[发明专利]一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统及方法，该系统包括：用于采集岩渣图像的视觉传感器；用于运输岩渣的TBM配套皮带，皮带上设有条纹；用于对岩渣图像进行处理以获得渣料中各岩渣的形状和大小的控制器；用于显示岩渣信息的TBM操作室显示器，控制器与视觉传感器相连。采用在TBM皮带上布置多处测点的方式，以获得更全面和精确的岩渣二维信息，通过控制器的处理，估算得到岩渣的形状、粒径以及级配等岩渣三维特征，进而为根据岩渣特征来判断围岩地质情况和调整TBM掘进参数提供重要依据。本发明解决了作业人员无法及时全面地观察围岩情况及人工筛分岩渣费时费力的问题，具有能实时对岩渣图像进行采集和分析，以便及时提供掌子面岩体信息。

技术领域

本发明涉及隧道掘进机(TBM)、岩渣信息自动采集系统和岩渣信息分析系统技术领域，尤其涉及一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统及方法。

背景技术

随着我国基础设施、铁路、公路、南水北调和西气东输等工程需要建设，全断面隧道掘进机(TBM)以其安全、高效、经济、环保等优点，被广泛应用于深埋长大隧道的施工。

在TBM掘进过程中，需要根据围岩的地质情况对围岩的类型和质量进行判断，从而便于根据围岩的类型和质量来选择相适应的TBM掘进参数和围岩支护形式。

通常情况下，作业人员可对裸露的围岩进行肉眼观察，评估围岩的质量。但在TBM掘进过程中，由于TBM护盾遮挡和喷混等作业条件的限制，作业人员往往无法及时全面地观察围岩情况。因此，无法判断围岩的类型和质量，进而该地质TBM掘进参数和围岩支护形式的选择。

研究表明，由于岩渣形成过程是岩-机相互作用的过程，因此TBM开挖后形成的岩渣可反映围岩类型和质量及TBM掘进参数变化。如果围岩比较完整，节理和其它不连续面不发育，岩渣就会呈现出以均匀的岩片为主，有少量的岩块和一些岩粉，TBM所需推力及扭矩较大；如果围岩中节理或其它的不连续面比较发育，那么岩渣中就会含有较多的大小不均的岩块，同时岩片含量下降；如果岩石强度较低，那么岩渣中岩粉的含量就会增加，TBM推力以及扭矩就会降低。

然而，从当前隧道围岩地质情况的测试技术来看，对TBM开挖岩渣信息的采集与分析并不能做到精准、快速。现有技术只利用一个高速摄像机在皮带上方进行拍照，所获取的岩渣形状和大小仅为二维参数，比较片面；利用传统筛分法测试岩渣耗时长，无法做到实时获取，不能及时提供有效信息。

因此，如何在TBM掘进过程中自动快速地获取岩渣三维特征，以便根据岩渣特征来判断围岩的地质情况，一直是本领域技术人员探索的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统及方法，该系统能够连续自动采集TBM皮带上岩渣图像，进而实时图像处理，获取岩渣形状及大小特征，为根据岩渣特征来判断围岩地质情况和调整TBM掘进参数提供重要依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统，该系统包括：视觉传感器、TBM配套皮带、控制器、TBM操作室显示器；其中：

TBM配套皮带用于对岩渣进行运输；TBM配套皮带上平行设置有采用不同颜色和宽度的条纹，用于判断多个视觉传感器抓拍的照片区域是否一致；

视觉传感器有多个，分别等间距的设置在TBM皮带机的正上方，视觉传感器用于采集TBM配套皮带上的岩渣图像；

控制器一端与多个视觉传感器均相连，另一端与TBM操作室显示器相连；控制器用于对条纹上的岩渣图像进行处理以获得渣料中各岩渣的形状和大小；

TBM操作室显示器用于显示岩渣信息。

进一步地，本发明的视觉传感器包括：工业相机、定焦镜头、补光灯、工业相机螺帽；其中：