[发明专利]一种基于图像处理的煤矿井下开孔角度测量装置和方法

说明书

本发明公开一种基于图像处理的煤矿井下开孔角度测量装置和方法，包括矿用高清防爆激光摄像机、矿用高清防爆摄像机II以及测量主机；矿用高清防爆激光摄像机安装在钻杆正上方，包括激光器和矿用高清防爆摄像机I，激光器出射的十字激光线条分别与巷道中线平行和垂直；矿用高清防爆摄像机II安装在钻机上侧方，矿用高清防爆摄像机II的中心轴线与巷道中线垂直；测量主机能接收矿用高清防爆摄像机I和矿用高清防爆摄像机II采集到的图像并进行图像处理，获得钻杆与十字激光线条的夹角，结合巷道中线方位角，计算得到钻杆的方位角和倾角。本发明是一种非接触的测量方法，提高了测量的便捷性和快速性，减小了人工劳动强度，具有较高的测量精度。

技术领域

本发明属于钻机开孔角度测量领域，涉及一种基于图像处理的煤矿井下开孔角度测量装置和方法。

背景技术

我国煤炭资源储量丰富，但是大部分矿井属于高瓦斯矿井，为了提高开采的安全性，加强煤矿瓦斯灾害的预防，瓦斯抽放已经成为治理瓦斯灾害的重要手段。瓦斯抽放的效果和质量与抽采钻孔的质量密不可分，而钻孔开孔精度和便捷性是制约和影响钻孔质量的关键因素，所以准确、快速测定钻孔开孔参数，有助于煤矿瓦斯治理、减轻人工劳动强度，确保煤炭开采的安全。钻孔的开孔参数包含钻孔倾角和钻孔方位角，目前现有技术中，这两种参数一般是采用坡度规利用人工测量的方式，或者利用激光基准线发射装置测量，或者布置传感节点利用超声波测距方法，或者用惯性导航系统采用加速度计来测量开孔参数，亦或采用激光线平移巷道中线求取钻杆夹角方法。然而，以上测量方法均存在一定的缺陷和不足，例如：淮南矿业(集团)有限责任公司王永等人利用激光基准线这种方式虽然在一定程度上提高了测量精度，但是在测量过程仍然涉及大量的人工操作，准确性依然不高；中煤科工集团重庆研究院有限公司黄强、鲁远祥等人提出了一种利用超声波测距原理计算开孔倾角的方法，此种方法减少了繁琐的测量步骤，但是需要布置多个超声波传感器，施工比较复杂；中煤科工集团西安研究院有限公司王小龙等人研制了基于三轴光纤陀螺的钻孔角度测量仪器，在一定程度上减轻了人工劳动强度，但其高昂的成本使其在煤矿井下的应用举步维艰。中煤科工集团重庆研究院吴银成等人提出了采用激光线将巷道中线平移至钻杆并求取两者之间夹角以达到测量方位角的目的，然而由于平移后的激光线与钻杆并未在同一平面，因此其实际测量方位角度为近似值。综上所述，需要对井下钻孔开孔角度测量方法进行改进，提高测量的便捷性，减小人工劳动强度，同时又具有较高的测量精度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于图像处理的煤矿井下开孔角度测量装置和方法，不仅是一种非接触的测量方法，还提高了测量的便捷性和快速性，减小了人工劳动强度，同时又具有较高的测量精度。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种基于图像处理的煤矿井下钻孔开孔角度测量装置，包括矿用高清防爆激光摄像机、矿用高清防爆摄像机II以及测量主机；

所述矿用高清防爆激光摄像机安装在钻杆正上方的巷道顶部，矿用高清防爆激光摄像机包括激光器和矿用高清防爆摄像机I，且激光器的出射方向与矿用高清防爆摄像机I的采集方向一直；激光器出射的十字激光线条分别与巷道中线平行和垂直，矿用高清防爆摄像机I能采集到十字激光线条和钻杆在工作面底部的投影；

所述矿用高清防爆摄像机II安装在钻机上侧方的巷道顶部，矿用高清防爆摄像机II的中心轴线与巷道中线垂直；

所述测量主机安装在钻机上，测量主机能接收矿用高清防爆摄像机I和矿用高清防爆摄像机II采集到的图像并进行图像处理，获得钻杆与十字激光线条的夹角，结合巷道中线方位角，计算得到钻杆的方位角和倾角。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述测量主机通过有线或无线方式接收矿用高清防爆摄像机I和矿用高清防爆摄像机II采集到的图像。

具体的，所述图像处理包括图像增强、图像去噪、图像二值化以及边缘提取，从而提取出激光线条和钻杆的边缘轮廓。