专利名称：井下围岩全程安全移动监测方法
技术领域：
井下围岩全程安全移动监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。
背景技术：
硬岩巷道或隧道开挖后，遇到的最大问题就是围岩安全 问题，这里涉及围岩顶板冒落、岩爆等，由于其具有破坏性、突发性和动力性等特点，不但对地下施工的人员和设备构成了直接威胁，而且影响施工进度，还能造成超挖、支护失效，甚至地震。随着地下空间开发与资源开采不断走向深部，由开挖引起的工程灾害日益严重，围岩安全问题亟待解决。针对上述问题，要保证全过程的安全必须针对围岩安全问题进行事先预防和预警，需要对围岩区域进行监测，为了保证工作路径和工作区域人员的安全，对人员行动区域和工作区域的监测至关重要，这里就需要跟随人员工作进程的围岩移动监测，目前针对围岩的移动监测还未见报道。利用超声波对围岩位移检测比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到实用的要求，红外热像检测技术具有非接触、实时、快速、全场测量等优点，应用红外热像仪监测岩石变形过程中产生的红外辐射已有成功经验，岩石试样加载过程中，微破裂伴随产生红外辐射，微破裂愈强，所产生的红外辐射就愈强，在红外热像仪中显示图像就愈明显，可确定围岩内部应力集中及破裂的红外辐射温度变化及阈值，对围岩安全问题进行预警，因此这里采用超声波位移监测装置和红外热像仪对围岩进行移动监测，关于这方面的监测还鲜有报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对围岩无损、移动监测、操作简便、自动化程度高、监测数据可靠直观的井下围岩全程安全移动监测方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该井下围岩全程安全移动监测方法，其特征在于在行走机构上安装并连接超声波位移监测装置、红外热像仪、地下主控计算机、声光报警装置共同组成全程安全移动监测装置，超声波位移监测装置、红外热像仪与地下主控计算机相连对监测到的围岩位移及红外热像或温度进行实时记录和分析，地下主控计算机与声光报警装置相连通信，行走机构使移动监测装置到达预定位置。监测步骤如下
步骤I :通过行走机构使移动监测装置到达预定位置或员工工作区，接通电源和开启移动监测装置，地下主控计算机及声光报警装置之间相互通信，地下主控计算机首先选定监测时间段，然后选定时间段内的监测间隔时间，再设定围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，由地下主控计算机控制使超声波位移监测装置、红外热像仪开始监测；
步骤2 :通过超声波位移监测装置和红外热像仪对围岩进行监测，得到预定位置围岩实时的超声波测距值及红外热像或温度值，传送给地下主控计算机，地下主控计算机程序显示数值并进行分析；
步骤3 :由地下主控计算机的程序计算围岩位移和红外热像温度差并判断其是否超过设定的围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，如果超过设定的围岩位移阈值，地下主控计算机程序启动声光报警装置发出预警，如果未超过设定的围岩位移阈值，则返回步骤2继续进行；如果超过设定的围岩红外热像温度差阈值，地下主控计算机程序启动声光报警装置发出预警，如果未超过设定的围岩红外热像温度差阈值，则返回步骤2继续进行；
步骤4 :监测时间段结束，通过行走机构移动到下一预定位置或员工工作区进行监测。包括地下和地面两部分组成的全程安全移动监测装置 ，其特征在于地下部分包括超声波位移监测装置、红外热像仪、地下主控计算机、声光报警装置、行走机构，地下交换机、地下无线路由器和地下移动基站，地下主控计算机通过地下交换机与地下无线路由器有线连接，地下无线路由器与地下移动基站无线通信相连；
地面监控部分包括地面移动基站、地面无线路由器、地面交换机、地面主控计算机和地面声光报警装置，地面移动基站与地面无线路由器无线通信相连，地面无线路由器与地面交换机、地面主控计算机和地面声光报警装置有线连接；
监测步骤如下
步骤I :将地下交换机与地下无线路由器固定于行走机构上并有线连接，然后将地下主控计算机与地下交换机有线连接实现相互通信；
步骤2 :沿地下的巷道、竖井或隧道布置与安装地下移动基站，在地面布置与安装地面移动基站，将地面无线路由器和地面交换机及地面主控计算机有线连接通信；
步骤3 :通过行走机构使移动监测装置到达预定位置或员工工作区；
步骤4:接通电源和开启移动监测装置，地下主控计算机、声光报警装置、地下交换机、地下无线路由器、地下移动基站、地面移动基站、地面无线路由器、地面交换机、地面主控计算机及地面声光报警装置之间通信；地下主控计算机首先选定监测时间段，然后选定时间段内的监测间隔时间，再设定围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，由地下主控计算机控制使超声波位移监测装置、红外热像仪开始监测；
步骤5 :通过超声波位移监测装置、红外热像仪对围岩进行监测，得到围岩实时的位移超声波测距值及红外热像或温度值，通过通信传送给地下主控计算机，地下主控计算机(3)显示数值并进行分析；
步骤6 由地下主控计算机分别实时显示指定间隔时间的超声波测距监测数据和红外热像最高温度数据并绘制出曲线 步骤7 :由地下主控计算机程序计算围岩位移和红外热像温度差并判断其是否超过设定的围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，如果超过设定的围岩位移阈值，计算机程序启动声光报警装置发出预警，如果未超过设定的围岩位移阈值，则返回步骤6继续进行；如果超过设定的围岩红外热像温度差阈值，计算机程序启动声光报警装置发出预警，如果未超过设定的围岩红外热像温度差阈值，则返回步骤6继续进行；
步骤8 :通过通信，地面主控计算机程序显示实时采集的监测数据和图形，同样由地面主控计算机程序判断是否达到设定的监测数据变化阈值，然后确定是否启动地面声光报警装置发出预警；
步骤9 :监测时间段结束，通过行走机构移动到下一预定位置或员工工作区进行监测。
行走机构为无轨手控行走、无轨遥控行走、有轨手控行走和有轨遥控行走中的一种。与现有技术相比，本发明的井下围岩全程安全移动监测方法所具有的有益效果是:
1、移动监测、成本较低通过行走机构进行跟随人员工作进程的围岩移动监测确保了工作人员和设备的安全，视具体情况可实现无轨手控行走、无轨遥控行走、有轨手控行走和有轨遥控行走，解决了以往监测点在围岩上多处布置所导致的施工困难、繁琐、耗时长、成本高及危险性较大等问题，成本大为降低； 2、操作简便、安全性高通过超声波位移监测和红外热像监测围岩，监测工序简单，实施方便，且可与现有的人员定位系统、通信联络系统配合，成本较低，整个监测过程不影响工程的正常进行，当达到设定的阈值时可通过程控单片机通信启动声光报警装置实现预警，进一步确保工作人员和设备的安全；
3、自动化程度高、无损伤通过超声波位移监测和红外热像监测，实现了对围岩的无损无接触监测，避免了对围岩造成新的损伤和影响，地下采用无线通信，避免围岩破坏等对通信线路的影响，由主控计算机程序实时采集和显示监测数据并绘制图形，自动化程度进一步增强，节省了人力、物力；
4、监测数据实时、可靠、应用范围广超声波位移监测和红外热像监测受外界的干扰影响小且红外热像对围岩应力场的变化敏感，使得监测到的数据更真实可靠；通过地面、地下的相互通信，由地面、地下主控计算机程序可实时采集和显示监测数据并绘制图形，实现了对围岩的全程控实时、移动监测；对围岩的超声波位移监测和红外热像监测还可以应用于围岩的大变形和突水等预测预报上，通过增加监测装置可用于更多领域的移动监测如有毒气体、火灾等。
图I是实施例I井下围岩全程安全移动监测装置结构示意图。图2是实施例2井下围岩全程安全移动监测装置地下部分结构示意图。图3是实施例2井下围岩全程安全移动监测装置地面部分结构示意图。图4是计算程序框图。图2-4是本发明的最佳实施例。其中1、超声波位移监测装置 2、红外热像仪3、地下主控计算机4、声光报警装置5、行走机构6、地下交换机 7、地下无线路由器 8、地下移动基站 9、地面主控计算机10、地面声光报警装置11、地面移动基站12、地面无线路由器13、地面交换机。
具体实施例方式下面结合附图1-4对本发明井下围岩全程安全移动监测方法做进一步说明。实施例I
参照附图I和附图4 :本发明井下围岩全程安全移动监测装置，由超声波位移监测装置
I、红外热像仪2、地下主控计算机3、声光报警装置4、行走机构5组成。
本装置直接在地下使用，对井下围岩全程安全移动监测的步骤如下
步骤I :通过行走机构5 (视具体情况分无轨手控行走、无轨遥控行走、有轨手控行走和有轨遥控行走)使移动监测装置到达预定位置或员工工作区，接通电源和开启超声波位移监测装置I、红外热像仪2，实现监测仪器、地下主控计算机3及声光报警装置4之间的相互通信；
步骤2 :通过超声波位移监测装置I和红外热像仪2等监测仪器对围岩进行监测，得到预定位置围岩实时的超声波测距值及红外热像或温度值，通过与地下主控计算机3通信，根据地下主控计算机3程序，地下主控计算机3显示数值并进行分析，见附图4 ；
步骤3 由地下主控计算机3程序将实时采集的监测数据显示并绘 制出图形，由地下主控计算机3程序判断是否达到设定的数据变化阈值，然后确定是否启动声光报警装置4发出预警以保证员工安全，见附图4 ；
步骤4 :监测时间段结束，通过行走机构5到达下一预定位置或员工工作区进行监测，依次循环进行，保证全过程、实时的员工安全。实施例2
参照附图2、附图3和附图4:设置与地下部分相互通信的地面部分，地下部分包括移动监测装置和地下移动基站8，移动监测装置又包括超声波位移监测装置I、红外热像仪2、地下主控计算机3、声光报警装置4、行走机构5、地下交换机6、地下无线路由器7，地下主控计算机3通过地下交换机6与地下无线路由器7有线连接，地下无线路由器7与地下移动基站8无线通信相连。地面监控部分包括地面移动基站11、地面无线路由器12、地面交换机13、地面主控计算机9和地面声光报警装置10，地面移动基站11与地面无线路由器12无线通信相连，地面无线路由器12与地面交换机13、地面主控计算机9和地面声光报警装置10有线连接。本系统地下部分安装在地下，地面部分直接安装在地面上，实现了在地面就可以方便的监测地下围岩的情况并发出预警。对井下围岩全程安全移动监测的步骤如下
步骤I :将地下交换机6与地下无线路由器7固定于行走机构5上并有线连接，然后将地下主控计算机3与地下交换机6有线连接实现相互通信；
步骤2 :沿地下的巷道、竖井或隧道布置与安装地下移动基站8，在地面布置与安装地面移动基站11，将地面无线路由器12和地面交换机13及地面主控计算机9有线连接通信；步骤3 :通过行走机构5 (视具体情况分无轨手控行走、无轨遥控行走、有轨手控行走和有轨遥控行走)使移动监测装置到达预定位置或员工工作区；
步骤4 :接通电源和开启相应设备，实现监测仪器、地下主控计算机3、地下声光报警装置4、地下交换机6、地下无线路由器7、地下移动基站8、地面移动基站11、地面无线路由器12、地面交换机13、地面主控计算机9及地面声光报警装置10之间的通信；
步骤5 :通过超声波位移监测装置、红外热像仪2对围岩进行监测，得到围岩实时的超声波测距值及红外热像或温度值，通过与地下主控计算机3通信，根据计算机程序，地下主控计算机3显示数值并进行分析；
步骤6 由地下主控计算机3程序将实时采集的监测数据显示并绘制出图形，由地下主控计算机3程序判断是否达到设定的监测数据变化阈值，然后确定是否启动声光报警装置4发出预警，见附图4;
步骤7 :通过通信，地面主控计算机9程序显示实时采集的监测数据和图形，同样由地面主控计算机9程序判断是否达到设定的监测数据变化阈值，然后确定是否启动地面声光报警装置10发出预警，见附图4;
步骤8 :监测时间段结束，通过行走机构5到达下一预定位置或员工工作区进行监测，依次循环进行，保证全过程、实时的员工安全。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改 型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.井下围岩全程安全移动监测方法，其特征在于在行走机构(5)上安装并连接超声波位移监测装置(I)、红外热像仪(2)、地下主控计算机(3)、声光报警装置(4)共同组成全程安全移动监测装置，超声波位移监测装置(I)、红外热像仪(2)与地下主控计算机(3)相连对监测到的围岩位移及红外热像或温度进行实时记录和分析，地下主控计算机(3)与声光报警装置(4)相连通信，行走机构(5)使移动监测装置到达预定位置； 监测步骤如下 步骤I :通过行走机构(5)使移动监测装置到达预定位置或员エ工作区，接通电源和开启移动监测装置，地下主控计算机(3)及声光报警装置(4)之间相互通信，地下主控计算机(3)首先选定监测时间段，然后选定时间段内的监测间隔时间，再设定围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，由地下主控计算机(3)控制使超声波位移监测装置(I)、红外热像仪 (2)开始监测； 步骤2 :通过超声波位移监测装置(I)和红外热像仪(2)对围岩进行监测，得到预定位置围岩实时的超声波测距值及红外热像或温度值，传送给地下主控计算机(3)，地下主控计算机(3)程序显示数值并进行分析； 步骤3 :由地下主控计算机(3)的程序计算围岩位移和红外热像温度差并判断其是否超过设定的围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，如果超过设定的围岩位移阈值，地下主控计算机(3)程序启动声光报警装置(4)发出预警，如果未超过设定的围岩位移阈值，则返回步骤2继续进行；如果超过设定的围岩红外热像温度差阈值，地下主控计算机(3)程序启动声光报警装置发出预警，如果未超过设定的围岩红外热像温度差阈值，则返回步骤2继续进行； 步骤4 :监测时间段结束，通过行走机构(5)移动到下ー预定位置或员エ工作区进行监測。
2.根据权利要求I所述的井下围岩全程安全移动监测方法，包括地下和地面两部分组成的全程安全移动监测装置，其特征在干地下部分包括超声波位移监测装置(I)、红外热像仪(2)、地下主控计算机(3)、声光报警装置(4)、行走机构(5)，地下交換机(6)、地下无线路由器(7)和地下移动基站(8)，地下主控计算机(3)通过地下交換机(6)与地下无线路由器(7)有线连接，地下无线路由器(7)与地下移动基站(8)无线通信相连； 地面监控部分包括地面移动基站(11)、地面无线路由器(12)、地面交換机(13)、地面主控计算机(9)和地面声光报警装置(10)，地面移动基站(11)与地面无线路由器(12)无线通信相连，地面无线路由器(12)与地面交換机(13)、地面主控计算机(9)和地面声光报警装置(10)有线连接； 监测步骤如下 步骤I :将地下交換机(6)与地下无线路由器(7)固定于行走机构(5)上并有线连接，然后将地下主控计算机(3)与地下交換机(6)有线连接实现相互通信； 步骤2:沿地下的巷道、竖井或隧道布置与安装地下移动基站(8)，在地面布置与安装地面移动基站(11)，将地面无线路由器(12)和地面交換机(13)及地面主控计算机(9)有线连接通信； 步骤3 :通过行走机构(5)使移动监测装置到达预定位置或员エ工作区； 步骤4:接通电源和开启移动监测装置，地下主控计算机(3)、声光报警装置(4)、地下交换机(6)、地下无线路由器(7)、地下移动基站(8)、地面移动基站(11)、地面无线路由器(12)、地面交换机(13)、地面主控计算机(9)及地面声光报警装置(10)之间通信；地下主控计算机(3)首先选定监测时间段，然后选定时间段内的监测间隔时间，再设定围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，由地下主控计算机(3)控制使超声波位移监测装置、红外热像仪(2)开始监测； 步骤5 :通过超声波位移监测装置(I)、红外热像仪(2)对围岩进行监测，得到围岩实时的位移超声波测距值及红外热像或温度值，通过通信传送给地下主控计算机(3 )，地下主控计算机(3)显示数值并进行分析； 步骤6 由地下主控计算机(3)分别实时显示指定间隔时间的超声波测距监测数据和红外热像最高温度数据并绘制出曲线图； 步骤7 :由地下主控计算机(3)程序计算围岩位移和红外热像温度差并判断其是否超过设定的围岩位移阈值和围岩红外热像温度差阈值，如果超过设定的围岩位移阈值，计算机程序启动声光报警装置(4)发出预警，如果未超过设定的围岩位移阈值，则返回步骤6继续进行；如果超过设定的围岩红外热像温度差阈值，计算机程序启动声光报警装置(4)发出预警，如果未超过设定的围岩红外热像温度差阈值，则返回步骤6继续进行； 步骤8 :通过通信，地面主控计算机(9)程序显示实时采集的监测数据和图形，同样由地面主控计算机(9)程序判断是否达到设定的监测数据变化阈值，然后确定是否启动地面声光报警装置(10)发出预警； 步骤9 :监测时间段结束，通过行走机构(5)移动到下一预定位置或员工工作区进行监测。
3.根据权利要求I或2所述的井下围岩全程安全移动监测方法，其特征在于所述的行走机构(5)为无轨手控行走、无轨遥控行走、有轨手控行走和有轨遥控行走中的一种。
全文摘要
井下围岩全程安全移动监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。包括在行走机构(5)上安装并连接超声波位移监测装置(1)、红外热像仪(2)、地下主控计算机(3)、声光报警装置(4)共同组成全程安全移动监测装置，超声波位移监测装置(1)、红外热像仪(2)与地下主控计算机(3)相连对监测到的围岩位移及红外热像或温度进行实时记录和分析，地下主控计算机(3)与声光报警装置(4)相连通信，行走机构(5)使移动监测装置到达预定位置；具有移动监测、操作简便、安全性高、自动化程度高、无损伤、监测数据实时、可靠、应用范围广等优点。
文档编号G01J5/00GK102768027SQ201210252790
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者张晓君 申请人:山东理工大学