CN109115119A - 一种煤矿巷道变形监测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿安全监测领域，具体涉及一种煤矿巷道变形监测装置及其使用方法，包括三个部分：安装平台、传感器与执行机构、ARM处理器。该装置通过安装平台连接在矿车上，在电机车的牵引下到达相应的测点后对巷道断面实施监测；利用传感技术实现测距装置的自动调平，保证后续测量的准确性；通过激光测距技术，实现对巷道变形的精准监测；通过高清摄像头对监测到的异常巷道进行抓拍，为工作人员后续对巷道维护提供依据。本装置带有防爆外壳，结构设计合理可靠，效率高、误差小，有效降低煤矿工作人员的劳动强度，提高矿井自动化程度。

Description

一种煤矿巷道变形监测装置及其使用方法

技术领域

本发明公布了一种煤矿巷道变形监测装置及其使用方法，特别适用于煤矿巷道变形的快速、自动化监测，属于煤矿安全监测领域。

背景技术

随着我国浅部煤炭资源的枯竭，矿井开采深度不断增加，巷道围岩在深部高地应力作用下所表现出的物理力学性质与浅部有很大差别，尤其具有变形量大的特点。深部围岩受采动影响引起的巷道变形、坍塌事故越发严重，严重影响矿井的正常生产并对工作人员的人身安全构成威胁。

目前，煤矿巷道变形的监测方法可分为两种：一种是人工测量，即矿井工作人员拿标尺进行手工测量和记录；另一种是采用顶板离层仪进行监测，即在巷道顶板打钻孔，在钻孔内布置深、浅两个基点，通过观测套筒内刻度尺的变化值记录顶板的变形量。上述方法在实际运用过程中引起一定的效果，但监测工程量大，误差高，自动化程度低，不利于矿井的高效生产。

在本发明之前，申请号为201610187669.5的发明公布了一种井下巷道变形监测装置及方法，包括设于巷道侧壁的滑轨、安装平台、电机、激光测距仪、二维电子水平仪、倾角传感器、无线通讯装置以及微处理器。这种装置能够通过二维电子水平仪、微处理器实现激光测距仪的自动调平功能，提高了工作效率，增加了井下测量工作的自动化程度。但这种装置在使用之前需要在所测巷道的侧壁铺设专用轨道，工作量大、前期投资高，增加了采掘成本；此外，由于该装置安装在巷道一侧，无法准确监测巷道两帮位移量的变化。

针对以上方法在监测煤矿巷道变形过程中存在的缺陷，需要发明一种效率高、误差小、自动化程度强的煤矿巷道变形监测装置。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的不足，提供了一种煤矿巷道变形监测装置及其使用方法，通过该装置能够全方位无死角地监测巷道断面的位移变形量，并且对异常巷道断面进行图像抓拍，提高巷道变形测量的精度，克服常规巷道变形监测装置自动化程度低的缺陷。

本发明一种煤矿巷道变形监测装置的构造是：由安装平台、自动调平模块、激光测距模块、图像抓拍模块、ARM处理器、PLC无线通讯模块构成；所述的安装平台通过凹型卡扣安装在矿车上面；所述的自动调平模块经基座连接在安装平台上；所述的激光测距模块经步进电机安装在自动调平模块的托盘上；所述的图像抓拍模块安装在激光测距模块的转盘上；所述的ARM处理器和PLC无线通讯模块安装在基座后方的安装平台上；所述自动调平模块、激光测距模块、图像抓拍模块、ARM处理器、PLC无线通讯模块构成均安装有防爆外壳。

所述自动调平模块包括：X轴右侧步进电机、X轴右侧滚珠丝杠、X轴左侧步进电机、X轴左侧滚珠丝杠、Y轴步进电机、Y轴滚珠丝杠、双轴倾角传感器、托盘；所述双轴倾角传感器将采集到的信息传给ARM处理器，经ARM处理器计算后发出信号控制三个步进电机运行，实现托盘的自动调平。

所述激光测距模块包括：激光测距仪、转盘；所述激光测距仪测得的距离数据通过PLC无线通讯模块传送至ARM处理器；所述转盘装有防爆型可充电锂离子电池，为激光测距仪和图像抓拍模块的高清摄像头、补光灯供电。

所述图像抓拍模块包括：高清摄像头和补光灯；所述高清摄像头和补光灯默认为关闭状态，所述ARM处理器读取到所述激光测距模块发送的数据与巷道原始数据异常时，将通过PLC无线通讯模块向所述图像抓拍模块发出信号，所述图像抓拍模块的高清摄像头和补光灯开启，对异常巷道进行图像抓拍。

本发明一种煤矿巷道变形监测装置的使用方法，具体包括以下步骤：

第一步，将该装置通过凹型卡扣安装在矿车上，并对巷道的原始信息进行扫描录入；

第二步，该装置到达指定测点后，所述双轴倾角传感器将采集到的倾角数据传给ARM处理器，ARM处理器将传回的倾角数据进行处理后分别向X轴右侧步进电机、X轴左侧步进电机、Y轴步进电机发出驱动信号，X轴右侧步进电机、X轴左侧步进电机、Y轴步进电机进行转动，带动对应的X轴右侧滚珠丝杠、X轴左侧滚珠丝杠、Y轴滚珠丝杠进行升降，实现托盘的自动调平，保证激光测距仪发出的激光垂直打在巷道围岩上；

第三步，托盘自动调平后，ARM处理器发出信号将激光测距模块中的激光测距仪激活，激光测距仪对当前测点位置的巷道围岩进行距离测定，同时，ARM处理器向步进电机发出驱动信号，步进电机带动转盘发生旋转，在该测点位置实现对巷道顶板、底板、两帮的测量；

第四步，在该测点位置实现对巷道顶板、底板、两帮的测量后，激光测距装置将所测距离数据通过PLC无线通讯模块发送给ARM处理器，ARM处理器将所测数据与巷道原始数据进行自动对比，若所测距离数据出现异常，ARM处理器通过PLC无线通讯模块向图像抓拍模块发出开启信号，所述图像抓拍模块的高清摄像头和补光灯同时开启，对变形巷道进行抓拍，并将抓拍的图像传送至井上控制中心；

第五步，到达下一测点后，重复第一步至第四步，即可得到另一测点的数据信息。

本发明能够在煤矿巷道变形监测领域发挥重大作用，有效降低煤矿工作人员的劳动强度，提高矿井自动化程度。除此之外，本发明还具有以下有益效果：

（1）采用装配式结构，安装过程方便快捷，适用于不同尺寸巷道断面变形量的监测；

（2）采用双轴倾角传感器，辅以步进电机驱动滚珠丝杠升降进行自动调平，代替人工调平，操作简便，保证后续测量的准确性；

（3）采用激光测距仪对巷道断面进行360度全方位扫描，实现对变形巷道的精准测量；

（4）采用高清摄像头对断面异常的巷道进行抓拍，并将图像信息上传至地面控制中心，为工作人员后续维护巷道提供参考。

附图说明

图1为本发明中一种煤矿巷道变形监测装置的结构示意图。

图2为本发明中一种煤矿巷道变形监测装置的后视图。

图例说明：1-矿车；2-安装平台；3-凹型卡扣；4-基座；5-X轴右侧步进电机；6-X轴右侧滚珠丝杠；7-X轴左侧步进电机；8-X轴左侧滚珠丝杠；9-Y轴步进电机；10-Y轴滚珠丝杠；11-托盘；12-双轴倾角传感器； 13-步进电机；14-转盘；15-激光测距仪；16-高清摄像头；17-补光灯；18-ARM处理器；19-PLC无线通讯模块。

具体实施方式

本发明提供了一种煤矿巷道变形监测装置及其使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明一种煤矿巷道变形监测装置以ARM处理器9为控制的核心，包括：安装平台、自动调平模块、激光测距模块、图像抓拍模块、ARM处理器、PLC无线通讯模块；所述的安装平台2通过凹型卡扣3安装在矿车1上面；所述的自动调平模块经基座4连接在安装平台2上；所述的激光测距模块经步进电机13安装在自动调平模块的托盘11上；所述的图像抓拍模块安装在激光测距模块的转盘14上；所述的ARM处理器18和PLC无线通讯模块19安装在基座4后方的安装平台2上；所述自动调平模块、激光测距模块、图像抓拍模块、ARM处理器、PLC无线通讯模块构成均安装有防爆外壳。

所述自动调平模块包括：X轴右侧步进电机5、X轴右侧滚珠丝杠6、X轴左侧步进电机7、X轴左侧滚珠丝杠8、Y轴步进电机9、Y轴滚珠丝杠10、托盘11、双轴倾角传感器12；所述双轴倾角传感器12将采集到的信息传给ARM处理器18，经ARM处理器18计算后发出信号控制三个步进电机运行，实现托盘11的自动调平。

所述激光测距模块包括：激光测距仪15、转盘14；所述激光测距仪15测得的距离数据通过PLC无线通讯模块19传送至ARM处理器18；所述转盘14装有防爆型可充电锂离子电池，为激光测距仪15和图像抓拍模块的高清摄像头16、补光灯17供电。

所述图像抓拍模块包括：高清摄像头16和补光灯17；所述高清摄像头16和补光灯17默认为关闭状态，所述ARM处理器18读取到所述激光测距模块发送的数据与巷道原始数据异常时，将通过PLC无线通讯模块19向所述图像抓拍模块发出信号，所述图像抓拍模块的高清摄像头16和补光灯17开启，对异常巷道进行图像抓拍。

本发明一种煤矿巷道变形监测装置的使用方法，具体包括以下步骤：

第一步，将该装置通过凹型卡扣3安装在矿车1上，并对巷道的原始信息进行扫描录入；

第二步，该装置到达指定测点后，所述双轴倾角传感器12将采集到的倾角数据通过PLC无线通讯模块19传给ARM处理器18，ARM处理器18将传回的倾角数据进行处理后分别向X轴右侧步进电机5、X轴左侧步进电机7、Y轴步进电机9发出驱动信号，X轴右侧步进电机5、X轴左侧步进电机7、Y轴步进电机9进行转动，带动对应的X轴右侧滚珠丝杠6、X轴左侧滚珠丝杠8、Y轴滚珠丝杠10进行升降，实现托盘11的自动调平，保证激光测距仪15发出的激光垂直打在巷道围岩上；

第三步，托盘11自动调平后，ARM处理器18发出信号将激光测距模块中的激光测距仪15激活，激光测距仪15对当前测点位置的巷道断面进行距离测定，同时，ARM处理器18向步进电机13发出驱动信号，步进电机13带动转盘14发生旋转，在该测点位置实现对巷道顶板、底板、两帮的测量；

第四步，在该测点位置实现对巷道顶板、底板、两帮的测量后，激光测距模块将所测距离数据通过PLC无线通讯模块19发送给ARM处理器18，ARM处理器18将所测数据与巷道原始数据自动进行对比，若所测距离数据出现异常，ARM处理器18通过PLC无线通讯模块19向图像抓拍模块发出开启信号，高清摄像头16和补光灯17同时开启，对变形巷道进行抓拍，并将抓拍图像传送至井上控制中心；

第五步，到达下一测点后，重复第一步至第四步，即可得到另一测点的数据信息。

Claims (5)

1.一种煤矿巷道变形监测装置，其特征在于：它由安装平台、自动调平模块、激光测距模块、图像抓拍模块、ARM处理器、PLC无线通讯模块构成；所述的安装平台（2）通过凹型卡扣（3）安装在矿车（1）上面；所述的自动调平模块经基座（4）连接在安装平台（2）上；所述的激光测距模块经步进电机（13）安装在自动调平模块的托盘（11）上；所述的图像抓拍模块安装在激光测距模块的转盘（14）上；所述的ARM处理器（18）和PLC无线通讯模块（19）安装在基座（4）后方的安装平台（2）上；所述自动调平模块、激光测距模块、图像抓拍模块、ARM处理器、PLC无线通讯模块构成均安装有防爆外壳。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道变形监测装置，其特征在于：所述的自动调平模块包括X轴右侧步进电机（5）、X轴右侧滚珠丝杠（6）、X轴左侧步进电机（7）、X轴左侧滚珠丝杠（8）、Y轴步进电机（9）、Y轴滚珠丝杠（10）、托盘（11）、双轴倾角传感器（12）；所述双轴倾角传感器（12）将采集到的信息传给ARM处理器（18），经ARM处理器（18）计算后发出信号控制三个步进电机运行，实现托盘（11）的自动调平。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道变形监测装置，其特征在于：所述激光测距模块包括转盘（14）、激光测距仪（15）；所述转盘（14）装有防爆型可充电锂离子电池，为激光测距仪（15）和图像抓拍模块的高清摄像头（16）、补光灯（17）供电；所述激光测距仪（15）测得的距离数据通过PLC无线通讯模块（19）传送至ARM处理器（18）。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道变形监测装置，其特征在于：所述图像抓拍模块包括高清摄像头（16）和补光灯（17）；所述高清摄像头（16）和补光灯（17）默认为关闭状态，所述ARM处理器（18）读取到所述激光测距模块发送的数据与巷道原始数据存在异常时，将通过PLC无线通讯模块（19）向所述图像抓拍模块发出信号，所述图像抓拍模块中的高清摄像头（16）和补光灯（17）开启，对异常巷道进行图像抓拍。

5.如权利要求1所述的一种煤矿巷道变形监测装置的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

第一步，将该装置通过凹型卡扣（3）安装在矿车（1）上，并对巷道的原始信息进行扫描录入；

第二步，该装置到达指定测点后，所述双轴倾角传感器（12）将采集到的倾角数据传给ARM处理器（18），ARM处理器（18）将传回的倾角数据进行处理后分别向X轴右侧步进电机（5）、X轴左侧步进电机（7）、Y轴步进电机（9）发出驱动信号，X轴右侧步进电机（5）、X轴左侧步进电机（7）、Y轴步进电机（9）进行转动，带动对应的X轴右侧滚珠丝杠（6）、X轴左侧滚珠丝杠（8）、Y轴滚珠丝杠（10）进行升降，实现托盘（11）的自动调平，保证激光测距仪（15）发出的激光垂直打在巷道围岩上；

第三步，托盘（11）自动调平后，ARM处理器（18）发出信号将激光测距模块中的激光测距仪（15）激活，激光测距仪对当前测点位置的巷道围岩进行距离测定，同时，ARM处理器（18）向步进电机（13）发出驱动信号，步进电机（13）带动转盘（14）发生旋转，在该测点位置实现对巷道顶板、底板、两帮的测量；

第四步，在该测点实现对巷道顶板、底板、两帮的测量后，激光测距装置将所测距离数据通过PLC无线通讯模块（19）发送给ARM处理器（18），ARM处理器（18）将所测数据与巷道原始数据进行自动对比，若所测距离数据出现异常，ARM处理器（18）通过PLC无线通讯模块（19）向图像抓拍模块发出开启信号，高清摄像头（16）和补光灯（17）同时开启，对变形巷道进行抓拍，并将抓拍的图像通过PLC无线通讯模块（19）传送至井上控制中心；

第五步，到达下一测点后，重复第一步至第四步，即可得到另一测点的数据信息。