CN110906866A - 岩体位移监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种岩体位移监测装置及监测方法，属于岩体稳定性检测技术领域，本发明的装置包括被测标记体，设置于被测物体表面，监测组件，监测组件包括竖直设置的调节显示立板和与地面水平设置的贴合横板，激光发射器，固定设置于校准装夹件上，激光发射器发射方向与被测标记体位置对应，校准装夹件安装在调节显示立板上，且校准装夹件可相对调节显示立板调节水平高度位置，数据处理单元，固定设置于贴合横板上，本发明利用激光测距实时获得岩体空间位移量，减小激光测距成像偏移误差和光度影响误差，有效提高监测结果准确性。

Description

岩体位移监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于岩体稳定性检测技术领域，具体涉及一种岩体位移监测装置及监测方法。

背景技术

20世纪60年代以来，地下施工中新奥法被逐步推行，新奥法是指应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则；同时，隧道监控和量测得到了广泛应用，并取得了长足的发展；传统的收敛位移计、多点位移计、压力计等位移监测手段需要通过人员到现场进行量测和采集数据，监测信息比较滞后、浪费人力、工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩体位移监测装置及监测方法，利用激光测距实时获得岩体空间位移量，减小激光测距成像偏移误差和光度影响误差，有效提高监测结果准确性。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：岩体位移监测装置，包括：

被测标记体，设置于被测物体表面，

监测组件，监测组件包括竖直设置的调节显示立板和与地面水平设置的贴合横板，

激光发射器，固定设置于校准装夹件上，激光发射器发射方向与被测标记体位置对应，校准装夹件安装在调节显示立板上，且校准装夹件可相对调节显示立板调节水平高度位置，

数据处理单元，固定设置于贴合横板上，

其中，激光发射器发射激光束经半透镜分成两束光路，其中一束光路直接射入激光发射器中的光电接收盒内，另一束光路经被测标记体后反射入光电接收盒内，光电接收盒分别将接收数据传输数据处理单元，

其中，激光发射器设有用于接收与被测标记体接触并反射光束的聚光组件。

本发明的装置在隧道挖掘中应用，通过在监测岩体表面贴合被测标记体的并通过监测组件上的激光发射器，被测标记体上应做激光测距的对心点，防止激光测距在被测标记体上的测距点不准确导致激光测距成像偏移误差，利用接收发射激光光路差获得激光发射器与被测标记体之间的距离，具体的通过半透镜的来将激光分成两束光速，一束直接射入激光发射器的光电接收盒内，另一束与被测标记体接触并反射后射入激光发射器的光电接收盒内，利用两束光路长度不同，而导致射入激光发射器的光电接收盒内的时间不同，计算获得激光发射器与被测标记体之间的距离，经实时测量和比对后来确定被测标记体的空间位移量，同时通过在激光发射器内设置聚光组件来接收与被测标记体接触并反射光束，以消除白天和黑夜不同光照强度条件对反射光束的影响，达到减小或消除外部光度影响，有效提高监测结果准确性。其中，运用如下计算公式来利用如下公式计算测光速，c＝Δλ·Δf＝ΔL·(2F)；式中，c为光速值；ΔL为光程差；F为功率信号发生器的振荡频率，Δλ为近远程光光拍信号的相位差，并根据光束接收时间差来计算激光发射器与被测标记体之间的距离，具体公式为：

式中c为光速，t为时间差，L为激光发射器与被测标记体的间距，相比较于现有测量方案来说，本发明可实现连续测量，测量精度高，可对危险区域进行无人化实时监测数据以及数据无线传输可实现对突发性岩体垮落达到预警效果，降低人员受伤。

可选的，聚光组件包括沿反射光路依次设置的双面外凸的第四聚光镜体，单面外凸且与第四聚光镜体相邻面内凹的第三聚光镜体，单面外凸且与第三聚光镜体相邻面为平面的第二聚光镜体，双面外凸的第一聚光镜体和传光透管，传光透管中部开设圆柱通孔且与第一聚光镜体相邻端口设相对传光透管轴线为锐角的聚光环面。第四聚光镜体、第三聚光镜体、第二聚光镜体和第一聚光镜体均为透光镜，传光透管为透光材质，且第四聚光镜体、第三聚光镜体、第二聚光镜体和第一聚光镜体和传光透管依次固设在基板上，其中第三聚光镜体的内凹面为非一体式球面内凹，而是采用弧形面拼接成内凹球面，该弧形面由内凹球面中心向外宽度逐渐扩大设置，且各弧形面形状面积一致。利用依次设置的聚光镜体对经被测标记体表面而反射的光束进行聚光作用，以防止在黑白夜交替光照不同的情况下光线散射过大导致光束能量衰减而影响光束反射速度，并进一步设计第三聚光镜体采用非一体式球面内凹，光束在射到弧面相接触部分光束透射同时部分光束沿相接触弧形线路聚集至非一体式球面中心处，在增大中心处光束能量，来实现透射焦点位置聚集度高，增强透射光束聚集性。

可选的，调节显示立板的板面上设有竖直设置U形的校准液位管，校准液位管内注有流动液体且内设有用于检测校准液位管两端流动液体液位的液位探测针，液位探测针与数据处理单元连接。在激光测距过程中，可能存在激光发射器测距点的水平高度位置下降或上升的变化，导致激光照射被测标记体处的成像点位置偏差的问题，通过在调节显示立板板面上设置校准液位管的方式，来校准激光发射器在测距时的水平高度位置调整，具体的，通过校准液位管内部的流动液体的液位变化来观测激光发射器的水平高度位置变化，并设置U形结构的校准液位管观测是否存在液面高度差提高校准精准性，相比较于现有单一竖直的校准管来说可能存在竖直角度偏差的问题导致水平高度位置校准存在问题，而本发明通过U形管来获取两端液面的方式可消除竖直角度偏差的问题，直接比对两端液面高度判断是否存在误差，同时设置液位探测针的方式来记录及获取液位变化，便于调整激光发射器的水平高度位置，减小/避免激光测距成像偏移误差。

可选的，校准液位管底部连通有与贴合横板板面竖直设置且底端设有贴合横板内的连液管体，贴合板体内设有与连液管体底部插接的硅胶体，且连液管体底部管内设置至少两个滑动密封件，滑动密封件之间的连液管体之间设有流动油体。滑动密封件为圆柱状，且外径与连液管体内径一致，贴合横板底部粘接有橡胶板且将硅胶体封于贴合横板内，在贴合横板检测位置固定后将橡胶板移除，使硅胶体与地面贴合，在校准液位管底部设置连液管体与贴合横板的接触来随地面的变形量调整连液管体内的液位升降，具体的连液管体底部插接在硅胶体上，利用硅胶体的特性使其贴合底面，在底面出现形变，例如底面出现开裂，硅胶体在重力作用下下陷滑动密封件在没有支撑的状态下随着下移直至与硅胶体表面接触，进而校准液位管内液体水平高度位置相对调整，同时通过设置两滑动密封件和流动油体的方式来控制液位升降速度，利用两滑动密封件来抑制流动油体的流动速度，并且滑动密封件可吸收液体振动，滤除微震能量来减小校准液位管液面波动，解决液面在微震状态下液面不平稳无法获得液面高度位置的问题。

可选的，连液管体内设有缓冲组件，缓冲组件包括缓冲基体，缓冲基体侧面为环面且由底向定环面直径依次减小，缓冲基体顶部为球面状，缓冲基体底面中部设有第二缓冲管，第二缓冲管一端扣与缓冲基体底面平齐，另一端口设于缓冲基体内上部且连通第一缓冲管，第一缓冲管呈弧状布设于缓冲基体内上部，且连通若干第三缓冲管一端，第三缓冲管的另一端设于缓冲基体的侧面。通过在连液管体内设置缓冲组件降低连液管体内部的液体波动量，使其平稳上下升降，以避免校准液位管液面持续波动而导致液面数据精准性降低的情况出现，设有的缓冲组件的结构形状可促使连液管体在下降的时候液体沿缓冲基体顶部球面流至缓冲基体底部从缓冲基体与连液管体内壁之间的间隙向下流动，避免瞬时流动量过大导致液面过大波动，同时为避免流动量过大堵塞而反应速度下降，通过设有的第三缓冲管可实现对流体分流从缓冲基体内部向下流动，在流体向上流动过程中，通过使流体从缓冲基体与连液管体内壁之间的间隙流动方式向上流动并在通过间隙处后沿缓冲基体表面流动具有导流效果可使流体向连液管体中心处流动，而缓冲基体内部向上流出的分流液体可对向连液管体中心处流动的液体阻流来实现消耗液体流动能量以及因微震导致的液体快速流动能量，达到降低通过缓冲基体的流体的流速平稳下降目的，解决液面在微震状态下液面不平稳无法获得液面高度位置的问题。

可选的，缓冲基体内设至少两个与第一缓冲管连接的球腔状的缓冲腔，缓冲腔还连接有第三缓冲管一管口，第三缓冲管另一管口延伸至缓冲基体底面外，且第三缓冲管、第一缓冲管均与缓冲腔连通处为缓冲腔的切点。通过设置球状缓冲腔的方式可对从第三缓冲环或第一缓冲环进入缓冲腔内的流体起到消耗作用，流体沿弱缓冲腔切点进入可使其进入后在缓冲腔内沿其腔表面流动后排出，达到消耗流体能量的目的。

可选的，校准装夹件包括基板，基板两侧设有校准板体，校准板体上设有角度刻线且校准板体上连接有用于紧固激光发射器的紧固件，基板或校准板体侧面连接有水平设置的校准杆体，调节显示立板表面竖直设有滑槽，基板一侧面设有滑块且安装在滑槽内。利用校准装夹件对激光发射器进行固定连接，在需要调整激光发射器的角度时，根据校准板体上的角度刻线来进行调整，在激光发射器高度位置需要进行调整时通过移动校准装夹件的水平高度位置来实现调整激光发生器的水平高度位置。

采用岩体位移监测装置的监测方法，步骤如下：

-在被测物体表面设被测标记体，测量激光发射器与被测标记体间距ΔL₁，根据激光发射器测量角α，计算测量角α对角边d₁长度，并存储激光发射器测量水平高度；

-二次测量，判断激光发射器测量水平高度，发生偏移时修正，以测量角α获取激光发射器与被测标记体间距ΔL₂，并计算测量角α对角边d₂长度；

-计算被测标记体位移距离。

本发明利用激光发射器发射激光在空气中传播遇到障碍物被测标记体反射原理进行测量两者间距，并根据测量角度、测量间距长度边以及被测标记体测量点构成三角平面，来计算被测标记体的测量点相对激光发射器的垂直高度，即通过一次激光测距获取激光发射器与被测标记体的直线距离以及垂直距离，相比较于现有的测距方法来说，现有测距仅实现直线距离的测距，而本发明可实现对被测标记体的空间位移进行监测，被测标记体空间位进度达到毫米量级，同时本发明的测距均采用二次测量方式来确定设定测量时间段岩体位移量，通过判断激光发射器的测量水平高度位置是否变动，在出现差值时进行及时修正，采用二次测量方式有效避免激光测距时出现激光测距点水平高度位置发生偏移导致最终在目标表面测距成像偏移而使测距结果精准性下降的情况出现。

可选的，被测标记体的位移距离计算包括：

激光发射器与被测标记体间距位移距离计算：ΔL₁-ΔL₂，通过两次测距获得的ΔL₁和ΔL₂之间的差值来直接获取被测标记体相对激光发射器位置的直线位移量；

被测标记体垂直距离位移计算：d₁-d₂，获取被测标记体垂直距离位移量，达到一次激光测距获取激光发射器与被测标记体的直线距离以及垂直距离，并计算两次测距垂直距离差值来获取测标记体垂直距离位移量，实现对被测标记体的空间位移量的监测。

通过上述测距法，无需采用人工接触岩体或达到监测区域，且可适用于各种复杂地形、高危险地区。

可选的，二次测量中控制单元根据水平高度偏移计算公式计算初次测量的激光发射器与二次测量的激光发射器水平高度偏移量，在出现差值时，判定发生偏移，控制单元通过校准装夹件位移修正偏差值。

水平高度偏移计算公式：

式中，K_i为两次测量物体水平高度差值，T₁为测量物体初始水平高度值，T₂为测量物体二次水平高度测量值，E为测量区辐射微震能；P为测量区微震体变势。

通过对第一次激光测距时激光发射器的水平高度位置进行记录，控制单元在第二次激光测距时获取并激光发射器的水平高度位置，通过水平高度偏移计算公式计算初次测量的激光发射器与二次测量的激光发射器水平高度偏移量，允许差值范围控制在0～0.02mm以内以保证测距精度值，并在计算公式中引入测量区辐射微震能、测量区微震体变势计算参数来滤除激光发射器测量点在测量其水平高度位置时测量区存在的微震导致测量点水平高度值波动影响，缩小水平高度位置差值计算误差，进而保证第二次所修正的测量点水平高度位置与第一测量的水平高度位置一致，有效避免激光测距时出现激光测距点水平高度位置发生偏移导致最终在目标表面测距成像偏移而使测距结果精准性下降的情况出现。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明通过在激光发射器内设置聚光组件来接收与被测标记体接触并反射光束，以消除白天和黑夜不同光照强度条件对反射光束的影响，达到减小或消除外部光度影响，有效提高监测结果准确性；

2)设计校准液位管解决了激光发射器测距点的水平高度位置下降或上升的变化，导致激光照射被测标记体处的成像点位置偏差的问题，并且滤除微震能量来减小校准液位管液面波动，解决液面在微震状态下液面不平稳无法获得液面高度位置的问题；

3)本发明采用二次测量方式有效避免激光测距时出现激光测距点水平高度位置发生偏移导致最终在目标表面测距成像偏移而使测距结果精准性下降的情况出现。

4)本发明无需采用人工接触岩体或达到监测区域实现获取被测岩体空间位移量，可适用于各种复杂地形、高危险地区。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本申请实施例提出的岩体位移监测装置在隧道施工中的使用示意图；

图2示出本申请实施例提出的激光发射器对被测标记体的测距示意图；

图3示出本申请实施例提出的被测标记体的空间变量关系图；

图4示出本申请实施例提出的激光发射器对被测标记体的测距原理图；

图5示出本申请实施例提出的用于接收与被测标记体接触并反射光束的聚光组件示意图；

图6示出本申请实施例提出的岩体位移监测装置结构示意图；

图7示出本申请实施例提出的校准装夹件结构视图；

图8示出本申请实施例提出的贴合横板与连液管体的连接结构示意图；

图9示出本申请实施例提出的缓冲组件示意图；

图10示出本申请实施例提出的岩体位移监测方法的流程示意图；

图11示出本申请实施例3提出的监测的矿区勘探线剖面图；

图12示出本申请实施例3提出的实验组和对照组对监测岩层获取的岩层位移量统计图。

附图标记说明：100-被测标记体；10-监测组件；11-调节显示立板；12-滑槽；13-贴合横板；14-橡胶板；20-激光发射器；21-基板；22-第一聚光镜体；23-第二聚光镜体；24-第三聚光镜体；25-第四聚光镜体；26-聚光环面；27-传光透管；30-校准装夹件；31-基板；32-校准板体；33-紧固件；34-校准杆体；40-校准液位管；41-液位探针；42-连液管体；50-数据处理单元；60-缓冲组件；61-缓冲基体；62-缓冲腔；63-第一缓冲管；64-第二缓冲管；65-第三缓冲管；66-第四缓冲管；70-流动液体；80-流动油体；81-滑动密封件；82-硅胶体。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1-9所示，岩体位移监测装置，包括：

被测标记体100，设置于被测物体表面，

监测组件10，监测组件10包括竖直设置的调节显示立板11和与地面水平设置的贴合横板13，

激光发射器20，固定设置于校准装夹件30上，激光发射器20发射方向与被测标记体100位置对应，校准装夹件30安装在调节显示立板11上，且校准装夹件30可相对调节显示立板11调节水平高度位置，

数据处理单元50，固定设置于贴合横板13上，

其中，激光发射器20发射激光束经半透镜分成两束光路，其中一束光路直接射入激光发射器20中的光电接收盒内，另一束光路经被测标记体100后反射入光电接收盒内，光电接收盒分别将接收数据传输数据处理单元50，

其中，激光发射器20设有用于接收与被测标记体100接触并反射光束的聚光组件。

本发明的装置在隧道挖掘中应用，通过在监测岩体表面贴合被测标记体100的并通过监测组件10上的激光发射器，被测标记体100上应做激光测距的对心点，防止激光测距在被测标记体100上的测距点不准确导致激光测距成像偏移误差，利用接收发射激光光路差获得激光发射器20与被测标记体100之间的距离，具体的通过半透镜的来将激光分成两束光速，一束直接射入激光发射器20的光电接收盒内，另一束与被测标记体100接触并反射后射入激光发射器20的光电接收盒内，利用两束光路长度不同，而导致射入激光发射器20的光电接收盒内的时间不同，计算获得激光发射器20与被测标记体100之间的距离，经实时测量和比对后来确定被测标记体100的空间位移量，同时通过在激光发射器20内设置聚光组件来接收与被测标记体100接触并反射光束，以消除白天和黑夜不同光照强度条件对反射光束的影响，达到减小或消除外部光度影响，有效提高监测结果准确性。其中，运用如下计算公式来利用如下公式计算测光速，c＝Δλ·Δf＝ΔL·(2F)；式中，c为光速值；ΔL为光程差；F为功率信号发生器的振荡频率，Δλ为近远程光光拍信号的相位差，并根据光束接收时间差来计算激光发射器20与被测标记体100之间的距离，具体公式为：

式中c为光速，t为时间差，L为激光发射器20与被测标记体100的间距，相比较于现有测量方案来说，本发明可实现连续测量，测量精度高，可对危险区域进行无人化实时监测数据以及数据无线传输可实现对突发性岩体垮落达到预警效果，降低人员受伤。

聚光组件包括沿反射光路依次设置的双面外凸的第四聚光镜体25，单面外凸且与第四聚光镜体25相邻面内凹的第三聚光镜体24，单面外凸且与第三聚光镜体24相邻面为平面的第二聚光镜体23，双面外凸的第一聚光镜体22和传光透管27，传光透管27中部开设圆柱通孔且与第一聚光镜体22相邻端口设相对传光透管27轴线为锐角的聚光环面26。第四聚光镜体25、第三聚光镜体24、第二聚光镜体23和第一聚光镜体22均为透光镜，传光透管27为透光材质，且第四聚光镜体25、第三聚光镜体24、第二聚光镜体23和第一聚光镜体22和传光透管24依次固设在基板21上，其中第三聚光镜体24的内凹面为非一体式球面内凹，而是采用弧形面拼接成内凹球面，该弧形面由内凹球面中心向外宽度逐渐扩大设置，且各弧形面形状面积一致。利用依次设置的聚光镜体对经被测标记体100表面而反射的光束进行聚光作用，以防止在黑白夜交替光照不同的情况下光线散射过大导致光束能量衰减而影响光束反射速度，并进一步设计第三聚光镜体24采用非一体式球面内凹，光束在射到弧面相接触部分光束透射同时部分光束沿相接触弧形线路聚集至非一体式球面中心处，在增大中心处光束能量，来实现透射焦点位置聚集度高，增强透射光束聚集性。

调节显示立板11的板面上设有竖直设置U形的校准液位管40，校准液位管40内注有流动液体70且内设有用于检测校准液位管40两端流动液体70液位的液位探测针41，液位探测针41与数据处理单元50连接。在激光测距过程中，可能存在激光发射器20测距点的水平高度位置下降或上升的变化，导致激光照射被测标记体100处的成像点位置偏差的问题，通过在调节显示立板11板面上设置校准液位管40的方式，来校准激光发射器20在测距时的水平高度位置调整，具体的，通过校准液位管40内部的流动液体70的液位变化来观测激光发射器20的水平高度位置变化，并设置U形结构的校准液位管40观测是否存在液面高度差提高校准精准性，相比较于现有单一竖直的校准管来说可能存在竖直角度偏差的问题导致水平高度位置校准存在问题，而本发明通过U形管来获取两端液面的方式可消除竖直角度偏差的问题，直接比对两端液面高度判断是否存在误差，同时设置液位探测针41的方式来记录及获取液位变化，便于调整激光发射器20的水平高度位置，减小/避免激光测距成像偏移误差。

校准液位管40底部连通有与贴合横板13板面竖直设置且底端设有贴合横板13内的连液管体42，贴合板体13内设有与连液管体42底部插接的硅胶体82，且连液管体42底部管内设置至少两个滑动密封件81，滑动密封件81之间的连液管体42之间设有流动油体80。滑动密封件80为圆柱状，且外径与连液管体42内径一致，贴合横板13底部粘接有橡胶板14且将硅胶体82封于贴合横板13内，在贴合横板13检测位置固定后将橡胶板14移除，使硅胶体82与地面贴合，在校准液位管40底部设置连液管体42与贴合横板13的接触来随地面的变形量调整连液管体42内的液位升降，具体的连液管体42底部插接在硅胶体82上，利用硅胶体82的特性使其贴合底面，在底面出现形变，例如底面出现开裂，硅胶体82在重力作用下下陷滑动密封件81在没有支撑的状态下随着下移直至与硅胶体82表面接触，进而校准液位管40内液体水平高度位置相对调整，同时通过设置两滑动密封件81和流动油体80的方式来控制液位升降速度，利用两滑动密封件81来抑制流动油体80的流动速度，并且滑动密封件81可吸收液体振动，滤除微震能量来减小校准液位管40液面波动，解决液面在微震状态下液面不平稳无法获得液面高度位置的问题。

连液管体42内设有缓冲组件60，缓冲组件60包括缓冲基体61，缓冲基体61侧面为环面且由底向定环面直径依次减小，缓冲基体61顶部为球面状，缓冲基体61底面中部设有第二缓冲管64，第二缓冲管64一端扣与缓冲基体61底面平齐，另一端口设于缓冲基体61内上部且连通第一缓冲管63，第一缓冲管63呈弧状布设于缓冲基体61内上部，且连通若干第三缓冲管65一端，第三缓冲管65的另一端设于缓冲基体61的侧面。通过在连液管体42内设置缓冲组件60降低连液管体42内部的液体波动量，使其平稳上下升降，以避免校准液位管40液面持续波动而导致液面数据精准性降低的情况出现，设有的缓冲组件60的结构形状可促使连液管体42在下降的时候液体沿缓冲基体61顶部球面流至缓冲基体61底部从缓冲基体61与连液管体42内壁之间的间隙向下流动，避免瞬时流动量过大导致液面过大波动，同时为避免流动量过大堵塞而反应速度下降，通过设有的第三缓冲管65可实现对流体分流从缓冲基体61内部向下流动，在流体向上流动过程中，通过使流体从缓冲基体61与连液管体42内壁之间的间隙流动方式向上流动并在通过间隙处后沿缓冲基体61表面流动具有导流效果可使流体向连液管体42中心处流动，而缓冲基体61内部向上流出的分流液体可对向连液管体42中心处流动的液体阻流来实现消耗液体流动能量以及因微震导致的液体快速流动能量，达到降低通过缓冲基体61的流体的流速平稳下降目的，解决液面在微震状态下液面不平稳无法获得液面高度位置的问题。

缓冲基体61内设至少两个与第一缓冲管63连接的球腔状的缓冲腔62，缓冲腔62还连接有第三缓冲管66一管口，第三缓冲管66另一管口延伸至缓冲基体61底面外，且第三缓冲管66、第一缓冲管63均与缓冲腔62连通处为缓冲腔62的切点。通过设置球状缓冲腔62的方式可对从第三缓冲环66或第一缓冲环63进入缓冲腔62内的流体起到消耗作用，流体沿弱缓冲腔66切点进入可使其进入后在缓冲腔63内沿其腔表面流动后排出，达到消耗流体能量的目的。

校准装夹件30包括基板31，基板31两侧设有校准板体32，校准板体32上设有角度刻线且校准板体32上连接有用于紧固激光发射器20的紧固件33，基板31或校准板体32侧面连接有水平设置的校准杆体34，调节显示立板11表面竖直设有滑槽12，基板31一侧面设有滑块且安装在滑槽12内。利用校准装夹件30对激光发射器20进行固定连接，在需要调整激光发射器20的角度时，根据校准板体32上的角度刻线来进行调整，在激光发射器20高度位置需要进行调整时通过移动校准装夹件30的水平高度位置来实现调整激光发生器20的水平高度位置。

实施例2：

参见图10所示，岩体位移的监测方法，步骤如下：

-在被测物体表面设被测标记体100，测量激光发射器20与被测标记体100间距ΔL₁，根据激光发射器20测量角α，计算测量角α对角边d₁长度，并存储激光发射器20测量水平高度；

-二次测量，控制单元50根据水平高度偏移计算公式计算初次测量的激光发射器20与二次测量的激光发射器20水平高度偏移量，在出现差值时，判定发生偏移，控制单元50通过校准装夹件30位移修正偏差值；

水平高度偏移计算公式：

式中，K_i为两次测量物体水平高度差值，T₁为测量物体初始水平高度值，T₂为测量物体二次水平高度测量值，E为测量区辐射微震能；P为测量区微震体变势以测量角α获取激光发射器20与被测标记体100间距ΔL₂，并计算测量角α对角边d₂长度；

-计算被测标记体100位移距离，被测标记体100的位移距离计算包括：

激光发射器20与被测标记体100间距位移距离计算：ΔL₁-ΔL₂；

被测标记体100垂直距离位移计算：d₁-d₂；

本发明利用激光发射器20发射激光在空气中传播遇到障碍物被测标记体100反射原理进行测量两者间距，并根据测量角度、测量间距长度边以及被测标记体100测量点构成三角平面，来计算被测标记体100的测量点相对激光发射器20的垂直高度，即通过一次激光测距获取激光发射器20与被测标记体100的直线距离以及垂直距离，相比较于现有的测距方法来说，现有测距仅实现直线距离的测距，而本发明可实现对被测标记体100的空间位移进行监测，被测标记体100空间位进度达到毫米量级，同时本发明的测距均采用二次测量方式来确定设定测量时间段岩体位移量，通过判断激光发射器20的测量水平高度位置是否变动，在出现差值时进行及时修正，采用二次测量方式有效避免激光测距时出现激光测距点水平高度位置发生偏移导致最终在目标表面测距成像偏移而使测距结果精准性下降的情况出现。

通过对第一次激光测距时激光发射器20的水平高度位置进行记录，控制单元50在第二次激光测距时获取并激光发射器20的水平高度位置，通过水平高度偏移计算公式计算初次测量的激光发射器20与二次测量的激光发射器20水平高度偏移量，允许差值范围控制在0～0.02mm以内以保证测距精度值，并在计算公式中引入测量区辐射微震能、测量区微震体变势计算参数来滤除激光发射器20测量点在测量其水平高度位置时测量区存在的微震导致测量点水平高度值波动影响，缩小水平高度位置差值计算误差，进而保证第二次所修正的测量点水平高度位置与第一测量的水平高度位置一致，有效避免激光测距时出现激光测距点水平高度位置发生偏移导致最终在目标表面测距成像偏移而使测距结果精准性下降的情况出现。

实施例3：

本实施例对已开采的矿区进行监测试验，监测的矿区勘探线剖面图如图11所示，此次监测对矿区的主采空区的隧道内进行监测，主要在主采空区420m处安装本发明的岩体位移监测装置-作为实验组，对主采空区500mm进行监测其岩层下沉实时动态，激光发射器20与被测标记体100的初始距离设定为70m，同时被测标记体100选用银亮反光布，同时反光布上做激光测距的对心标记点，在控制单元50上安装无线数据传输设备用于将控制单元50获取的数据进行无线传输以及无线发送控制指令至控制单元50。

同时设置一对照组，对照组通过人工采用多点位移计来进行测量，测量区域与实验组测试区高度岩层一致，且与实验组被测标记体100设置点位置距离范围5米以内。

设定在监测点位置即被测标记体100标记点与激光发射器20直线距离或被测标记体100标记点垂直距离偏移距离超过10mm后，结束监测试验，

实验组由控制单元50反馈报警信号给矿区外监控设备进行报警，对照组由人工反馈报警信息，试验于10月1号开始进行监测，并记录每天被测标记体100的空间位移量，在11月17日时，实验组反馈被测标记体100标记点与激光发射器20直线偏移距离达到10mm，控制单元50发出报警信号，对照组人工为11月18日反馈报警信息，具体监测结果如图12所示，在报警后工作人员对现场进行超声波测距来再次测量验证报警反馈信息是否准确，实际测量获得实验组的测标记体100标记点与激光发射器20直线偏移距离为10.12mm，对照组标记点岩层位移距离为12.15mm，经验证，本发明的装置可实现远程、无人化精准监测岩体位移，同时可修正监测点位置，避免监测成像误差，提高监测精准性。

本发明的被测标记体100与被测岩体之间可以采用粘接、紧固件固定连接、卡接等固定方式，同时被测标记体100上应做激光测距的对心点，防止激光测距在被测标记体100上的测距点不准确导致测距误差扩大，被测标记体100优选采用表面粗糙度低的材料。

本发明中校准装夹件30水平高度位置的上下升降技术采用现有技术，例如采用磁驱方式驱动基板31后侧的滑块上下滑移，或者在滑槽12内开设升降槽并将基板31后侧的滑块连接传动链的方式，在电机驱动传动链的方式下实现校准装夹件30上下升降，对于上述本领域技术人员常用的物体升降方案，本申请说明书中不再详细展开，但不影响公众理解本申请的技术方案。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.岩体位移监测装置，包括：

被测标记体，设置于被测物体表面，

监测组件，所述监测组件包括竖直设置的调节显示立板和与地面水平设置的贴合横板，

激光发射器，固定设置于校准装夹件上，所述激光发射器发射方向与被测标记体位置对应，所述校准装夹件安装在调节显示立板上，且所述校准装夹件可相对调节显示立板调节水平高度位置，

数据处理单元，固定设置于贴合横板上，

其中，所述激光发射器发射激光束经半透镜分成两束光路，其中一束光路直接射入激光发射器中的光电接收盒内，另一束光路经被测标记体后反射入光电接收盒内，光电接收盒分别将接收数据传输数据处理单元，

其中，所述激光发射器设有用于接收与被测标记体接触并反射光束的聚光组件。

2.根据权利要求1所述的岩体位移监测装置，其特征在于：所述聚光组件包括：沿反射光路依次设置的双面外凸的第四聚光镜体，单面外凸且与第四聚光镜体相邻面内凹的第三聚光镜体，单面外凸且与第三聚光镜体相邻面为平面的第二聚光镜体，双面外凸的第一聚光镜体和传光透管，所述传光透管中部开设圆柱通孔且与第一聚光镜体相邻端口设相对传光透管轴线为锐角的聚光环面。

3.根据权利要求1所述的岩体位移监测装置，其特征在于：所述调节显示立板的板面上设有竖直设置U形的校准液位管，所述校准液位管内注有流动液体且内设有用于检测校准液位管两端流动液体液位的液位探测针，所述液位探测针与数据处理单元连接。

4.根据权利要求3所述的岩体位移监测装置，其特征在于：所述校准液位管底部连通有与贴合横板板面竖直设置且底端设有贴合横板内的连液管体，所述贴合板体内设有与所述连液管体底部插接的硅胶体，且连液管体底部管内设置至少两个滑动密封件，所述滑动密封件之间的连液管体之间设有流动油体。

5.根据权利要求4所述的岩体位移监测装置，其特征在于：所述连液管体内设有缓冲组件，所述缓冲组件包括缓冲基体，所述缓冲基体侧面为环面且由底向定环面直径依次减小，所述缓冲基体顶部为球面状，所述缓冲基体底面中部设有第二缓冲管，所述第二缓冲管一端扣与缓冲基体底面平齐，另一端口设于缓冲基体内上部且连通第一缓冲管，所述第一缓冲管呈弧状布设于缓冲基体内上部，且连通若干第三缓冲管一端，所述第三缓冲管的另一端设于缓冲基体的侧面。

6.根据权利要求5所述的岩体位移监测装置，其特征在于：所述缓冲基体内设至少两个与第一缓冲管连接的球腔状的缓冲腔，所述缓冲腔还连接有第三缓冲管一管口，所述第三缓冲管另一管口延伸至缓冲基体底面外，且所述第三缓冲管、第一缓冲管均与缓冲腔连通处为缓冲腔的切点。

7.根据权利要求1所述的岩体位移监测装置，其特征在于：所述校准装夹件包括基板，所述基板两侧设有校准板体，所述校准板体上设有角度刻线且校准板体上连接有用于紧固激光发射器的紧固件，所述基板或校准板体侧面连接有水平设置的校准杆体，所述调节显示立板表面竖直设有滑槽，所述基板一侧面设有滑块且安装在滑槽内。

8.采用权利要求1-7任一权利要求所述岩体位移监测装置的监测方法，其特征在于以下步骤：

-在被测物体表面设被测标记体，测量激光发射器与被测标记体间距ΔL₁，根据激光发射器测量角α，计算测量角α对角边d₁长度，并存储激光发射器测量水平高度；

-二次测量，判断激光发射器测量水平高度，发生偏移时修正，以测量角α获取激光发射器与被测标记体间距ΔL₂，并计算测量角α对角边d₂长度；

-计算被测标记体位移距离。

9.根据权利要求8所述的采用岩体位移监测装置的监测方法，其特征在于：所述被测标记体的位移距离计算包括：

激光发射器与被测标记体间距位移距离计算：ΔL₁-ΔL₂；

被测标记体垂直距离位移计算：d₁-d₂。

10.根据权利要求8所述的采用岩体位移监测装置的监测方法，其特征在于：所述二次测量中控制单元根据水平高度偏移计算公式计算初次测量的激光发射器与二次测量的激光发射器水平高度偏移量，在出现差值时，判定发生偏移，控制单元通过校准装夹件位移修正偏差值。

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