[发明专利]一种煤矿巷道表面位移在线监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种煤矿巷道表面位移在线监测系统，其特征在于，包括控制单元、处理单元和分析单元；所述控制单元包括行走机构、转动机构、激光测距仪、数据存储器、控制芯片和数据传导线；

所述行走机构用于激光测距仪在巷道中移动，所述转动机构用于控制激光测距仪沿煤矿巷道断截面进行360°旋转；

所述行走机构包括齿轮与轨道，所述轨道沿巷道顶板中线位置设置，所述齿轮设于轨道上并可沿轨道进行移动，进而带动设于齿轮上的激光测距仪进行移动，以实现激光测距仪对不同位置的巷道围岩移近量进行检测，激光测距仪每次移动距离A，A的数值可通过控制芯片进行调节，控制芯片能够通过程序与代码设计，实现移动距离和移动角度的调节；所述齿轮上设置的激光测距仪射出的光线与巷道顶板中线垂直；

所述激光测距仪用于采集巷道表面变形数据；所述巷道表面变形数据包括测点位置、监测时间及巷道表面位移量L，其中测点位置为各个测点空间位置、坐标位置；所述数据存储器用于存储巷道表面变形数据，并通过数据传导线传输到计算机中；

所述处理单元用于对煤矿巷道变形数据进行分析筛选将筛选后数据进行数字化处理，形成数字化模块，根据导出监测的围岩变形数据对各个测点变形进行分析，利用3D GMS软件绘制出巷道断截面各个测点的3D空间立体巷道断截面模型；

所述分析单元通过导出监测的围岩变形数据对各个测点变形进行分析，将巷道断截面划分为若干个块体，对各块体围岩变形进行综合处理分析，激光测距仪针对nθ和(n+1)θ角度间扫过的面积进行计算：

其中，S_n为激光测距仪第n次转动所扫过面积；L_n为激光测距仪第n次转动所测量与巷道表面围岩之间的距离；L_n+1为激光测距仪第n+1次转动所测量与巷道表面围岩之间的距离；θ为激光测距仪每次转动的角度；

所述煤矿巷道表面位移在线监测系统还包括预警单元，所述预警单元包括巷道表面位移量预警和巷道表面变形量预警，当巷道表面位移量或巷道表面变形量超过设定值后，报警器发出报警信号；

所述预警单元还包括巷道断截面整体变形面积预警和某一区段变形面积预警。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道表面位移在线监测系统，其特征在于，某巷道断截面的巷道表面变形量S_A的计算方式为：

S_A＝(S₁+S₂+…+Sⁿ)-S_B

其中，S_A为某巷道断截面的巷道表面变形量；S_B为巷道断截面的初始面积。

3.根据权利要求1所述煤矿巷道表面位移在线监测系统，其特征在于，所述转动机构通过控制芯片控制激光测距仪沿巷道断截面360°旋转。

4.一种煤矿巷道表面位移在线监测及预警方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的煤矿巷道表面位移在线监测系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1、在巷道顶板中线位置架设轨道，所述激光测距仪射出的光线与巷道的中线垂直，确定激光测距仪的旋转角度θ和移动距离A，确定各个巷道断截面并将各个巷道断截面分成若干个块体；

步骤2、开启激光测距仪，通过控制单元使激光测距仪按照设定旋转角度θ旋转360°，记录激光测距仪测定的数据并将所述数据保存至数据存储器；将激光测距仪在巷道断截面上沿设定方向移动L，再次启动激光测距仪，记录该测点激光测距仪旋转360°的测定数据，并保存至数据存储器；

步骤3、将激光测距仪沿着轨道移动，每次移动距离为A，然后重复所述步骤2；

步骤4、针对激光测距仪在不同巷道断截面及巷道断截面上不同位置、不同角度的测定数据建立监测数据库，根据监测数据库构建巷道监测系统3D模型图，计算不同位置的巷道表面位移量及巷道表面变形量；

步骤5、当巷道表面位移量、巷道表面变形量、巷道断截面整体变形面积和某一区段变形面积超过设定值后，报警器发出报警信号。

5.根据权利要求4所述的煤矿巷道表面位移在线监测及预警方法，其特征在于，在所述步骤5中，对于巷道表面位移量预警，当所监测巷道表面位移数据超过设定值后预警单元发出报警信号；

对于巷道表面变形量预警，当针对不同块体内巷道变形面积进行计算，某一块体变形面积超过设定值后预警单元发出报警信号。