PL225279B1

PL225279B1 - Geometry measuring probe for housing of the shaft equipment

Info

Publication number: PL225279B1
Application number: PL404367A
Authority: PL
Inventors: Adam Szade; Wojciech Bochenek; Zbigniew Motyka; Henryk Passia; Adam Ramowski; Tadeusz Smoła; Mariusz Szot
Original assignee: Główny Inst Górnictwa
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2017-03-31
Also published as: PL404367A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sonda do pomiaru geometrii obudowy i wyposażenia szybu, zwłaszcza kopalnianego.The subject of the invention is a probe for measuring the geometry of the casing and shaft equipment, especially in a mine shaft.

Znana metoda fotogrametryczna do pomiaru geometrii i wyposażenia szybu, która wykorzystuje kamerę stereofotograficzną, pozwala nawiązać poszczególne stereogramy do podziemnej osnowy kopalnianej. Kamera ta składa się z teodolitu i jednometrowej bazy, które są połączone z alidadą. Do wymienionej bazy montowane są kamery z możliwością zmiany jej długości do 5 cm. Połączenie k amery z teodolitem pozwala na bezpośredni pomiar kąta pomiędzy osią bazy i kierunkiem wyznaczonym przez jedno z ramion kąta wierzchołkowego poligonu podziemnego. Metoda ta wymaga założenia jednego punktu kontrolnego ze znanymi współrzędnymi, widocznego z obu stanowisk pomiarowych. Wadą metody jest konieczność posiadania na etapie opracowania kameralnego stereokomparatora, natomiast na etapie prac w warunkach ruchu zakładu górniczego wymaga dużego nakładu czasu na przygotowanie miejsca pracy poprzez jego odpowiednie oświetlenie.The well-known photogrammetric method for measuring the geometry and shaft equipment, which uses a stereophotographic camera, allows individual stereograms to be related to the underground mine matrix. This camera consists of a theodolite and a one-meter base that are connected to an alidad. Cameras with the possibility of changing its length up to 5 cm are mounted to the mentioned base. The connection of k americium with theodolite allows for direct measurement of the angle between the base axis and the direction determined by one of the arms of the vertex angle of the underground polygon. This method requires the establishment of one control point with known coordinates, visible from both measuring stations. The disadvantage of the method is the necessity to have an intimate stereocomparator at the stage of development, while at the stage of works in the conditions of mining plant operation, it requires a lot of time to prepare the workplace through its appropriate lighting.

Znana jest również nowatorska metoda pozyskiwania informacji geometrycznych, którą jest skanowanie laserowe. Do niedawna skanery laserowe nie były dopuszczone do pracy w kopalni z uwagi na zagrożenia w nich panujące.There is also an innovative method of obtaining geometric information, which is laser scanning. Until recently, laser scanners were not allowed to work in the mine due to the hazards prevailing in them.

Obecnie, po uzyskaniu takiego dopuszczenia, proponowane jest do stosowania laserowe urządzenie skanujące Z+F IMAGER 5006EX w wersji przeciwwybuchowej stanowiące skaner laserowy, który montowany jest na wysięgniku pod klatką szybową lub na stojaku geodezyjnym w innych wyrobiskach górniczych. Urządzenie to wymaga jednak wyłączenia z zasilania z chwilą pojawienia się atmosfery metanowej. Urządzenie to może więc pracować tylko pod nadzorem wyspecjalizowanej obsługi.Currently, after obtaining such approval, the explosion-proof Z + F IMAGER 5006EX laser scanning device is proposed for use, which is a laser scanner, which is mounted on a boom under the shaft cage or on a geodetic stand in other mining excavations. However, this device needs to be disconnected from the power supply as soon as the methane atmosphere is present. Therefore, this device may only be operated under the supervision of specialized personnel.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 192933 przenośne urządzenie do kontroli i rejestracji stanu obudowy i wyposażenia szybów górniczych. Urządzenie to ma, podwieszoną na linie, cylindryczną obudowę zamkniętą z obu stron, w której mieszczą się kamery i źródło światła. W dolnej części obudowy, nad pionową pilotującą wideokamerą znajdują się przynajmniej cztery poziome wideokamery rozmieszczone równomiernie na całym obwodzie. Wideokamery mają własne zasilanie akumulatorowe. W powierzchnię boczną obudowy jest wbudowany pierścień świetlny połączony z akumulatorami układu zasilania. Akumulatory te są podłączone do układu nadawczo odbiorczego włączonego przez swój nadajnik i odbiornik do anteny zamocowanej na zewnątrz obudowy. Układ nadawczo odbiorczy, poprzez anteny, przekazuje sygnały wizji i fonii bezprzewodowo na powierzchnię monitora i odwrotnie. W obudowie, nad poziomymi wideokamerami, jest ustawiona butla z gazem obojętnym, która utrzymuje w niej stałe nadciśnienie, izolujące wnętrze obudowy od atmosfery kopalnianej, panującej w szybie.A portable device for inspection and registration of the condition of mining shaft support and equipment is known from the Polish patent specification No. 192933. The device has a rope-suspended cylindrical housing closed on both sides, which houses the cameras and the light source. In the lower part of the housing, above the vertical pilot video camera are at least four horizontal video cameras distributed evenly around the circumference. The video cameras have their own battery power. A light ring connected to the power supply batteries is built into the side surface of the housing. These batteries are connected to the transmitting and receiving circuit connected by their transmitter and receiver to an antenna mounted outside the housing. The transmitting and receiving system, through the antennas, transmits video and audio signals wirelessly to the monitor surface and vice versa. In the housing, above the horizontal video cameras, there is an inert gas cylinder, which maintains a constant overpressure in it, isolating the inside of the housing from the mine atmosphere prevailing in the shaft.

Znany jest z polskiego zgłoszenia nr P.392313 sposób i układ do kontroli stanu technicznego obudowy wyrobisk górniczych. Sposób polega na tym, że głowica pomiarowa opuszczana na linie nośnej w wyrobisku rejestruje sygnał przekazywany drogą bezprzewodową poprzez encoder odzwierciedlający drogę głowicy pomiarowej w trakcie jej opuszczania. Jednocześnie, w czasie rzeczywistym, głowica pomiarowa rejestruje przestrzenny trójwymiarowy obraz powierzchni obudowy wyrobiska na całym jego obwodzie. Także jednocześnie przesyłane są do nośnika danych pomiary z czujników wykrywających zmiany przyspieszenia i wychylenia IMU, gdzie z kolei dane pomiarowe są uzupełniane o znacznik czasu. Układ natomiast składa się z niezależnej głowicy pomiarowej posiadającej cztery dalmierze laserowe, z modułu encodera z nadajnikiem do pomiaru przebytej drogi oraz ze stacjonarnego stanowiska analitycznego.From the Polish application no. P.392313, the method and system for inspecting the technical condition of mining workings support is known. The method consists in the fact that the measuring head, which is lowered on the carrier line in the excavation, records the signal transmitted wirelessly through the encoder reflecting the measuring head's path during its lowering. At the same time, in real time, the measuring head records a three-dimensional image of the surface of the excavation support along its entire circumference. Also, at the same time, measurements from sensors detecting changes in acceleration and deflection of the IMU are sent to the data carrier, where the measurement data are in turn supplemented with a time stamp. The system, on the other hand, consists of an independent measuring head with four laser rangefinders, an encoder module with a transmitter for measuring the distance traveled, and a stationary analytical stand.

Sonda do pomiaru geometrii obudowy i wyposażenia szybu, zawierająca hermetyzowaną i wypełnioną gazem obudowę ze skanerem 2D, kamerą i laserowym dalmierzem bezpieczeństwa, podwieszona do mobilnego wyciągu górniczego i połączona regulowanym wysięgnikiem z liną odniesienia utrzymującą obciążnik stabilizujący, według wynalazku ma w obudowie układ inercyjny, autonomiczny zasilacz, cyfrowy rejestrator, bezkontaktowy załącznik pracy sondy stanowiący kontaktron magnetyc zny. Układ inercyjny, autonomiczny zasilacz, kamera o kącie widzenia obudowy szybu do 360°, laserowy dalmierz bezpieczeństwa oraz skaner 2D są oddzielnie połączone z cyfrowym rejestratorem, przy czym autonomiczny zasilacz stanowi akumulator, barierę i układ bezpieczeństwa. Poza obudową, sonda ma odometr połączony z nią regulowanym wysięgnikiem. Laserowy dalmierz bezpieczeństwa jest zamocowany w obudowie od strony przeciwnej do liny mobilnego wyciągu.Probe for measuring the geometry of the shaft housing and equipment, containing an encapsulated and gas-filled housing with a 2D scanner, a camera and a safety laser rangefinder, suspended from a mobile mining hoist and connected with an adjustable arm with a reference line holding a stabilizing weight, according to the invention it has an inertial, autonomous system in the housing power supply, digital recorder, non-contact attachment of the probe operation as a magnetic reed switch. The inertial system, an autonomous power supply, a camera with a viewing angle of the shaft housing up to 360 °, a safety laser rangefinder and a 2D scanner are separately connected to the digital recorder, with the autonomous power supply being a battery, barrier and safety system. In addition to the housing, the probe has an odometer connected to it with an adjustable boom. The safety laser rangefinder is mounted in the housing on the side opposite to the rope of the mobile hoist.

PL 225 279 B1PL 225 279 B1

Sonda zapewnia automatyczny pomiar geometrii i deformacji badanych elementów szybu, co ułatwia i rzutuje na wysoką jakość tych pomiarów. Bieżący natomiast podgląd, od dołu opuszczanej sondy, całego przesuwającego się obrazu przekroju szybu i jego rejestracja, przez kamerę w połączeniu z rejestracją obrazu przekroju szybu po spirali przez obracający się i jednocześnie przesuwający się w dół skaner 2D oraz przekazywanie obrazów z tych urządzeń do rejestratora, a dalej do zewnętrznego komputera do analizy daje tak wysoką dokładność rejestrowanych wyników, że nie zachodzi konieczność ich powtarzania. Rzutuje to także na możliwość szybkiego podejmowania decyzji dotyczących usunięcia stwierdzonych nieprawidłowości i tym samym zapobieżenia awariom i przestojom w eksploatacji szybu, z czym wiąże się znaczne obniżenie kosztów tej eksploatacji, a przede wszystkim uniknięcia niezwykle groźnych wypadków dla zjeżdżających szybem górników. Laserowy dalmierz bezpieczeństwa sondy, umieszczony od dołu obudowy, kontroluje jej orientację przestrzenną, stabilność położenia w czasie opuszczania w szybie i wykrywa przeszkody przed sondą. Autonomiczny zasilacz akumulatorowy, sterowany wyłącznikami ciśnieniowymi, uniezależnia zaś pracę sondy od zewnętrznego źródła zasilania rzutując na płynną i ciągłą jej pracę. Odometr zabudowany na reg ulowanym wysięgniku, mocowanym do obudowy sondy, służy do pomiaru przebytej przez nią drogi.The probe provides automatic measurement of the geometry and deformation of the tested shaft elements, which facilitates and affects the high quality of these measurements. On the other hand, the current preview, from the bottom of the lowered probe, of the entire moving image of the shaft cross-section and its recording, by the camera in combination with the recording of the image of the shaft cross-section in a spiral by a rotating and simultaneously moving downward 2D scanner and the transfer of images from these devices to the recorder, and then to an external computer for analysis, it gives such a high accuracy of the recorded results that there is no need to repeat them. This also affects the ability to quickly make decisions regarding the removal of identified irregularities and thus prevent breakdowns and downtime in the shaft operation, which is associated with a significant reduction in the costs of this operation, and above all, avoiding extremely dangerous accidents for miners sliding down the shaft. The probe's laser safety rangefinder, located at the bottom of the housing, controls its spatial orientation, position stability during lowering in the shaft and detects obstacles in front of the probe. Autonomous battery power supply, controlled by pressure switches, makes the operation of the probe independent of an external power source, influencing its smooth and continuous operation. The odometer, installed on a regulated boom, attached to the probe housing, is used to measure the distance traveled through it.

Ponadto, prosta i szybka obsługa oraz tani koszt wykonania sondy jak i samych pomiarów rzutują na zdecydowaną jej przydatność i konkurencyjność.In addition, simple and quick operation as well as the cheap cost of the probe and the measurements itself determine its usefulness and competitiveness.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy sondy, a fig. 2 przedstawia sondę w konfiguracji pomiarowej.The subject of the invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the probe, and Fig. 2 shows the probe in a measurement configuration.

Sonda zawiera hermetyzowaną obudowę 1 ze stali nierdzewnej wypełnioną gazem obojętnym. W obudowie 1 znajdują się: skaner 2 laserowy, kamera 3, układ 4 inercyjny zawierający akcelerometr, żyroskop i magnetometr, laserowy dalmierz 5 bezpieczeństwa, autonomiczny zasilacz 6 i rejestrator 7 cyfrowy, który oddzielnie jest połączony z każdym z wymienionych urządzeń 2, 3, 4, 5, 6. Obudowa 1 spełnia cechy obudowy urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem z rodzajem budowy przeciwwybuchowej typu Ex p. Autonomiczny zasilacz 6 stanowi akumulator 8, barierę 9 i układ bezpieczeństwa 10. Ponadto, obudowa 1 zawiera bezkontaktowy załącznik 11 stanowiący kontaktron magnetyczny łączący się z elementem 12 załączająco-wyłączającym autonomiczny zasilacz 6, który to element 12 jest połączony z pierwszym presostatem 13 i drugim presostatem 14 oraz ma antenę 15, oświetlacze 16, zawory gazowe 17, trzy przetwornice 18 o napięciach: 5,12 i 24 V połączone z jednej strony z autonomicznym zasilaczem 6, a z drugiej strony z barierą 19. Bariera 19 łączy się z odometrem 20 mocowanym na linie 21 odniesienia utrzymującej obciążnik 22 stabilizujący. Odometr 20 jest połączony z obudową 1 regulowanym wysięgnikiem 23. Sonda jest podwieszona do liny 24 mobilnego wyciągu.The probe comprises an encapsulated stainless steel housing 1 filled with an inert gas. In housing 1 there are: 2 laser scanner, 3 camera, 4 inertial system including accelerometer, gyroscope and magnetometer, 5 safety laser rangefinder, 6 autonomous power supply and 7-digit recorder, which is separately connected to each of the above-mentioned devices 2, 3, 4 , 5, 6. The casing 1 meets the features of the casing of electronic devices for use in potentially explosive atmospheres with a type of explosion-proof construction of the Ex p type. The autonomous power supply 6 is a battery 8, a barrier 9 and a safety system 10. Moreover, the casing 1 includes a non-contact attachment 11, which is a reed switch magnetic connecting with the on / off element 12, an autonomous power supply 6, which element 12 is connected to the first pressure switch 13 and the second pressure switch 14 and has an antenna 15, illuminators 16, gas valves 17, three converters 18 with voltages: 5.12 and 24 V connected on one side with an autonomous power supply 6, and on the other side with the barrier 19. The barrier 19 connects to the odometer 20 mo on the reference line 21 carrying the stabilizing weight 22. The odometer 20 is connected to the housing 1 with an adjustable boom 23. The probe is suspended from the rope 24 of the mobile hoist.

W celu uruchomienia sondy należy w pierwszej kolejności zapewnić wymagane nadciśnienie gazu obojętnego w jej obudowie 1. Po uzyskaniu tego nadciśnienia powodującego jednoczesne załączenie się obu presostatów 13, 14, operator dokonuje uruchomienia autonomicznego zasilacza 6 z akumulatora 8, poprzez zwarcie, za pomocą magnesu, styków załącznika 11 stanowiącego hermetyczny kontaktron i uruchomienie całej sondy. Następnie, sonda jest opuszczana do szybu na linie 24 mobilnego wyciągu wraz z odometrem 20 na linie 21 odniesienia podwieszającej obciążnik 22 stabilizujący. Autonomiczny zasilacz 6, oprócz funkcji zasilania zespołów sondy, zapewnia blokadę ponownego jej uruchomienia w przypadku spadku ciśnienia w obudowie 1 i przed przewietrzeniem oraz powtórnym uzyskaniem nadciśnienia gazu obojętnego w tej obudowie 1.In order to start the probe, first ensure the required overpressure of the inert gas in its housing 1. After obtaining this overpressure causing simultaneous activation of both pressure switches 13, 14, the operator starts the autonomous power supply 6 from the battery 8 by short-circuiting with a magnet and contacts of Annex 11 being the hermetic reed switch and actuation of the entire probe. Then, the probe is lowered into the shaft on the line 24 of the mobile hoist along with the odometer 20 on the reference line 21 suspending the stabilizing weight 22. The autonomous power supply 6, in addition to the probe assembly power supply function, ensures the blockade of its restart in the event of a pressure drop in the housing 1 and before airing and re-overpressure of the inert gas in this housing 1.

Sonda w trakcie opuszczania w szybie wykonuje:During lowering in the shaft, the probe performs:

- pomiar odległości obmurza i/lub elementów zbrojenia szybu za pomocą laserowego dalmierza 5 bezpieczeństwa. Laserowy dalmierz 5 bezpieczeństwa posiada również funkcję zatrzymania ruchu sondy w razie napotkania przeszkody;- measuring the distance of the shaft lining and / or reinforcement elements by means of a safety laser rangefinder. The safety laser rangefinder 5 also has the function of stopping the probe movement when an obstacle is encountered;

- swoją lokalizację czasoprzestrzenną za pomocą układu 4 inercyjnego i dokładnego licznika drogi w postaci odometru 20 zawieszonego na linie 21 odniesienia;- its space-time location by means of an inertial system 4 and an accurate odometer in the form of an odometer 20 suspended on reference lines 21;

- podgląd przesuwającego się obrazu szybu za pomocą kamery 3 i obracającego się skanera 2 dwuwymiarowego (2D) oraz przekazywanie tych obrazów do rejestratora 7;- viewing the moving image of the shaft with the camera 3 and the rotating two-dimensional (2D) scanner 2 and transmitting these images to the recorder 7;

- rejestrację danych pomiarowych w rejestratorze 7 cyfrowym.- registration of measurement data in a 7-digit recorder.

Po dokonaniu pomiarów i wyciągnięciu sondy, zawarte w niej dane pomiarowe są przesyłane do komputera zewnętrznego, w którym następuje ich analiza.After taking the measurements and removing the probe, the measurement data contained in it are sent to an external computer where they are analyzed.

Claims

1. Probe for measuring the geometry of the shaft housing and equipment, containing an encapsulated and inert gas-filled housing with a 2D scanner, a camera and a safety laser rangefinder, suspended from a mobile mining hoist and connected with an adjustable arm with a reference line supporting a stabilizing weight, characterized by the fact that in the housing (1) has an inertial system (4), an autonomous power supply (6) and a digital recorder (7), while the inertial system (4), an autonomous power supply (6), a camera (3) with a viewing angle of the shaft housing up to 360 °, laser the safety rangefinder (5) and the 2D scanner (2) are separately connected to the digital recorder (7), and outside the housing (1) it has an odometer (20) connected to it with an adjustable arm (23).

2. The probe according to claim A device according to claim 1, characterized in that the housing (1) has a non-contact attachment (11) for the operation of the probe.

3. The probe according to claim A device according to claim 2, characterized in that the non-contact attachment (11) is a magnetic reed switch.

4. The probe of claim 1 The battery of claim 1, characterized in that the autonomous power supply (6) comprises a battery (8), a barrier (9) and a safety circuit (10).

5. The probe of claim 1 Device according to claim 1, characterized in that the safety laser rangefinder (5) is mounted in the housing (1) on the side opposite to the rope (24) of the mobile hoist.