CN115200550B - 罐道倾斜测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿井的竖井罐道倾斜测量技术领域，具体是一种罐道倾斜测量装置及其使用方法，装置包括井口卷扬机、第一横撑、第二横撑和罐笼连接部，所述第一横撑和第二横撑均包括横杆、位于横杆两端的罐道夹持轮组和固定在横杆上的卷扬机；在第一横撑的一端竖直向下设置测斜激光发射器，在第二横撑上设置与测斜激光发射器对应的激光接收板，在所述激光接收板一侧设置用于记录激光移动轨迹的摄像头；在第一横撑上设置测距仪；井口卷扬机通过钢丝绳连接所述第一横撑，所述第一横撑的卷扬机钢丝绳连接第二横撑，第二横撑的卷扬机钢丝绳连接罐笼连接部。本发明不受罐笼影响，测量误差小。

Description

罐道倾斜测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及矿井的竖井罐道倾斜测量技术领域，具体的说是一种罐道倾斜测量装置及其使用方法。

背景技术

罐道作为竖井提升容器的导向装置，作用是消除在提升过程中提升容器的横向摆动，使容器在井筒中高速、安全、平稳地运行。罐道的设计应该是竖直的，但由于罐道较长，受地形变化或长时间使用影响，罐道容易发生偏斜，即偏离设计的铅垂线位置出现整体或局部弯曲。当罐道出现倾斜时，会导致提升容器受到较大阻力，罐耳也造成较大磨损。在罐道偏斜严重时，甚至会造成提升容器被卡住或掉落事故。

目前罐道倾斜测量方法是在罐笼内设置测斜传感器，随着罐笼升降来感知罐道倾斜的变化。但该方法具有如下缺点：测斜传感器设置在罐笼内，对罐笼的平稳运行状态要求较高，而且，罐笼上下两组滚轮跨度大，中间若存在较小长度弯曲，检测难度较大。再者，罐笼运行时会对罐道的形变产生一定影响，从而影响测量精度。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种不受罐笼影响，测量误差小的罐道倾斜测量装置及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种罐道倾斜测量装置，它包括井口卷扬机、第一横撑、第二横撑和罐笼连接部，所述第一横撑和第二横撑均包括横杆、位于横杆两端的罐道夹持轮组和固定在横杆上的卷扬机，所述横杆一端与罐道夹持轮组之间设置缓冲部件；

在第一横撑的一端竖直向下设置测斜激光发射器，在第二横撑上设置与测斜激光发射器对应的激光接收板，在所述激光接收板一侧设置用于记录激光移动轨迹的摄像头，摄像头与上位机通信连接；在第一横撑上设置测量第一横撑与第二横撑距离的测距仪，所述测距仪与上位机通信连接；

所述井口卷扬机通过钢丝绳连接所述第一横撑，所述第一横撑的卷扬机钢丝绳连接第二横撑，第二横撑的卷扬机钢丝绳连接罐笼连接部；

在第一横撑和第二横撑之间设置距离开关，当两者间距达到设定距离后，第一横撑的卷扬机停止工作。

进一步的，所述横杆的另一端与罐道夹持轮组之间设置手动顶紧机构。

优选的，所述罐笼连接部为开关式磁力座。

优选的，所述第二横撑的卷扬机钢丝绳的长度为10-20米。

进一步的，在第一横撑上设置测距轮。

进一步的，激光接收板上设置原点。

上述罐道倾斜测量装置的使用方法，包括如下步骤：

S1.将罐笼升到井口处，将罐笼连接部固定在罐笼上；

S2.依次将第二横撑和第一横撑放入竖井，通过手动顶紧机构将它们顶紧在罐道上；

S3.在井口放置井口卷扬机，接通测斜激光发射器、摄像头和测距仪的电源；

S4.启动罐笼向下运动，罐笼将第二横撑的卷扬机钢丝绳完全拉出后带动第二横撑向下运动；

S5.摄像头记录测斜激光发射器照射在激光接收板上光点的轨迹，并上传到上位机，上位机根据光点偏移量计算第一测量段的倾斜角度；

S6.测距仪根据第一横撑的卷扬机钢丝绳的长度n米，测得第二横撑下降n米后，上位机控制罐笼停止下降；

S7.第一横撑的卷扬机开始工作，第一横撑向第二横撑运动，并拉动井口卷扬机的辊筒转动，当第二横撑和第一横撑间距达到设定距离后，第一横撑的卷扬机停止工作；第一横撑的卷扬机工作时，摄像头不记录激光点轨迹；

S8.重复步骤S4-S7，直到罐笼到达竖井底部后，通过步骤S7使第一横撑和第二横撑挨在一起，然后第二横撑的卷扬机开始工作，到达罐笼顶部停止，通过步骤S5记录最后测量段的倾斜角度；

S9.使罐笼连接部脱离罐笼，井口卷扬机卷绕钢丝绳，将第一横撑和第二横撑提升，当第一横撑到达井口时，第一横撑的卷扬机工作，将第二横撑提升到井口后，拆下第一横撑和第二横撑。

本发明的有益效果是：

第二横撑通过钢丝绳与罐笼连接部连接，使整个测量装置远离罐笼，从而避免受罐笼对管道造成的形变影响。利用激光偏离原点的轨迹从而获得连续的罐道倾斜数据，相比于摆式传感器而言，受环境影响较小。本发明可以实现分段式测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中局部A放大图；

图3为本发明第一横撑固定在罐道上的俯视示意图；

图4为本发明第一横撑安装在立井井筒内的俯视示意图；

图中，井口卷扬机1、第一横撑2、横杆Ⅰ21、罐道夹持轮组Ⅰ22、卷扬机Ⅰ23、细端24、第二横撑3、横杆Ⅱ31、罐道夹持轮组Ⅱ32、卷扬机Ⅱ33、罐笼连接部4、测斜激光发射器5、激光接收板6、摄像头7、缓冲部件8、千斤顶9、压筒91、泄压阀92、罐道10、竖井11、罐道梁12、罐笼13。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合图1-图4来详细解释本发明的实施方式。

如图1所示，本发明的罐道倾斜测量装置包括井口卷扬机1、第一横撑2、第二横撑3和罐笼连接部4。为了作图方便，图1中所示井口卷扬机做了简化处理，井口卷扬机1包括支架和设置在支架上的转轴，转轴的一端设置电机。井口卷扬机的电机在下放钢丝绳时不工作，只有在向上提拉时才工作，井口卷扬机的开关设置在支架上或者采用遥控器。电源通过电缆线接电即可。井口卷扬机带有刹车盘（即制动器）可以通过刹车盘的松紧控制卷扬机的转速，以免卷扬机在电机不工作时依靠惯性发生自转或转速大于钢丝绳牵拉的转速。

罐笼连接部是本发明与罐笼连接的结构，由罐笼提供向下运行的动力，罐笼连接部可以采用开关式磁力座，使用时安装在罐笼顶部。在开关式磁力座的把手上连接拉绳，拉绳伸进罐笼，在罐笼到达底部后，通过拉动拉绳打开开关式磁力座。罐笼连接部还可以采用方便拆卸安装的其他固定部件。

下面对第一横撑2和第二横撑3做详细说明：

所述第一横撑2包括横杆Ⅰ21、位于横杆Ⅰ21两端的罐道夹持轮组Ⅰ22和固定在横杆Ⅰ21上的卷扬机Ⅰ23。横杆Ⅰ21一端与罐道夹持轮组Ⅰ22之间设置缓冲部件8，具体的，缓冲部件8可以采用弹簧，罐道夹持轮组Ⅰ22设置细端24，横杆Ⅰ21设置可插入该细端24的插口，在插口内设置弹簧。当然，需要在细端24和插口与之间设置防止脱离的挡环，这些常规细节不再细述。

所述第二横撑3包括横杆Ⅱ31、位于横杆Ⅱ31两端的罐道夹持轮组Ⅱ32和固定在横杆Ⅱ31上的卷扬机Ⅱ33。所述横杆Ⅱ31一端与罐道夹持轮组Ⅱ32之间设置与第一横撑相同的缓冲部件。为了规避有些罐笼顶部的钢丝绳设置在中间位置，第一横撑和第二横撑的横杆可以设置成图1中的结构：中间向一侧偏，以此避开罐笼钢丝绳。当然，还可根据具体的罐笼结构做适应性改变。

在第一横撑2和第二横撑3上安装锂电池用于卷扬机供电,图1中没有画出电池位置，可以设置在左边跟卷扬机对称。卷扬机均设置遥控器来控制开关。

为了方便安装，本发明在第一横撑2和第二横撑3的横杆一端与罐道夹持轮组之间设置手动顶紧机构。如附图中所示，手动顶紧机构安装在了罐道夹持轮组中间的一个轮杆上，当然，还可以安装在整个罐道夹持轮组后端的杆上。具体的，手动顶紧机构采用小型的手动液压油缸，即千斤顶9，手动顶紧机构的伸缩杆为千斤顶的活塞杆，活塞杆前端固定连接在罐道夹持轮组中间的一个轮的轮杆上，使用时，通过在压筒91里插入压杆压动千斤顶9，使罐道夹持轮组贴紧管道，拆卸时，打开千斤顶的泄压阀92即可。如图3中所示，罐道夹持轮组采用三个轮将罐道10夹持住。钢丝绳提供向上或向下的拉力，第一横撑2和第二横撑3沿着罐道向下滑动。由于采用了缓冲部件，可以将中间的轮始终顶紧罐道的壁，罐道夹持轮组在罐道上下滑动摩擦力很小，缓冲部件横向顶紧力较大，因此，钢丝绳拉动第一横撑2或第二横撑3时不会出现倾斜。

在第一横撑2的一端竖直向下安装有测斜激光发射器5，在第二横撑3上安装与测斜激光发射器5对应的激光接收板6，测斜激光发射器5发出的激光点显示在激光接收板6上。在所述激光接收板6一侧设置用于记录激光移动轨迹的摄像头7，摄像头7采用现有的高清摄像头总成，直接与上位机通信连接，可以实时把激光点移动影像上传到上位机。作为优选实施例，测斜激光发射器5安装在缓冲部件左侧，激光接收板6也安装在缓冲部件左侧。如图1中所示，可以在激光接收板上设置原点和辅助标线，便于安装时激光点的定位。当然，还可以通过调节底座来安装测斜激光发射器，以便在特殊工况下对测斜激光发射器进行位置调整。

在第一横撑2上设置测量第一横撑2与第二横撑3距离的测距仪（图中未显示），测距仪安装在第一横撑2底面。所述测距仪与上位机通信连接，测距仪可以采用红外测距仪或激光测距仪，测距仪的作用是检测到第一横撑2和第二横撑3之间的距离等于第一横撑的卷扬机钢丝绳的长度时，将信号发送给上位机，上位机控制罐笼停止工作。为了能够更加精确的计算行程，本发明可以在第一横撑2上设置测距轮，测距轮与罐道夹持轮组Ⅰ22的滚轮相同，贴紧罐道实现行程测量。测斜激光发射器5、测距仪和测距轮分别与控制器连接，控制器与上位机通信连接。

所述井口卷扬机1通过钢丝绳连接所述第一横撑2的横杆Ⅰ，所述第一横撑2的卷扬机钢丝绳连接第二横撑3的横杆Ⅱ，第二横撑3的卷扬机钢丝绳连接罐笼连接部4。通过钢丝绳连接罐笼，主要目的一是为了避免罐笼运行中对管道造成的形变影响，第二是带动装置下降。所述第二横撑的卷扬机钢丝绳的长度为10-20米，优选的，采用10米即可。第一横撑的卷扬机钢丝绳的长度可设置30、40、50米或其他长度。

当第一横撑2向下运动时需要在接触到第二横撑3前停止运动，所以，本发明在第一横撑下方设置与第一横撑的卷扬机的控制器连接的行程开关或者光电开关（图中未显示），在第一横撑触碰到第二横撑前，第二横撑先触碰到行程开关，或者两者达到光电开关检测范围后，使第一横撑的卷扬机Ⅰ23的电机停止工作。

可以在上述井口卷扬机1、第一横撑2的横杆Ⅰ和第二横撑3的横杆Ⅱ上安装水平仪，方便安装时参考水平。

上述罐道倾斜测量装置的使用方法，包括如下步骤：

S1.将罐笼升到井口平面位置，将罐笼连接部固定在罐笼上，如采用开关式磁力座，则固定在罐笼顶部。然后使罐笼下降约1米距离。

S2.先将第二横撑放入竖井，将第二横撑两端的罐道夹持轮组夹持在罐道上，设置手动顶紧机构的，可以先将手动顶紧机构的伸缩杆回缩，然后将第二横撑两端的罐道夹持轮组夹持在罐道上，再通过手动顶紧机构将罐道夹持轮组中间的轮顶紧在罐道上。然后按照上述方法将第一横撑两端的罐道夹持轮组夹持在罐道上。

S3.在井口固定井口卷扬机，可通过井口卷扬机上的水平仪进行水平安装。接通测斜激光发射器、摄像头和测距仪的电源，查看测斜激光发射器的激光点是否位于激光接收板的原点位置，若不在原点，则查看第二横撑和第一横撑是否安装水平，若不平，则调平。

S4.启动罐笼向下运动，罐笼将第二横撑的卷扬机钢丝绳完全拉出后带动第二横撑向下运动。

S5.摄像头记录测斜激光发射器照射在激光接收板上光点的轨迹，并上传到上位机，上位机根据光点偏移量计算第一测量段的倾斜角度，具体计算方法为：第一横撑2和第二横撑3两者的垂线和激光接收板垂直，根据测距仪测量的垂线距离L，光点偏移原点的距离d,即可求出罐道偏斜角α=arctan(d/L)。

S6.测距仪根据第一横撑的卷扬机钢丝绳的长度n米，测得第二横撑下降n米后，上位机控制罐笼停止下降。

S7.第一横撑的卷扬机Ⅰ的电机开始工作，由于井口卷扬机的电机不工作，下方有罐笼作为配重，第一横撑只能向第二横撑运动，并拉动井口卷扬机的辊筒转动，当第二横撑触碰到第一横撑上的行程开关时，第一横撑的卷扬机Ⅰ23的电机停止工作，到达第二测量段。该过程摄像头不记录激光点轨迹。

S8.重复步骤S4-S7，直到罐笼到达竖井底部后，通过步骤S7使第一横撑和第二横撑挨在一起，然后第二横撑的卷扬机Ⅱ的电机开始工作，到达罐笼顶部停止，通过步骤S5记录该最后测量段的倾斜角度。

S9.测量完成后，罐笼内的工作人员通过拉动连着开关式磁力座把手的拉绳使开关式磁力座断磁，使罐笼连接部脱离罐笼，井口卷扬机开始动作，卷绕钢丝绳，将第一横撑和第二横撑提升，当第一横撑到达井口时，通过遥控器控制第一横撑的卷扬机Ⅰ的电机工作，将第二横撑提升到井口后，拆下第一横撑和第二横撑。

需要说明的是，本发明用在矿井中，如图4所示，矿井的竖井11内安装水平的罐道梁12（图4仅是一种常见的罐道梁安装方式，现有矿井的竖井罐道梁安装还有其它多种方式，在这里不再一一画图示意），罐道梁12上安装竖直的罐道10，罐笼13两侧的罐耳卡在罐道10上，第一横撑2（为了视图清晰，做了简化处理）两侧的罐道夹持轮组Ⅰ22夹持罐道10。井口卷扬机的两端固定在井口的罐道梁上或者井口边缘。

Claims (7)

1.罐道倾斜测量装置，其特征在于：它包括井口卷扬机、第一横撑、第二横撑和罐笼连接部，所述第一横撑和第二横撑均包括横杆、位于横杆两端的罐道夹持轮组和固定在横杆上的卷扬机，所述横杆一端与罐道夹持轮组之间设置缓冲部件；

在第一横撑的一端竖直向下设置测斜激光发射器，在第二横撑上设置与测斜激光发射器对应的激光接收板，在所述激光接收板一侧设置用于记录激光移动轨迹的摄像头，摄像头与上位机通信连接；在第一横撑上设置测量第一横撑与第二横撑距离的测距仪，所述测距仪与上位机通信连接；

所述井口卷扬机通过钢丝绳连接所述第一横撑，所述第一横撑的卷扬机钢丝绳连接第二横撑，第二横撑的卷扬机钢丝绳连接罐笼连接部；

在第一横撑和第二横撑之间设置距离开关，当两者间距达到设定距离后，第一横撑的卷扬机停止工作。

2.如权利要求1所述的罐道倾斜测量装置，其特征在于：所述横杆的另一端与罐道夹持轮组之间设置手动顶紧机构。

3.如权利要求1所述的罐道倾斜测量装置，其特征在于：所述罐笼连接部为开关式磁力座。

4.如权利要求1所述的罐道倾斜测量装置，其特征在于：所述第二横撑的卷扬机钢丝绳长度为10-20米。

5.如权利要求1所述的罐道倾斜测量装置，其特征在于：在所述第一横撑上设置测距轮。

6.如权利要求1所述的罐道倾斜测量装置，其特征在于：所述激光接收板上设置原点。

7.罐道倾斜测量装置使用方法，使用如权利要求1-6所述的任意一种罐道倾斜测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将罐笼升到井口处，将罐笼连接部固定在罐笼上；

S2.依次将第二横撑和第一横撑放入竖井，通过手动顶紧机构将它们顶紧在罐道上；

S3.在井口放置井口卷扬机，接通测斜激光发射器、摄像头和测距仪的电源；

S4.启动罐笼向下运动，罐笼将第二横撑的卷扬机钢丝绳完全拉出后带动第二横撑向下运动；

S5.摄像头记录测斜激光发射器照射在激光接收板上光点的轨迹，并上传到上位机，上位机根据光点偏移量计算第一测量段的倾斜角度；

S6.测距仪根据第一横撑的卷扬机钢丝绳的长度n米，测得第二横撑下降n米后，上位机控制罐笼停止下降；

S7.第一横撑的卷扬机开始工作，第一横撑向第二横撑运动，并拉动井口卷扬机的辊筒转动，当第二横撑和第一横撑间距达到设定距离后，第一横撑的卷扬机停止工作；第一横撑的卷扬机工作时，摄像头不记录激光点轨迹；

S8.重复步骤S4-S7，直到罐笼到达竖井底部后，通过步骤S7使第一横撑和第二横撑挨在一起，然后第二横撑的卷扬机开始工作，到达罐笼顶部停止，通过步骤S5记录最后测量段的倾斜角度；

S9.使罐笼连接部脱离罐笼，井口卷扬机卷绕钢丝绳，将第一横撑和第二横撑提升，当第一横撑到达井口时，第一横撑的卷扬机工作，将第二横撑提升到井口后，拆下第一横撑和第二横撑。

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