CN110568079A - 一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，包括煤层及煤层下方松动圈，所述松动圈内部钻有相互平行布置的预测钻孔，所述预测钻孔内各置入一根伸缩杆，所述伸缩杆靠近松动圈一端分别安装设置输出端探头及接收端探头，所述输出端探头与接收端探头顶端各安装设有摄像头，所述输出端探头摄像头下端安装设置发射能转换器，所述发射能转换器下方设置输出声波仪，所述接收端探头摄像头下端安装设置接收能转换器，所述接收能转换器下方设置接收声波仪，所述输出端探头与接收端探头分别通过电缆与数据采集与处理装置连接，所述数据采集与处理装置处理过的数据输送至数据分析与成像装置。
Description
技术领域
本发明涉及煤巷工程中围岩松动圈测试技术领域，具体是一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置。
背景技术
随着煤炭科学的不断发展，矿山工程建设不断完善。众所周知，在地下开挖洞室或巷道时必然会扰动周围岩石介质，导致岩石内应力转移、集中，并降低岩石的强度，使空间周围岩石发生变性甚至破坏，一般围绕开挖空间会形成环状的破裂区，称之为巷道围岩松动圈。松动圈的范围参数是巷道支护的重要依据，因此，松动圈范围的测试就显得尤为重要，对松动圈的测试装置的研究与革新势在必行。
近年来，国内外研究出了许多松动圈的测试理论和方法，理论成果主要由经验公式和相关理论以及数值模拟等方式推导得来，但是受实际复杂因素的影响较大，具有局限性；物理测试方面也取得了一定的成果，包括：声波法、多点位移计法、地震波法、地质雷达实测法、钻孔摄像法以及形变电阻率法等。但是现有的测试方法存在诸多问题，例如：声波法虽然测试可靠，原理简单，成本低廉，但也存在测试时间长，工作量大的缺点；多点位移计法测量数据量大，难以保证测试精度；地震波法与地质雷达实测法无需钻孔，测试时间短、效率高、精度高，但是缺点在于仪器成本高，易受周围环境的干扰等；钻孔摄像法与形变电阻率法技术要求高，操作复杂等。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，包括煤层及煤层下方松动圈，所述松动圈内部钻有相互平行布置的预测钻孔，所述预测钻孔内各置入一根伸缩杆，所述伸缩杆靠近松动圈一端分别安装设置输出端探头及接收端探头，所述输出端探头与接收端探头顶端各安装设有摄像头，所述输出端探头摄像头下端安装设置发射能转换器，所述发射能转换器下方设置输出声波仪，所述接收端探头摄像头下端安装设置接收能转换器，所述接收能转换器下方设置接收声波仪，所述输出端探头与接收端探头分别通过电缆与数据采集与处理装置连接，所述数据采集与处理装置处理过的数据输送至数据分析与成像装置。
作为改进，所述摄像头可以在任意时刻进行拍照，或者开启摄像模式进行拍摄视频。
作为改进，所述摄像头外面设置阻隔碎屑的防护罩。
作为改进，所述输出声波仪产生的高压电脉冲信号加在发射能转换器，所述发射能转换器受到激发产生瞬态的振动信号，并经发射能转换器与煤层之间的耦合后在松动圈介质中传播。
作为改进，所述发射能转换器受到激发产生瞬态的振动信号到达接收端探头的接收能转换器，接收能转换器将接收到的振动信号再转变成电信号传给输出声波仪，经输出声波仪放大处理后，显示出超声波穿过煤体的声时、波速等参数。
作为改进，所述输出声波仪放大处理后超声波穿过煤体的声时、波速等参数与摄像头拍摄的图片、视频通过电缆输送至数据采集与处理装置，再通过数据采集与处理装置处理过的数据输送至数据分析与成像装置。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：本基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，两个探头经伸缩杆送入两个预测钻孔内，两个探头的前部各自装有摄像头和保护罩，实现图像信息和视频信息的采集，并保护摄像头不会被钻孔内的碎屑阻挡和破坏。其中在输出端的探头内部装有声波仪振荡器和发射能换器，接收端探头内部装有接收能换器和声波仪。测试时，经过声波仪振荡器和发射能换器发出的振动信号由接收能换器接收并通过声波仪转换为电信号进行扩大后与摄像头所测得图像和视频信息一同经电缆输送至数据采集与处理装置，进行简单的处理后再输送至数据分析与成像装置，直观的得到声像信息的对比结果，有效确定松动圈的范围。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是发射端探头与接收端探头示意图。
如图1-图2所示：1、煤层，2、松动圈，3、输出端探头，4、接收端探头，5、伸缩杆，6、电缆， 7、预测钻孔，8、数据采集与处理装置，9、数据分析与成像装置，301、摄像头，302、保护罩，303、发射能换器，304、电缆，305、输出声波仪，401、接收能换器，402、接收声波仪。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例附图及使用方法对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合附图1-附图2，一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，包括煤层1及煤层1下方松动圈2，所述松动圈2内部钻有相互平行布置的预测钻孔7，所述预测钻孔7内各置入一根伸缩杆5，所述伸缩杆5 靠近松动圈2一端分别安装设置输出端探头3及接收端探头4，所述输出端探头3与接收端探头4顶端各安装设有摄像头301，所述输出端探头3摄像头301下端安装设置发射能转换器303，所述发射能转换器 303下方设置输出声波仪305，所述接收端探头4摄像头301下端安装设置接收能转换器401，所述接收能转换器303下方设置接收声波仪402，所述输出端探头3与接收端探头4分别通过电缆304与数据采集与处理装置8连接，所述数据采集与处理装置8处理过的数据输送至数据分析与成像装置9。
进一步地，所述摄像头301可以在任意时刻进行拍照，或者开启摄像模式进行拍摄视频。
进一步地，所述摄像头301外面设置阻隔碎屑的防护罩302。
进一步地，所述输出声波仪305产生的高压电脉冲信号加在发射能转换器303，所述发射能转换器303 受到激发产生瞬态的振动信号，并经发射能转换器303与煤层1之间的耦合后在松动圈2介质中传播。
进一步地，所述发射能转换器303受到激发产生瞬态的振动信号到达接收端探头4的接收能转换器 401，接收能转换器401将接收到的振动信号再转变成电信号传给输出声波仪305，经输出声波仪305放大处理后，显示出超声波穿过煤体的声时、波速等参数。
进一步地，所述输出声波仪305放大处理后超声波穿过煤体的声时、波速等参数与摄像头拍摄的图片、视频通过电缆304输送至数据采集与处理装置8，再通过数据采集与处理装置8处理过的数据输送至数据分析与成像装置9。
本发明在具体实施时，如图1-图2所示，在煤层巷道两帮处布置两个测试钻孔，测试时，两个探头由伸缩杆5送入预测钻孔7内，输出端探头3与接收端探头4保持相对平行，随着探头的不断深入，探头的前部的摄像头301对钻孔内壁进行摄像，采集影像信息，摄像头301的外部装有保护罩302，用以保护摄像头不会被钻孔内的碎屑阻挡和破坏，同时输出端探头3内部的声波仪振荡器304产生高压电脉冲信号激发发射换能器303得到瞬发的振动信号，振动信号在煤层1煤体中传递后到达接收端探头4，被接收端的探头内部的接收换能器401接收后转至接收声波仪402，将振动信息重新转换为电信号并进行扩大，与摄像头得到的图片与影像信息一起经电缆6输送至数据采集于处理装置8，对原始数据进行简单的处理后再输送至数据分析与成像装置9进行分析对比，精确得到巷道松动圈的范围。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，其特征在于：包括煤层(1)及煤层(1)下方松动圈(2)，所述松动圈(2)内部钻有相互平行布置的预测钻孔(7)，所述预测钻孔(7)内各置入一根伸缩杆(5)，所述伸缩杆(5)靠近松动圈(2)一端分别安装设置输出端探头(3)及接收端探头(4)，所述输出端探头(3)与接收端探头(4)顶端各安装设有摄像头(301)，所述输出端探头(3)摄像头(301)下端安装设置发射能转换器(303)，所述发射能转换器(303)下方设置输出声波仪(305)，所述接收端探头(4)摄像头(301)下端安装设置接收能转换器(401)，所述接收能转换器(303)下方设置接收声波仪(402)，所述输出端探头(3)与接收端探头(4)分别通过电缆(304)与数据采集与处理装置(8)连接，所述数据采集与处理装置(8)处理过的数据输送至数据分析与成像装置(9)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，其特征在于：所述摄像头(301)可以在任意时刻进行拍照，或者开启摄像模式进行拍摄视频。
3.根据权利要求1所述的一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，其特征在于：所述摄像头(301)外面设置阻隔碎屑的防护罩(302)。
4.根据权利要求1所述的一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，其特征在于：所述输出声波仪(305)产生的高压电脉冲信号加在发射能转换器(303)，所述发射能转换器(303)受到激发产生瞬态的振动信号，并经发射能转换器(303)与煤层(1)之间的耦合后在松动圈(2)介质中传播。
5.根据权利要求4所述的一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，其特征在于：所述发射能转换器(303)受到激发产生瞬态的振动信号到达接收端探头(4)的接收能转换器(401)，接收能转换器(401)将接收到的振动信号再转变成电信号传给输出声波仪(305)，经输出声波仪(305)放大处理后，显示出超声波穿过煤体的声时、波速等参数。
6.根据权利要求5所述的一种基于声像法的巷道松动圈范围测试装置，其特征在于：所述输出声波仪(305)放大处理后超声波穿过煤体的声时、波速等参数与摄像头拍摄的图片、视频通过电缆(304)输送至数据采集与处理装置(8)，再通过数据采集与处理装置(8)处理过的数据输送至数据分析与成像装置(9)。
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