[发明专利]巷道及采空区围岩安全实时全方位无损监测装置及预警方法

说明书

技术领域

巷道及采空区围岩安全实时全方位无损监测装置及预警方法，属于矿业位移安全检测与监控技术领域。

背景技术

巷道开挖后，存在围岩大变形、片帮、顶板冒落及岩爆等危险，不但对巷道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。其中，采空区顶板大面积冒落是矿山顶板事故中危害最严重的，近年来，矿山大面积采空区顶板垮落事件时有发生，采空区顶板大面积的冒落会造成严重的井上、井下人员伤亡和财产损失，有的采空区顶板垮落迅速发展到地表，而造成土地塌陷、房屋开裂等事故，严重的威胁着城市。随着地下空间开发与资源开采不断走向深部，围岩安全问题日益突出。

要保证安全必须针对以上问题的发生进行事先预防和预警，需要对围岩进行监测监控。就涉及到一种关于对围岩位移的监测，常用的监测手段是用测量尺、多点位移计、全站仪及隧道断面仪等工具手动量测，但这些常用的监测手段对施工干扰较大，且操作不方便、自动化程度低、量测工作危险且量测数据不可靠，尤其需要对围岩整个表面的多点位进行监测时，施工繁琐复杂而且费用高，因此难以实现对巷道及采空区围岩实时全方位的监测、监控并预警，有的监测手段还会对围岩产生进一步的损伤和影响，难以满足要求。

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，提供一种操作简便、自动化程度高、监测数据可靠、监测安全的巷道及采空区围岩安全实时全方位无损监测装置及预警方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该巷道及采空区围岩安全实时全方位无损监测装置，其特征在于：包括单片机、第一传动机构、固定板、激光测距仪、声光报警装置、连接件和第二传动机构，通过埋设杆整体安装在围岩一侧壁中部偏上处，单片机连接一台主控计算机。

所述的第一传动机构和第二传动机构均包括一对啮合传动齿轮、步进电机和输出传动轴，第一传动机构与第二传动机构交替工作。

所述的第一传动机构的一对啮合齿轮在竖直平面上安装，第二传动机构的一对啮合齿轮在水平面上安装。

所述的埋设杆一端水平安装于围岩一侧壁中部偏上处，另一端上通过连接件安装全方位无损监测装置，并通过螺母旋紧固定。

一种利用巷道及采空区围岩安全实时全方位无损监测装置的预警方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤1：将埋设杆一端水平安装于巷道及采空区围岩一侧壁中部偏上处，在埋设杆露出部分另一端上安装全方位无损监测装置，并通过螺母旋紧固定；

步骤2：通过主控计算机编程并与单片机通信，由单片机控制全方位无损监测装置的第二传动机构工作，使与其固定连接的固定板在水平面上转动，同时安装在固定板上的激光测距仪随固定板一起在水平面上转动到预定角度；

步骤3：通过主控计算机编程并与单片机通信，由单片机控制全方位无损监测装置的第二传动机构停止转动，然后使全方位无损监测装置的第一传动机构输出传动轴在竖直平面内上下转动，然后带动与输出传动轴固定连接的激光测距仪一起在竖直平面内转动到预定角度；

步骤4：由单片机控制激光测距仪进行测距，对围岩表面不同时间、同一点处激光测距仪激光测定的距离求差，得到围岩该点处的位移值，通过主控计算机编程然后与单片机通信，由单片机控制激光测距仪、第一传动机构和第二传动机构进行实时全方位的位移监测，得到围岩表面不同时间、不同点处的位移值；

步骤5：由主控计算机软件将实时采集的监测数据显示并绘制出图形，由主控计算机软件判断是否超过设定的位移阈值，然后确定是否启动声光报警装置发出预警。

与现有技术相比，本发明的巷道及采空区围岩安全实时全方位无损监测装置及预警方法所具有的有益效果是：

1、操作简便、安全性高、成本较低：通过激光测距仪监测巷道及采空区围岩的位移，监测工序简单，实施方便，且成本较低，整个监测过程不影响工程的正常进行，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，且当超过设定的位移阈值时可通过单片机启动声光报警装置实现预警，监控屏幕显示具体危险位置，进一步确保了工作人员和设备的安全；

2、自动化程度高、无损伤：通过两组传动机构与激光测距仪结合检测，实现了对围岩全方位的无损无接触位移监测，监测范围广，而且避免了对围岩造成新的损伤和影响，由主控计算机软件实时采集和显示各方位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；