RU2763151C1

RU2763151C1 - Mine shaft profiling station

Info

Publication number: RU2763151C1
Application number: RU2021103576A
Authority: RU
Inventors: Семён Олегович Гриднев
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2021-12-27

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: invention is intended to control the parameters of lining, reinforcement and rigid conductors of mine shafts in motion. The mine shaft profiling station consists of a laser scanner and two carriages, made with the possibility of attachment to the lifting vessel using spacer rods, with controllers included in their design, pressure, working units and two units of running rollers. At the same time, the laser scanner is mounted on a lifting vessel. Moreover, the scanning plane of the laser scanner is located perpendicular to the axis of the shaft with a 360° view.

EFFECT: increase in the completeness of data, efficiency and accuracy of surveying work in vertical mine shafts.

1 cl, 1 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к горнодобывающей отрасли, в частности к оборудованию, предназначенному для выполнения маркшейдерских работ в вертикальных и наклонных шахтных стволах. Изобретение может быть использовано при профилировании жестких проводников шахтных стволов, а также для получения трехмерного облака точек, позволяющего решить различные задачи, в том числе определение зазоров между подъемным сосудом и элементами армировки по всему контуру подъемного сосуда, контроль расположения коммуникаций в стволе, контроль сечения ствола и состояния обделки, построение трехмерных моделей ствола.The claimed invention relates to the mining industry, in particular to equipment designed to perform mine surveying in vertical and inclined mine shafts. The invention can be used for profiling rigid conductors of mine shafts, as well as for obtaining a three-dimensional cloud of points, which allows solving various problems, including determining the gaps between the lifting vessel and reinforcement elements along the entire contour of the lifting vessel, monitoring the location of communications in the shaft, monitoring the section of the shaft and lining conditions, construction of three-dimensional models of the barrel.

Известна станция контроля параметров проводников шахтного ствола, Добкин И.И. и др. Маркшейдерские работы при установке и эксплуатации шахтного подъемного оборудования. - М.: Наука, 1983, с. 68 - 105. Известная станция имеет большой вес, габариты, проводные соединения, сильно затрудняющие работу с ней. Применяющиеся датчики и измерители приводят к значительным погрешностям при регистрации измеряемых величин. Запись измерений осуществляется на фотопленке и вощеной бумаге, требуя значительных затрат на обработку данных. Кроме того, станция не позволяет полноценно измерять зазоры между подъемным сосудом и армировкой ствола, и не имеет возможности выполнять съемку стенок ствола.Known station for monitoring the parameters of mine shaft conductors, Dobkin I.I. and other Mine survey work during the installation and operation of mine lifting equipment. - M .: Nauka, 1983, p. 68 - 105. A well-known station has a large weight, dimensions, wire connections, which greatly complicate work with it. The used sensors and meters lead to significant errors in the registration of measured values. Measurements are recorded on photographic film and wax paper, requiring significant data processing costs. In addition, the station does not allow to fully measure the gaps between the lifting vessel and the barrel reinforcement, and does not have the ability to survey the barrel walls.

Известна станция контроля параметров проводников шахтного ствола СПШ, RU, патент, 2098630 С1, 10.12.1997. Данная станция имеет большой вес, габариты, и множество проводных соединений, сильно затрудняющих работу с ней. Данные измерений передаются в блок управления, который в свою очередь подключается к ноутбуку, что влечет за собой трудности защиты системы от влаги, температурных перепадов, а также обеспечения бесперебойного электропитания. Кроме того, станция не позволяет измерять зазоры по всему контуру подъемного сосуда, а только в четырех точках, где закреплены механические измерители зазоров. Также станция не имеет возможности измерять отклонение проводников от вертикали, измеряя лишь искривления проводников, и не позволяет выполнять съемку стенок ствола.Known station for monitoring the parameters of the mine shaft conductors SPSH, RU, patent, 2098630 C1, 10.12.1997. This station has a lot of weight, dimensions, and a lot of wire connections that make it very difficult to work with it. Measurement data is transmitted to the control unit, which in turn is connected to a laptop, which entails difficulties in protecting the system from moisture, temperature extremes, as well as ensuring uninterrupted power supply. In addition, the station does not allow measuring clearances along the entire contour of the lifting vessel, but only at four points where mechanical clearance meters are fixed. Also, the station does not have the ability to measure the deviation of the conductors from the vertical, measuring only the curvature of the conductors, and does not allow shooting the walls of the barrel.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является станция профилирования проводников шахтных стволов СПП-1, Кашников Ю.А. и др. Новая станция профилирования проводников шахтных стволов. Маркшейдерский вестник. - 2014. - №3. - С. 12-18. Рассматриваемый аналог состоит из нескольких блоков: модуля управления, несущих платформ-кареток (2 шт.), измерителей 4 шт., набора штанг. Для снятия измеренных величин на каждый проводник навешивается платформа (каретка) с обхватывающими роликами (6 точек касания). На каретке реализованы электронномеханические способы измерений положения проводников с использованием высокоточных лазерных триангуляционных датчиков, абсолютных двухосевых инклинометров и энкодеров с EnDra технологией, в совокупности с технологией беспроводной передачи данных в компьютер (планшет). К недостаткам станции следует отнести большой размер и вес транспортировочных кейсов, возможность загрязнений окон лазерных измерителей износа проводников и зазоров, препятствующих измерениям или их искажающих, способ измерения зазоров между подъемным сосудом и армировкой осуществляемый только в четырех точках, отсутствие системы съемки стенок ствола.The closest technical solution to the proposed invention in terms of a set of essential features is the station for profiling conductors of mine shafts SPP-1, Kashnikov Yu.A. and others. New station for profiling conductors of mine shafts. Mine surveyor's bulletin. - 2014. - No. 3. - S. 12-18. The analogue under consideration consists of several blocks: a control module, carrying platform carriages (2 pcs.), 4 meters, a set of rods. To take measured values, a platform (carriage) with wrapping rollers (6 points of contact) is hung on each conductor. The carriage implements electronic-mechanical methods for measuring the position of conductors using high-precision laser triangulation sensors, absolute two-axis inclinometers and encoders with EnDra technology, in conjunction with the technology of wireless data transmission to a computer (tablet). The disadvantages of the station include the large size and weight of the transport cases, the possibility of contamination of the windows of the laser gauges for the wear of conductors and gaps that impede or distort measurements, the method for measuring the gaps between the lifting vessel and the reinforcement carried out only at four points, and the absence of a system for recording the barrel walls.

Наличие новой совокупности существенных отличительных от прототипа признаков в заявляемой станции профилирования шахтных стволов позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».The presence of a new set of essential distinguishing features from the prototype in the claimed station of shafts profiling allows us to conclude that the claimed invention meets the "novelty" criterion.

Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемой станции профилирования шахтных стволов, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».An additional comparative analysis of patent and scientific and technical information did not reveal sources containing information about the popularity of the totality of distinctive features of the claimed shaft profiling station, which indicates its compliance with the "inventive step" criterion.

Техническим результатом является повышение полноты данных, оперативности и точности маркшейдерских работ в вертикальных шахтных стволах.The technical result is to increase the completeness of data, efficiency and accuracy of mine surveying in vertical shaft shafts.

Изобретение предназначено для контроля параметров обделки, армировки и жестких проводников шахтных стволов всех типов в движении и представляет собой станцию профилирования шахтных стволов, состоящую из нескольких основных узлов.The invention is intended for monitoring the parameters of lining, reinforcement and rigid conductors of mine shafts of all types in motion and represents a station for profiling mine shafts, consisting of several main units.

На фиг. 1 показаны основные узлы станции в рабочем положении: 1 - каретка К1; 2 - каретка К2; 3 - лазерный сканер; 4 - узлы ходовых роликов; 5 - узлы рабочих роликов; 6 - узлы прижимных роликов; 7 - узлы опорных роликов; 8 - контроллер К1; 9 - контроллер К2; 10 - распорные штанги; 11 - тросик измерения ширины колеи.FIG. 1 shows the main units of the station in working position: 1 - carriage K1; 2 - K2 carriage; 3 - laser scanner; 4 - assemblies of running rollers; 5 - units of working rollers; 6 - units of pressure rollers; 7 - units of support rollers; 8 - controller K1; 9 - controller K2; 10 - spacer rods; 11 - cable for measuring track width.

Технический результат достигается применением станции профилирования шахтных стволов, состоящей из лазерного сканера и двух кареток, выполненных с возможностью крепления к подъемному сосуду, с помощью распорных штанг, с входящими в их конструкцию контроллерами, узлами прижимных, ходовых, и рабочих роликов, согласно изобретению, применением двух узлов ходовых роликов, а также наличием закрепляемого лазерного сканера на подъемном сосуде, плоскость сканирования которого, расположена перпендикулярно оси ствола с обеспечением обзора на 360 градусов.The technical result is achieved by using a mine shafts profiling station, consisting of a laser scanner and two carriages made with the possibility of attachment to a lifting vessel using spacer rods, with controllers included in their design, pressure, travel, and working rollers, according to the invention, using two assemblies of running rollers, as well as the presence of a fixed laser scanner on the lifting vessel, the scanning plane of which is located perpendicular to the axis of the barrel with a 360-degree view.

Станции профилирования шахтных стволов состоит из лазерного сканера 3 и двух кареток 1, 2 с входящими в их конструкцию контроллерами 8, 9 распорными штангами 10, узлами прижимных 6 и рабочих роликов 5, а также двух узлов ходовых роликов 4, обеспечивающих минимизацию влияния ошибки измерения глубины. Станция предусматривает наличие закрепляемого на подъемном сосуде лазерного сканера 3, предназначенного для получения трехмерного облака точек в движении с целью построения профилей стенок ствола, определения геометрических элементов крепи ствола, положения расстрелов, зазоров между подъемным сосудом и армировкой ствола, расположения коммуникаций и состояния ходового отделения ствола, плоскость сканирования которого, расположена перпендикулярно оси ствола с обеспечением обзора на 360 градусов. Каретки 1, 2 закрепляемые на подъемном сосуде, с помощью вращающихся роликов узлов 4, 5, 6, 7 обжимают проводники с трех сторон, при этом два ходовых ролика, измеряющие с помощью энкодеров пройденный путь, связаны тросиком с энкодерами закрепленными на каретках, измеряющими износ проводников. В конструкциях кареток предусмотрены электронные инклинометры, измеряющие угол отклонения кареток от вертикали. В процессе работы каретки 1, 2 соединяются тросиком 11, с одной стороны жестко закрепленным с кареткой №1 и с другой стороны закрепленным через шкив с энкодером каретки №2, измеряющим ширину колеи. В конструкциях кареток и лазерного сканера предусмотрены микроконтроллеры, считывающие данные с инкрементальных энкодеров и инклинометров, отображающие данные на дисплеях кареток в реальном времени и записывающие их на съемную карту памяти, а также выполняющие синхронизацию таймера во всех микроконтроллерах по беспроводной связи Wi-Fi для обеспечения согласованности данных и определения координат траектории движения центра лазерного сканера.Shaft profiling station consists of a laser scanner 3 and two carriages 1, 2 with controllers 8, 9 included in their design, spacer rods 10, nodes of pressure 6 and work rollers 5, as well as two nodes of travel rollers 4, ensuring the minimization of the influence of the depth measurement error ... The station provides for the presence of a laser scanner 3 attached to the lifting vessel, designed to obtain a three-dimensional cloud of points in motion in order to construct the profiles of the barrel walls, determine the geometric elements of the barrel support, the position of the shots, the gaps between the lifting vessel and the barrel reinforcement, the location of communications and the state of the running compartment of the barrel , the scanning plane of which is located perpendicular to the axis of the barrel with a 360-degree view. Carriages 1, 2 fixed on the lifting vessel, with the help of rotating rollers of units 4, 5, 6, 7, crimp the conductors from three sides, while two running rollers, measuring the distance traveled with the help of encoders, are connected by a cable with encoders fixed on the carriages, measuring wear conductors. The carriages are designed with electronic inclinometers that measure the angle of the carriages deviation from the vertical. In the process of operation, the carriages 1, 2 are connected with a cable 11, on the one hand rigidly fixed to the carriage No. 1 and on the other side fixed through a pulley with the carriage encoder No. 2, which measures the track width. The designs of carriages and laser scanner include microcontrollers that read data from incremental encoders and inclinometers, display data on carriage displays in real time and write them to a removable memory card, as well as synchronize the timer in all microcontrollers wirelessly Wi-Fi to ensure consistency data and determination of the coordinates of the trajectory of the center of the laser scanner.

Порядок работы со станцией:How to work with the station:

1. На каретках 1, 2 с помощью штангенциркуля выставляются и фиксируются прижимные ролики 6 на одинаковом расстоянии от рамы кареток с таким расчетом, чтобы свободный ход рабочего 5 и ходового ролика 4 был не менее 5 см.1. On the carriages 1, 2 using a vernier caliper, the pressure rollers 6 are set and fixed at the same distance from the carriage frame so that the free travel of the working 5 and the running roller 4 is at least 5 cm.

2. Каретки 1 и 2 устанавливаются на проводники и крепятся к подъемному сосуду с помощью распорных штанг 10, таким образом, чтобы ролики 4, 5, 6, 7 обжимали проводники с трех сторон.2. Carriages 1 and 2 are installed on the conductors and attached to the lifting vessel using spacer rods 10, so that rollers 4, 5, 6, 7 crimp the conductors on three sides.

3. На подъемном сосуде закрепляется лазерный сканер 3 плоскость сканирования которого, располагается перпендикулярно оси ствола с обеспечением обзора на 360 градусов.3. A laser scanner 3 is attached to the lifting vessel, the scanning plane of which is located perpendicular to the axis of the barrel with a 360-degree view.

4. Выполняются начальные измерения ширины колеи, ширины проводников, высотной отметки ходовых роликов 4 с помощью лазерной рулетки или других обеспечивающих точность приборов.4. Initial measurements of the track gauge, the width of the conductors, the elevation mark of the track rollers 4 are carried out using a laser tape measure or other precision instruments.

5. Включаются контроллеры 8, 9 в режиме наблюдения и ожидается синхронизация временных меток контроллеров по беспроводной связи. После синхронизации, контроллеры кареток 8, 9 и лазерного сканера 3 начинают запись данных на собственные карты памяти, при этом беспроводная связь отключается для надежности и приборы работают автономно.5. Controllers 8, 9 are turned on in the monitoring mode and the time stamps of the controllers are expected to be synchronized wirelessly. After synchronization, the controllers of carriages 8, 9 and laser scanner 3 begin to write data to their own memory cards, while the wireless connection is turned off for reliability and the devices work autonomously.

6. Дается команда на движение подъемного сосуда со скоростью 0,3-0,5 метра в секунду. В процессе движения оператор может наблюдать измеряемые параметры на дисплеях контроллеров в реальном времени. При этом есть возможность осуществления остановок, не влияющих на качество профилирования.6. A command is given to move the lifting vessel at a speed of 0.3-0.5 meters per second. In the process of movement, the operator can observe the measured parameters on the displays of the controllers in real time. At the same time, it is possible to make stops that do not affect the quality of profiling.

7. После выполнения профилирования, контроллеры 8, 9 выключаются с помощью тумблеров расположенных на контроллерах кареток, сканер 3 выключается дистанционно по сети Bluetooth с помощью мобильного устройства.7. After profiling, controllers 8, 9 are turned off using the toggle switches located on the carriage controllers, scanner 3 is turned off remotely via Bluetooth using a mobile device.

Работа станции после начала движения основана на микроконтроллерах, фиксирующих импульсы, отражающие изменение углов поворота инкрементальных оптических энкодеров ходовых роликов, шкивов измерения ширины колеи и износа проводников, а также фиксирующих показания инклинометров установленных внутри контроллеров кареток, предназначенных для определения углов отклонения проводников от вертикали. Значение линейных перемещений, измеряемых станцией, рассчитывается, как число импульсов энкодеров, умноженное на шаг измерений, который в свою очередь вычисляется для каждого ролика при калибровке путем деления известного расстояния на число импульсов энкодера, полученных для прохождения данного расстояния. Каждое измерение вместе с временной меткой записывается на встроенную карту памяти в файл с уникальным названием с настраиваемым интервалом измерений от 1 до 5 Гц. Лазерный сканер 3 состоит из двумерной лазерной сканирующей головки с максимальным расстоянием сканирования 40 м, одноплатного компьютера управляющего и записывающего данные сканирования в виде файла, содержащего углы, длины и временную метку измерения, инклинометра и микроконтроллера управляющего дистанционным запуском и выключением лазерного сканера, а также передачей данных углов наклона лазерного сканера на одноплатный компьютер. Запись временной метки каждого измерения в единой системе отсчета времени позволяют согласовать все данные в единый файл, а также путем интерполирования траектории движения кареток по времени, вычислить полные трехмерные координаты центра лазерного сканера 3 в каждый момент времени, что позволяет получать трехмерное облако точек ствола в движении. Станция позволяет выполнять профилирование в обе стороны с возможностью уравнивания измерений, полученных в прямом и обратном направлениях. Время непрерывной работы контроллеров станции 8 ч, обеспечивается встроенными литий ионными аккумуляторами напряжением 3, 7 В и емкостью 3500 мАч. Питание сканера осуществляется от внешнего аккумулятора 5-12 В емкостью 9 Ач.The work of the station after the start of movement is based on microcontrollers that record pulses reflecting the change in the angles of rotation of the incremental optical encoders of the running rollers, pulleys for measuring the track gauge and wear of the conductors, as well as fixing the inclinometers of the carriages installed inside the controllers, designed to determine the angles of deviation of the conductors from the vertical. The value of the linear displacements measured by the station is calculated as the number of encoder pulses multiplied by the measurement step, which in turn is calculated for each roller during calibration by dividing the known distance by the number of encoder pulses received for the given distance. Each measurement, together with a time stamp, is recorded on the built-in memory card in a file with a unique name with an adjustable measurement interval from 1 to 5 Hz. Laser scanner 3 consists of a two-dimensional laser scanning head with a maximum scanning distance of 40 m, a single-board computer that controls and records scan data in the form of a file containing the angles, lengths and time stamp of measurement, an inclinometer and a microcontroller that controls the remote start and stop of the laser scanner, as well as transmission of these angles of inclination of the laser scanner to a single-board computer. Recording the time stamp of each measurement in a single time reference system allows all data to be coordinated into a single file, as well as by interpolating the trajectory of the carriages in time, to calculate the full three-dimensional coordinates of the center of the laser scanner 3 at each moment in time, which makes it possible to obtain a three-dimensional cloud of points of the barrel in motion ... The station allows you to perform profiling in both directions with the ability to equalize measurements taken in the forward and reverse directions. The time of continuous operation of the station controllers is 8 hours, provided by built-in lithium-ion batteries with a voltage of 3, 7 V and a capacity of 3500 mAh. The scanner is powered by an external 5-12 V battery with a capacity of 9 Ah.

Предлагаемое изобретение разработано в связи с необходимостью выполнения маркшейдерских съемок обделки и армировки стволов в одном цикле с профилированием проводников. Разработанная станция профилирования вертикальных шахтных стволов представляет собой опытно-промышленный образец, прошедший апробацию в действующем вертикальном стволе, подтвердивший все свои характеристики и работоспособность.The proposed invention was developed in connection with the need to perform mine surveying of lining and reinforcement of shafts in one cycle with profiling of conductors. The developed station for grading vertical shaft shafts is an experimental industrial sample that has passed approbation in an operating vertical shaft, which has confirmed all its characteristics and operability.

Claims

Shaft profiling station, consisting of a laser scanner and two carriages, made with the possibility of attachment to the lifting vessel using spacer rods, with controllers included in their design, pressure, travel and work roller assemblies, characterized by the use of two travel roller assemblies, as well as the presence a fixed laser scanner on a lifting vessel, the scanning plane of which is located perpendicular to the axis of the barrel with a 360-degree view.