一种巷道断面稳定性测量评价系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及巷道断面测量系统领域，具体是一种巷道断面稳定性测量评价系统及方法。
【背景技术】
[0002]巷道在断面施工完成后需要对其变形与稳定性进行观测，目前多用传统的工程测绘方式进行测量与计算断面面积，其操作便捷性、实时性较差。同时，利用激光红外线进行测距技术相对成熟，但其仅限于手持式激光测距仪进行现场测试应用，不具备自动测量与监测功能。因此通过对测试方法技术的改造，将激光红外线测距探头与自动旋转装置组合形成一套对不同断面条件面积便携自动测量、存储、计算与评价系统，可为巷道变形特征分析及其稳定性评价提供技术支撑，还可根据断面面积的变化速度对巷道稳定性提出预报。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种巷道断面稳定性测量评价系统及方法，以实现对巷道断面进行测量及评价。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种巷道断面稳定性测量评价系统，其特征在于:包括有控制器、激光红外线测试旋转探头，所述激光红外线测试旋转探头包括支架，支架中支撑有中心轴水平的筒形外壳，外壳内设置有步进电机、电路控制系统、供电电池，所述电路板上集成有带无线通讯模块的电机驱动电路，电池通过电机驱动电路供电至步进电机，支架一端设置有激光测距头，所述步进电机输出轴沿外壳中心轴方向穿过支架端与激光测距头连接，所述电路板通过无线通讯模块与控制器通讯连接，整个激光红外线测试旋转探头通过支架安装在巷道内测量点处。
[0005]一种巷道断面稳定性测量评价方法，其特征在于:首先现场选定测试点，可在巷道底板平整处固定激光红外线测试旋转探头，利用控制器设置采集参数，包括测量点位置、断面参数、探头自动旋转角度以及最大转角；激光红外线测试旋转探头自动旋转并向控制器发送每一测点测量距离，在控制器中存储；按设定角度自动旋转激光红外线测试旋转探头中激光测距头并进行姿态确定，顺次测量完成各个角度点的测试任务，存储成相应的数据文件；当完成一端转到一周后测试数据后，倒转方式再对本断面测试一遍，同样完成断面一组数据测量；数据计算时根据同一断面不同方向旋转的两次测量数据进行计算校正，获得断面处不同角度测点距离文件；
现场也可将便携式激光红外探头放置并固定于井下巷道某断面处，自动开机与测量记录，供电电池可持续供电，测试巷道断面面积达10天左右时间，实现每天一次测量，完成对巷道断面的连续监测；
其次利用控制器中嵌入的断面面积计算与评价系统，采集参数设置完成后，断面面积计算与评价系统根据数据在巷道底板平面位置设定坐标原点及系统；当激光测距头测量并传输各个点距离数据后，断面面积计算与评价系统按偏离角度和距离大小自动绘制断面顶点位置，完成所有测量点测试后，整个断面的周长点位置即可完成；断面面积计算与评价系统根据三点曲线拟合原理对巷道周长进行曲线拟合，完成整个断面周长的拟合，并根据断面所卷闭的空间进行面积计算；
在巷道一个断面中一个测试点完成后，也可在巷道的同一断面底板上更换测试点，依据上述过程进行二次测量，获得巷道断面圈闭面积二次测量值，将此值与第一次测量值进行对比校正，即取平均值，同时根据两次测量周长点位置曲线进行新的拟合，获得巷道断面可靠的面积数据；
通过固定巷道断面，进行多次测量，获得断面的时空面积参数，根据测量空间的断面面积、径高尺寸等参数对巷道变形参数进行统计，设定面积及径高变化异常判断标准值，对巷道顶板岩层的稳定性进行对比与评价，为巷道支护提供可靠的数据；
最后通过在巷道中不同断面的面积及径高测试，结合断面移动可完成整个巷道中选定的不同断面面积测试，并利用软件重建各个测试断面特征，充填巷道周边顶、底板岩性，构建巷道断面的三维地质图；根据不同时间段的测试数据大小变化对比，形成数字化巷道面积模型和断面面积及径高数据库，结合断面面积及径高的变化，设定判断阈值，对巷道中变形较为严重的区域进行不稳定预报，实现对巷道顶板岩层稳定性的动态分析与评价。
[0006]本发明是利用激光红外线测试技术，将激光红外线测试旋转探头进行角度旋转控制，根据设定旋转角度参数，对巷道断面点距进行自动测量与记录，构建巷道测点空间坐标，对巷道断面面积进行计算与统计，并结合多次测量对比面积及巷道顶高的大小变化，获得巷道断面变形特征参数。通过连续测试与对比，设定巷道变形综合评价指标，对巷道稳定性进行预警，为巷道支护及安全提供技术指导。
[0007]本发明的优点:
1、实现对巷道断面面积及径高的自动高精度测量，且数据采集实时可控，便于获得巷道断面有效的距离空间数据，为断面面积计算提供基础。仪器设备轻便，易于操作，可扩展进行实时监测。
[0008]2、数据记录、处理、分析与评价系统实现对采集的距离数据的可视化处理，可根据空间位置进行断面面积差异性对比与计算评价，对不同时间测试数据的对比分析，为巷道稳定性监测评价提供可靠数据。
【附图说明】
[0009]图1为本发明激光红外线测试旋转探头结构示意图。
[0010]图2为本发明中激光红外线测试旋转探头原理图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，一种巷道断面稳定性测量评价系统，包括有控制器、激光红外线测试旋转探头，激光红外线测试旋转探头包括支架1，支架I中支撑有中心轴水平的筒形外壳2，外壳2内设置有步进电机3、电路控制系统4、供电电池5，电路控制系统4上集成有带无线通讯模块的电机驱动电路，供电电池5通过电机驱动电路供电至步进电机3，支架I 一端设置有激光测距头6，步进电机3输出轴沿外壳2中心轴方向穿过支架端与激光测距头6连接，电路控制系统4通过无线通讯模块与控制器通讯连接，整个激光红外线测试旋转探头通过支架I安装在巷道内测量点处。
[0012]一种巷道断面稳定性测量评价方法，首先现场选定测试点，可在巷道底板平整处固定激光红外线测试旋转探头，利用控制器设置采集参数，包括测量点