支护的可靠性、确保施工安全及结构的长期稳定性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种井下巷道围岩变形快速精确监测系统，包括固定在巷道断面并和巷道断面形状一致的橡胶带，分布设置于橡胶带上的编码参考点和非编码参考点，挂在参考点之间的定标尺，用于采集编码参考点和非编码参考点变形信息的相机，将变形信息给以传送的传送数据线，进行数据分析电脑；所述非编码参考点由一个非编码中心点构成，所述编码参考点由一个编码中心点和周围的环状编码组成。

作为对上述技术方案的改进，每一个所述编码参考点具有相适配的编号。

作为对上述技术方案的改进，所述非编码参考点分布在橡胶带的水平和竖直方向上。

作为对上述技术方案的改进，所述井下巷道围岩变形快速精确监测系统还包括用于固定数码相机的安装支架，所述安装支架包括三个斜支腿、用于连接三个斜支腿的三个水平支撑和设置于斜支腿底部的行走轮。

作为对上述技术方案的改进，所述相机为固定焦距可互换镜头的高分辨率数码相机。

作为对上述技术方案的改进，所述相机带有闪光灯。

本发明并提供了上述井下巷道围岩变形快速精确监测系统的监测方法，该监测方法的步骤是：

S1、人工清理巷道断面和现场，选择合适位置，将橡胶带固定在巷道断面，并使橡胶带和巷道断面形状一致；

S2、将编码参考点和非编码参考点间隔插在橡胶带上，将定标尺挂在参考点之间；

S3、将相机安装在安装支架上，将相机与安装支架一起安装在巷道任意位置上并使相机镜头对准橡胶带；并将相机通过传送数据线与电脑连接；

S4、设定好相机自动采集时间，当巷道断面有变形时，橡胶带上的编码参考点和非编码参考点在巷道围岩变形的同时产生位置移动，采用自动拍照模式，每隔一段时间采集巷道断面一次，记录编码参考点和非编码参考点移动过程；

S5、采集完毕，通过数据线，相机自动将照片信息传送至电脑；

S6、当电脑接受照片信息后，人工打开系统测量软件，系统测量软件读入照片信息并进行全自动计算，计算巷道断面上的编码参考点和非编码参考点的三维坐标，因橡胶带随巷道变形而移动，所以计算编码参考点和非编码参考点三维坐标变化，实现快速精确测量井下巷道围岩变形；

S7、电脑以定标尺为依据，分析整个巷道围岩变形情况。

作为对上述技术方案的改进，所述非编码参考点由一个非编码中心点构成，所述非编码参考点分布在橡胶带的水平和竖直方向上，形成一个拥有X、Y方向的直角坐标系。

作为对上述技术方案的改进，所述编码参考点由一个编码中心点和周围的环状编码组成，每一个编码参考点都具有自己的编号。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：

本发明的井下巷道围岩变形快速精确监测系统，当井下巷道围岩变形，巷道断面上的橡胶带也随着变形，相机记录编码移动过程，通过数据传输，电脑可以定标尺为依据，分析整个巷道围岩变形情况。高精度定标尺刻度作为测量结果的比例，其具有极精确的已经测量的参考点来确定他们的长度。

该井下巷道围岩变形快速精确监测系统将巷道变形检测由常规的人工转换为自动化快速精准测量巷道变形的方式，增大了传输距离，解决了常规锚杆测力仪不精确、数显收敛计测量设点太多过程太繁琐、经纬仪测量速度慢，自动化不高、全站仪测量必须要棱镜或者反射片，短距离测量精度低且难以控制的技术问题，同时，相机进行采集间隔时间可人为设置，一个巷道断面可以测得多个数据，信息量更大，数据结果更加精确，电脑上安装有系统测量软件，自动化强，数据分析更快，快速精确监测各施工阶段围岩与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩的稳定性、支护的可靠性、确保施工安全及结构的长期稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明工作状态的结构示意图；

图2 是本发明的系统组成结构示意图；

图3是本发明编码参考点和非编码参考点的结构图；

图4是本发明的相机安装结构图；

图5是本发明的电脑安装结构图；

图6是本发明实施时快速精准测量原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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。

如图1、2、3、4、5、6所示，本发明的井下巷道围岩变形快速精确监测系统，包括橡胶带1、编码参考点2、非编码参考点3、高精度定标尺4、数码相机5、传送数据线6、电脑7，所述编码参考点2和非编码参考点3插在巷道断面的橡胶带上1，高精度定标尺4挂在参考点之间，数码相机5每隔一段时间采集相片一次，并通过数据线6将图片传送至电脑7，电脑7通过系统测量软件进行数据分析。编码参考点2是由一个中心点201和周围的环状编码202组成，每个点都有自己的编号203，而非编码参考点3只是圆形的参考点301，用来测量物体三维坐标，将编码参考点2和非编码参考点3固定于橡胶带上1，以确保稳定性。高精度定标尺刻度4作为测量结果的比例，其具有极精确的已经测量的参考点来确定他们的长度。相机5可安装在巷道任何位置，是把数据506从相机传送到电脑的媒介，相机闪光灯501使物体被采集时有合适的亮度，此相机为固定焦距可互换镜头的高分辨率数码相机。电脑7为高性能台式或笔记本电脑，电脑上安装有系统测量系统701，电脑安装在办公室桌面702上。

完成橡胶带1、编码参考点2、非编码参考点3、高精度定标尺4、照数码相机5、支架6、传送数据线7的连接与电脑测量软件701的安装，采集前期，将橡胶带1固定在巷道断面，并和断面形状一致，再将编码参考点2和非编码参考点3按间隔插在橡胶带上，可用气钉枪快速标定，如果巷道围岩变形，则参考点也随着橡胶带1移动，从而产生位移。

安装支架503、504、505，将相机安装在支架的平板502上，采用自动拍照模式，每隔一小时采集巷道断面一次，采集完毕，通过数据线6，相机自动将照片传照片图像信息506送至电脑7。

当电脑7接受照片图像信息506后，人工打开系统测量软件701，软件读入照片图像信息506并进行全自动计算，计算巷道断面上的编码参考点2和非编码参考点3的三维坐标，因橡胶带随巷道变形而移动，所以计算编码参考点2和非编码参考点3三维坐标变化，实现快速精确测量井下巷道围岩变形。

下面介绍一下本发明快速精确测量井下巷道围岩变形原理：

首先将橡胶带1固定在巷道断面上，再将编码参考点2和非编码参考点3插在橡胶带上1，可以用气钉枪快速标定，其中非编码参考点3必须在水平和竖直方向上标定，形成一个拥有X、Y方向的直角坐标系。接着安装相机5、连接数据线6和电脑7，再在电脑安装系统测量软件701，相机每隔一段时间就采集信息一次，所以巷道围岩变形这个过程就被记录下来，由于相机采集信息间隔时间可调，所以可以获得跟多的数据，让结果更加快速精确。

如图6所示，从安装到信息采集可分三个阶段：

阶段Ⅰ:即安装阶段，人工清理巷道断面和现场，选择合适位置，将橡胶带固定在巷道断面上，再将编码参考点3（位置8处）和非编码参考点3（位置11处）插在橡胶带上，此时编码参考点在位置8处，非编码参考点在位置11处，可以用气钉枪快速标定，其中非编码参考点必须在水平和竖直方向上标定，形成一个拥有X、Y方向的直角坐标系。

阶段Ⅱ:即变形阶段，设定好相机自动采集时间，当巷道围岩变形的同时产生位置移动，编码参考点和非编码参考点相应发生变动，移动时，编码参考点在位置9处，非编码参考点在位置12处，相机采集的照片记录了所有点移位过程，再上传数据到电脑，然后人工打开系统测量软件分析数据。

阶段Ⅲ:即稳定阶段，进入阶段Ⅲ，巷道围岩变形基本结束，同时，编码参考点和非编码参考点位移也结束。此时编码参考点变到位置10处，非编码参考点移动到位置13处。

该井下巷道围岩变形快速精确监测系统将巷道变形检测由常规的人工转换为自动化快速精准测量巷道变形的方式，增大了传输距离，解决了常规锚杆测力仪不精确、数显收敛计测量设点太多过程太繁琐、经纬仪测量速度慢，自动化不高、全站仪测量必须要棱镜或者反射片，短距离测量精度低且难以控制的技术问题，同时，相机进行采集间隔时间可人为设置，一个巷道断面可以测得多个数据，信息量更大，数据结果更加精确，电脑上安装有系统测量软件，自动化强，数据分析更快，快速精确监测各施工阶段围岩与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩的稳定性、支护的可靠性、确保施工安全及结构的长期稳定性。

Claims (6)

1.一种井下巷道围岩变形快速精确监测系统的监测方法，所述井下巷道围岩变形快速精确监测系统包括固定在巷道断面并和巷道断面形状一致的橡胶带，分布设置于橡胶带上的编码参考点和非编码参考点，挂在参考点之间的定标尺，用于采集编码参考点和非编码参考点变形信息的相机，将变形信息给以传送的传送数据线，进行数据分析电脑；所述非编码参考点由一个非编码中心点构成，所述编码参考点由一个编码中心点和周围的环状编码组成；

其特征在于：该监测方法的步骤是：

S1、人工清理巷道断面和现场，选择合适位置，将橡胶带固定在巷道断面，并使橡胶带和巷道断面形状一致；

S2、将编码参考点和非编码参考点间隔插在橡胶带上，将定标尺挂在参考点之间；

S3、将相机安装在安装支架上，将相机与安装支架一起安装在巷道任意位置上并使相机镜头对准橡胶带；并将相机通过传送数据线与电脑连接；

S4、设定好相机自动采集时间，当巷道断面有变形时，橡胶带上的编码参考点和非编码参考点在巷道围岩变形的同时产生位置移动，采用自动拍照模式，每隔一段时间采集巷道断面一次，记录编码参考点和非编码参考点移动过程；

S5、采集完毕，通过数据线，相机自动将照片信息传送至电脑；

S6、当电脑接受照片信息后，人工打开系统测量软件，系统测量软件读入照片信息并进行全自动计算，计算巷道断面上的编码参考点和非编码参考点的三维坐标，因橡胶带随巷道变形而移动，所以计算编码参考点和非编码参考点三维坐标变化，实现快速精确测量井下巷道围岩变形；

S7、电脑以定标尺为依据，分析整个巷道围岩变形情况。

2.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于，所述编码参考点由一个编码中心点和周围的环状编码组成，每一个编码参考点都具有自己的编号。

3.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于，所述非编码参考点由一个非编码中心点构成，所述非编码参考点分布在橡胶带的水平和竖直方向上，并在水平和竖直方向上标定，形成一个拥有X、Y方向的直角坐标系。

4.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于，所述井下巷道围岩变形快速精确监测系统还包括用于固定数码相机的安装支架，所述安装支架包括三个斜支腿、用于连接三个斜支腿的三个水平支撑和设置于斜支腿底部的行走轮。

5.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于，所述相机为固定焦距可互换镜头的高分辨率数码相机。

6.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于，所述相机带有闪光灯。

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