專利名稱：巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置及預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置及預(yù)警方法，屬于礦業(yè)位移安全 檢測與監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
巷道開挖后，存在圍巖大變形、片幫、頂板冒落及巖爆等危險，不但對巷道施工的 人員和設(shè)備構(gòu)成了直接威脅，而且影響施工進度，還能造成超挖、支護失效，甚至地震。其 中，采空區(qū)頂板大面積冒落是礦山頂板事故中危害最嚴重的，近年來，礦山大面積采空區(qū)頂 板垮落事件時有發(fā)生，采空區(qū)頂板大面積的冒落會造成嚴重的井上、井下人員傷亡和財產(chǎn) 損失，有的采空區(qū)頂板垮落迅速發(fā)展到地表，而造成土地塌陷、房屋開裂等事故，嚴重的威 脅著城市。隨著地下空間開發(fā)與資源開采不斷走向深部，圍巖安全問題日益突出。要保證安全必須針對以上問題的發(fā)生進行事先預(yù)防和預(yù)警，需要對圍巖進行監(jiān)測 監(jiān)控。就涉及到一種關(guān)于對圍巖位移的監(jiān)測，常用的監(jiān)測手段是用測量尺、多點位移計、全 站儀及隧道斷面儀等工具手動量測，但這些常用的監(jiān)測手段對施工干擾較大，且操作不方 便、自動化程度低、量測工作危險且量測數(shù)據(jù)不可靠，尤其需要對圍巖整個表面的多點位進 行監(jiān)測時，施工繁瑣復(fù)雜而且費用高，因此難以實現(xiàn)對巷道及采空區(qū)圍巖實時全方位的監(jiān) 測、監(jiān)控并預(yù)警，有的監(jiān)測手段還會對圍巖產(chǎn)生進一步的損傷和影響，難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡便、自動化程 度高、監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠、監(jiān)測安全的巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置及預(yù)警 方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方 位無損監(jiān)測裝置，其特征在于包括單片機、第一傳動機構(gòu)、固定板、激光測距儀、聲光報警 裝置、連接件和第二傳動機構(gòu)，通過埋設(shè)桿整體安裝在圍巖一側(cè)壁中部偏上處，單片機連接 一臺主控計算機。所述的第一傳動機構(gòu)和第二傳動機構(gòu)均包括一對嚙合傳動齒輪、步進電機和輸出 傳動軸，第一傳動機構(gòu)與第二傳動機構(gòu)交替工作。所述的第一傳動機構(gòu)的一對嚙合齒輪在豎直平面上安裝，第二傳動機構(gòu)的一對嚙 合齒輪在水平面上安裝。所述的埋設(shè)桿一端水平安裝于圍巖一側(cè)壁中部偏上處，另一端上通過連接件安裝 全方位無損監(jiān)測裝置，并通過螺母旋緊固定。一種利用巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置的預(yù)警方法，其特征在 于包括下列步驟步驟1 將埋設(shè)桿一端水平安裝于巷道及采空區(qū)圍巖一側(cè)壁中部偏上處，在埋設(shè)桿露出部分另一端上安裝全方位無損監(jiān)測裝置，并通過螺母旋緊固定；步驟2 通過主控計算機編程并與單片機通信，由單片機控制全方位無損監(jiān)測裝 置的第二傳動機構(gòu)工作，使與其固定連接的固定板在水平面上轉(zhuǎn)動，同時安裝在固定板上 的激光測距儀隨固定板一起在水平面上轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度；步驟3 通過主控計算機編程并與單片機通信，由單片機控制全方位無損監(jiān)測裝 置的第二傳動機構(gòu)停止轉(zhuǎn)動，然后使全方位無損監(jiān)測裝置的第一傳動機構(gòu)輸出傳動軸在豎 直平面內(nèi)上下轉(zhuǎn)動，然后帶動與輸出傳動軸固定連接的激光測距儀一起在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 到預(yù)定角度；步驟4:由單片機控制激光測距儀進行測距，對圍巖表面不同時間、同一點處激光 測距儀激光測定的距離求差，得到圍巖該點處的位移值，通過主控計算機編程然后與單片 機通信，由單片機控制激光測距儀、第一傳動機構(gòu)和第二傳動機構(gòu)進行實時全方位的位移 監(jiān)測，得到圍巖表面不同時間、不同點處的位移值；步驟5 由主控計算機軟件將實時采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示并繪制出圖形，由主控計 算機軟件判斷是否超過設(shè)定的位移閾值，然后確定是否啟動聲光報警裝置發(fā)出預(yù)警。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置及預(yù) 警方法所具有的有益效果是1、操作簡便、安全性高、成本較低通過激光測距儀監(jiān)測巷道及采空區(qū)圍巖的位 移，監(jiān)測工序簡單，實施方便，且成本較低，整個監(jiān)測過程不影響工程的正常進行，解決了以 往監(jiān)測點在圍巖上多處布置所導(dǎo)致的施工困難、繁瑣、耗時長、成本高及危險性較大等問 題，且當超過設(shè)定的位移閾值時可通過單片機啟動聲光報警裝置實現(xiàn)預(yù)警，監(jiān)控屏幕顯示 具體危險位置，進一步確保了工作人員和設(shè)備的安全；2、自動化程度高、無損傷通過兩組傳動機構(gòu)與激光測距儀結(jié)合檢測，實現(xiàn)了對圍 巖全方位的無損無接觸位移監(jiān)測，監(jiān)測范圍廣，而且避免了對圍巖造成新的損傷和影響，由 主控計算機軟件實時采集和顯示各方位監(jiān)測數(shù)據(jù)并繪制圖形，自動化程度進一步增強，節(jié) 省了人力物力；3、監(jiān)測數(shù)據(jù)實時、可靠通過主控計算機并與單片機通信的方式控制全方位無損 監(jiān)測裝置實現(xiàn)整個監(jiān)測過程，實現(xiàn)了對圍巖位移的全程控實時監(jiān)測，并可全程聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠 程在線實時位移監(jiān)測，且實時地將監(jiān)測到數(shù)據(jù)進行顯示、分析，使得監(jiān)測到的數(shù)據(jù)更真實可罪。


圖1是本發(fā)明全方位無損監(jiān)測裝置主視圖示意圖。圖2是全方位無損監(jiān)測裝置在圍巖內(nèi)安裝位置示意圖。其中1、單片機2、第一傳動機構(gòu)3、固定板4、激光測距儀5、聲光報警裝置 6、埋設(shè)桿7、螺母8、連接件9、第二傳動機構(gòu)10、全方位無損監(jiān)測裝置11、圍巖。圖1 2是本發(fā)明的最佳實施例，下面結(jié)合附圖1 2對本發(fā)明做進一步說明
具體實施例方式參照附圖1 2:
本發(fā)明巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置包括單片機1、第一傳動 機構(gòu)2、固定板3、激光測距儀4、聲光報警裝置5、連接件8和第二傳動機構(gòu)9 ；埋設(shè)桿6 — 端水平安裝于圍巖11 一側(cè)壁中部偏上處，在埋設(shè)桿6另一端上通過連接件8安裝實時全方 位無損監(jiān)測裝置10，并通過螺母7旋緊固定。第一傳動機構(gòu)2和第二傳動機構(gòu)9均包括一對嚙合傳動齒輪、步進電機和輸出傳 動軸，第一傳動機構(gòu)2的一對嚙合齒輪在豎直平面上安裝，第二傳動機構(gòu)9的一對嚙合齒輪 在水平面上安裝，由單片機1控制第一傳動機構(gòu)2與第二傳動機構(gòu)9的工作狀態(tài)，第一傳動 機構(gòu)2使激光測距儀4在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，第二傳動機構(gòu)9使激光測距儀4在水平面內(nèi)轉(zhuǎn) 動，且第一傳動機構(gòu)2與第二傳動機構(gòu)9交替工作，單片機1由主控計算機控制；第二傳動 機構(gòu)9的輸出傳動軸固定連接固定板3的一端，第一傳動機構(gòu)2的輸出傳動軸連接激光測 距儀4的一端，第一傳動機構(gòu)2和第二傳動機構(gòu)9的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度由單片機1控制， 單片機1由主控計算機編程控制。利用巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置的預(yù)警方法，具體步驟如 下步驟1 將埋設(shè)桿6 —端水平安裝于巷道及采空區(qū)圍巖11 一側(cè)壁中部偏上處，在 埋設(shè)桿6露出部分的另一端上安裝全方位無損監(jiān)測裝置10，并通過螺母7旋緊固定；步驟2 通過主控計算機編程并與單片機1通信，由單片機1控制全方位無損監(jiān)測 裝置10的第二傳動機構(gòu)9工作，使與其固定連接的固定板3在水平面上轉(zhuǎn)動，同時安裝在 固定板3上的激光測距儀4隨固定板3 —起在水平面上轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度；步驟3 通過主控計算機編程并與單片機1通信，由單片機1控制全方位無損監(jiān)測 裝置10的第二傳動機構(gòu)9停止轉(zhuǎn)動，然后使全方位無損監(jiān)測裝置10第一傳動機構(gòu)2的輸 出傳動軸在豎直平面內(nèi)上下轉(zhuǎn)動，然后帶動與輸出傳動軸固定連接的激光測距儀4 一起在 豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度；步驟4 由單片機1控制激光測距儀4進行測距，對圍巖11表面不同時間、同一點 處激光測距儀4激光測定的距離求差，得到圍巖11該點處的位移值，通過主控計算機編程 然后與單片機1通信，由單片機1控制激光測距儀4、第一傳動機構(gòu)2和第二傳動機構(gòu)9進 行實時全方位的位移監(jiān)測，得到圍巖11表面不同時間、不同點處的位移值；步驟5 由主控計算機軟件將實時采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示并繪制出圖形，由主控計 算機軟件判斷是否超過設(shè)定的位移閾值，若圍巖11某點處的位移值超過設(shè)定的位移閾值 時，主控計算機報警并通過單片機1啟動聲光報警裝置5發(fā)出預(yù)警。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置，其特征在于包括單片機(1)、第 一傳動機構(gòu)O)、固定板(3)、激光測距儀G)、聲光報警裝置(5)、連接件(8)和第二傳動機 構(gòu)(9)，通過埋設(shè)桿(6)整體安裝在圍巖(11) 一側(cè)壁中部偏上處，單片機(1)連接一臺主控 計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置，其特征在 于所述的第一傳動機構(gòu)( 和第二傳動機構(gòu)(9)均包括一對嚙合傳動齒輪、步進電機和輸 出傳動軸，第一傳動機構(gòu)(2)與第二傳動機構(gòu)(9)交替工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置，其特 征在于所述的第一傳動機構(gòu)(2)的一對嚙合齒輪在豎直平面上安裝，第二傳動機構(gòu)(9)的 一對嚙合齒輪在水平面上安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置，其特征在 于所述的埋設(shè)桿(6) —端水平安裝于圍巖(11) 一側(cè)壁中部偏上處，另一端上通過連接件 (8)安裝全方位無損監(jiān)測裝置(10)，并通過螺母(7)旋緊固定。
5.一種利用巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置的預(yù)警方法，其特征在 于包括下列步驟步驟1 將埋設(shè)桿(6) —端水平安裝于巷道及采空區(qū)圍巖(11) 一側(cè)壁中部偏上處，在 埋設(shè)桿(6)露出部分另一端上安裝全方位無損監(jiān)測裝置(10)，并通過螺母(7)旋緊固定；步驟2 通過主控計算機編程并與單片機(1)通信，由單片機(1)控制全方位無損監(jiān)測 裝置(10)的第二傳動機構(gòu)(9)工作，使與其固定連接的固定板C3)在水平面上轉(zhuǎn)動，同時 安裝在固定板C3)上的激光測距儀隨固定板C3) —起在水平面上轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度；步驟3 通過主控計算機編程并與單片機(1)通信，由單片機(1)控制全方位無損監(jiān)測 裝置(10)的第二傳動機構(gòu)(9)停止轉(zhuǎn)動，然后使全方位無損監(jiān)測裝置(10)的第一傳動機 構(gòu)(2)輸出傳動軸在豎直平面內(nèi)上下轉(zhuǎn)動，然后帶動與輸出傳動軸固定連接的激光測距儀 (4) 一起在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度；步驟4 由單片機(1)控制激光測距儀(4)進行測距，對圍巖(11)表面不同時間、同一 點處激光測距儀⑷激光測定的距離求差，得到圍巖(11)該點處的位移值，通過主控計算 機編程然后與單片機(1)通信，由單片機(1)控制激光測距儀G)、第一傳動機構(gòu)( 和第 二傳動機構(gòu)(9)進行實時全方位的位移監(jiān)測，得到圍巖(11)表面不同時間、不同點處的位 移值；步驟5 由主控計算機軟件將實時采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示并繪制出圖形，由主控計算機 軟件判斷是否超過設(shè)定的位移閾值，然后確定是否啟動聲光報警裝置( 發(fā)出預(yù)警。
全文摘要
巷道及采空區(qū)圍巖安全實時全方位無損監(jiān)測裝置及預(yù)警方法，屬于礦業(yè)位移安全檢測與監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。由單片機(1)、第一傳動機構(gòu)(2)、固定板(3)、激光測距儀(4)、聲光報警裝置(5)、連接件(8)和第二傳動機構(gòu)(9)構(gòu)成，通過埋設(shè)桿(6)整體安裝在圍巖(11)一側(cè)壁中部偏上處，單片機(1)連接一臺主控計算機。具有操作簡便、自動化程度高、監(jiān)測數(shù)據(jù)實時、可靠、安全性高等優(yōu)點。
文檔編號E21F17/18GK102061941SQ20101058113
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月27日
發(fā)明者張曉君 申請人:山東理工大學