一种连续监测记录巷道表面位移装置及方法与流程

本发明涉及一种连续监测记录巷道表面位移装置及方法，尤其适用于煤矿井下使用的连续监测记录巷道表面位移装置及方法。

背景技术：

巷道表面位移是最基本的巷道矿压监测内容，包括顶板下沉量、底鼓量及单帮位移量，根据监测结果，可绘制位移量、位移速度随掘进工作面和时间的关系曲线，分析巷道围岩变形规律，对评价巷道围岩稳定性和支护效果具有重要参考依据。传统的巷道表面位移监测方法主要有钢卷尺监测法、测杆监测法、测枪监测法、收敛计监测法等。上述几种监测法测量方便，能够满足一般测量精度的要求，应用比较广泛。

但上述几种测量法都属于接触式测量法，在煤岩体比较松软的巷道中监测测点布置繁琐，随着巷道断面的增大，测量误差也会增大，且不能实现连续监测记录巷道表面位移的效果，效率低，劳动强度高。

而现有的一些基于激光测距原理的非接触式巷道表面位移监测方法主要存在下面几个方面的问题：不能保证每次激光测距仪每次投射激光到所布置的测点都在同一位置，测量误差大；在监测巷道两帮位移时，只能监测两帮移近量，而不能监测单帮变形量；布置顶板监测基点时没有采用深锚的方法，不能保证顶板测点不变形，不能准确监测顶板下沉量及底鼓量；不能实时连续监测并记录巷道表面位移。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种非接触式、精度高、连续监测记录巷道表面位移的连续监测记录巷道表面位移装置及方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的连续监测记录巷道表面位移装置，包括连接框架，连接框架中设有连接杆，连接杆通过连接孔设有围绕其旋转的激光测距仪，激光测距仪的对角上分别设有数据记录器和数据传感元件，连接杆的一侧在连接框架上设有可360°旋转内置电池的非接触式角位移传感器，连接框架上在非接触式角位移传感器)旁设有定时器，连接框架顶部设有弯曲的连接套管，连接框架在顶部和底部中心处各布置一个空心圆孔。

一种连续监测记录巷道表面位移的方法，其步骤如下：

a.巷道掘进过程中，在掘进工作面迎头位置在所需测量巷道表面位移巷段顶板上垂直设置金属锚杆，金属锚杆尾端通过连接套管与连接框架螺纹连接；

b.非接触式角位移传感器)控制激光测距仪每隔时间t即在连接杆上旋转360°对巷道壁四周进行隔扫测量，激光测距仪起始位置和归位位置位于激光垂直投射巷道顶板处，激光测距仪的激光正好从连接框架顶部的空心圆孔射出，在旋转360°过程中，根据需要每扫描5～30°后即自动记录在此角度下的激光测距仪与巷道壁的距离及对应的角度相关数据；

c.采集激光测距仪监测记录的数据；

d.分析激光测距仪的监测记录数据，根据每次激光测距仪在扫描巷道左帮、右帮区间时保存的数据根据角度换算平距；根据每次激光测距仪旋转360°至激光垂直投射顶板、旋转180°至激光垂直投射底板时所记录的数据得出垂距；

e.根据相邻两个时间段内巷道两帮平距数据和巷道顶底板垂距数据监测对比，若出现数值差，则判断当前巷道产生位移并得出位移量。

所述巷道两帮位移量计算方法为：

设激光测距仪第a次和第b次旋转固定角度β扫描到左帮时投射点分别是a点和b点，利用公式：(la-lb)cosβ计算得到a点到b点的位移量，若(la-lb)cosβ大于0，则判断当前巷道左帮已发生位移，反之则判断巷道左帮未发生位移，右帮判断方法同上；式中：β为激光测距仪旋转360°过程中投射激光到巷道壁面的固定角度，la为激光测距仪第a次旋转固定角度β扫描到左帮时投射点a点时的斜距，lb为激光测距仪第b次旋转固定角度β扫描到左帮时投射点b点时的斜距。

所述巷道顶底板位移计算方法为：

设定激光测距仪第k次和第n次旋转180°通过连接框架底部的空心圆孔射出扫描垂直底板时投射点分别是k点和n点，利用公式：lk-ln计算得到n点到k点的位移量利用公式：若lk-ln大于0，则判断底板已发生位移，反之则判断没有位移；式中：lk为激光测距仪第k次旋转固定角度180°扫描到底板时投射点k点时的垂距，ln为激光测距仪第n次旋转固定角度180°扫描到底板时投射点n点时的垂距；

顶板位移计算方法与底板位移计算方法相同，通过每次激光测距仪旋转360°通过连接框架顶部的空心圆孔射出扫描垂直顶板时所收集到的垂距对比判断，若出现数值差，则判断当前顶板产生位移并得出位移量。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)可以保证激光测距仪每次旋转固定角度投射激光到所布置的测点基本都在同一位置，测量精度高。

(2)在监测巷道两帮位移时，可以监测单帮变形量，且在帮部可布置多个测点(测点位于激光测距仪每次旋转固定角度投射到巷道壁面的位置)，精确度高。

(3)布置顶板监测基点时采用深锚的方法，可以保证顶板测点基本不变形，能够准确监测顶板下沉量及底鼓量。

(4)可以实时连续监测并记录巷道表面位移，提高效率，减少人工劳动强度。

附图说明

图1是本发明的巷道表面位移监测示意图。

图2是本发明的连接框架结构示意图。

图3是本发明的连接框结构示意图。

图4是本发明的激光测距仪的结构示意图。

图中：1、金属锚杆；2、巷道顶板；3、巷道右帮；4、巷道底板；5、巷道左帮；6、连接框架；6-1非接触式角位移传感器；6-2、定时器；6-3、连接杆；6-4、连接套管；6-5、空心圆孔；7、激光测距仪；7-1、数据记录器；7-2、数据传感元件；7-3、连接孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图2、图3和图4所示，连续监测记录巷道表面位移装置，包括连接框架6，连接框架6中设有连接杆6-3，连接杆6-3通过连接孔7-3设有围绕其旋转的激光测距仪7，激光测距仪7的对角上分别设有数据记录器7-1和数据传感元件7-2，连接杆6-3的一侧在连接框架6上设有可360°旋转内置电池的非接触式角位移传感器6-1，连接框架6上在非接触式角位移传感器6-1旁设有定时器6-2，连接框架6顶部设有弯曲的连接套管6-4，连接框架6在顶部和底部中心处各布置一个空心圆孔6-5。

如图1所示，一种连续监测记录巷道表面位移方法，其步骤如下：

a.巷道掘进过程中，在掘进工作面迎头位置在所需测量巷道表面位移巷段顶板2上垂直设置金属锚杆1，金属锚杆1尾端通过连接套管6-4与连接框架6螺纹连接；

b.非接触式角位移传感器6-1控制激光测距仪7每隔时间t即在连接杆6-3上旋转360°对巷道壁四周进行隔扫测量，激光测距仪7起始位置和归位位置位于激光垂直投射巷道顶板2处，激光测距仪7的激光正好从连接框架6顶部的空心圆孔6-5射出，在旋转360°过程中，根据需要每扫描5～30°后即自动记录在此角度下的激光测距仪与巷道壁的距离及对应的角度相关数据；

c.采集激光测距仪7监测记录的数据；

d.分析激光测距仪7的监测记录数据，根据每次激光测距仪7在扫描巷道左帮5、右帮3区间时保存的数据根据角度换算平距；根据每次激光测距仪7旋转360°至激光垂直投射顶板2、旋转180°至激光垂直投射底板4时所记录的数据得出垂距；

e.根据相邻两个时间段内巷道两帮平距数据和巷道顶底板垂距数据监测对比，若出现数值差，则判断当前巷道产生位移并得出位移量。

所述巷道两帮位移量计算方法为：

设激光测距仪7第a次和第b次旋转固定角度β扫描到左帮5时投射点分别是a点和b点，利用公式：(la-lb)cosβ计算得到a点到b点的位移量，若(la-lb)cosβ大于0，则判断当前巷道左帮5已发生位移，反之则判断巷道左帮5未发生位移，右帮3判断方法同上；式中：β为激光测距仪7旋转360°过程中投射激光到巷道壁面的固定角度，la为激光测距仪7第a次旋转固定角度β扫描到左帮5时投射点a点时的斜距，lb为激光测距仪7第b次旋转固定角度β扫描到左帮5时投射点b点时的斜距。

所述巷道顶底板位移计算方法为：

设定激光测距仪7第k次和第n次旋转180°通过连接框架6底部的空心圆孔6-5射出扫描垂直底板4时投射点分别是k点和n点，利用公式：lk-ln计算得到n点到k点的位移量利用公式：若lk-ln大于0，则判断底板4已发生位移，反之则判断没有位移；式中：lk为激光测距仪7第k次旋转固定角度180°扫描到底板4时投射点k点时的垂距，ln为激光测距仪7第n次旋转固定角度180°扫描到底板4时投射点n点时的垂距；

顶板2位移计算方法与底板4位移计算方法相同，通过每次激光测距仪7旋转360°通过连接框架6顶部的空心圆孔6-5射出扫描垂直顶板2时所收集到的垂距对比判断，若出现数值差，则判断当前顶板2产生位移并得出位移量。