CN108534671A - 一种初放期间顶板冒落形态监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种初放期间顶板冒落形态监测装置，包括：导向架、支撑杆、推杆、扫描仪和控制模块。本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置，结构简单，可与综采放顶煤液压支架匹配使用，且不需要人工操作，解决了安全问题，而且，与液压支架一体使用，便于回收。

Description

一种初放期间顶板冒落形态监测装置和方法

技术领域

本发明涉及工矿安全监测技术领域，尤其涉及一种初放期间顶板冒落形态监测装置和方法。

背景技术

综合放顶煤工作面的基本特点是：与分层开采相比，一次采厚明显加大，上位岩层垮落高度明显增加，工作面前方采动影响的岩层移动范围也明显加大。监测工作面后方的顶煤与顶板的冒落情况，对确定放煤步距等工艺参数具有重要作用，而选择合适的放煤步距，对提高采出率，降低含矸率至关重要。为了保证工作面的安全高效生产，需要对工作面后方采空区中的顶板冒落情况进行实时的监测。而图像变形数据最能直接反映采空区的顶板冒落下沉情况，同时采空区顶板下沉变形也是易于获得且是可靠性很高的可观测数据。

煤矿井下顶板岩体变形监测主要有岩体内部变形监测和空区变形监测两种。在传统的变形监测方法中，岩体内部变形监测主要采用多点位移计，钻孔倾斜仪等手段，空区含巷道变形监测主要采用多点位移计、顶板沉降仪、收敛仪、以及水准仪，经纬仪等测量学方法和手段，这一类方法观测数据量少，无法或难以监测无人空区，多采用人工监测，劳动强度大，效率低而且时效性差，不能定量观测采空区垮落等。常见的采空区顶板监测手段如压力枕等测量精度不高，放置回收困难。

而现有的地下空洞三维结构探测装置部分或是无法在煤矿这种特殊工况下使用，如不满足防爆要求等；或是自动化程度不高，需要大量的人工操作且无法按需实时监测，时效性差；或是无法随液压支架移动，不便于井下操作。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种初放期间顶板冒落形态监测装置。

本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置，包括：导向架、支撑杆、推杆、扫描仪和控制模块；

导向架水平安装在液压支架的顶梁上，导向架的下表面安装有导轨；支撑杆的第一端转动安装在导向架上并位于导轨的第一端，支撑杆的第二端与推杆的第一端转动连接，推杆的第二端安装在导轨上并沿着导轨来回滑动；

扫描仪转动安装在支撑杆上，用于对采空区进行扫描；控制模块与扫描仪连接，用于根据扫描仪获取的扫描图片对采空区的顶板冒落进行判断。

优选地，还包括第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构连接推杆，用于驱动推杆第二端沿着导轨移动；第二驱动机构连接扫描仪，用于驱动扫描仪绕支撑杆转动。

优选地，控制模块还连接第一驱动机构和第二驱动机构，用于控制第一驱动机构和第二驱动机构工作。

优选地，第二驱动机构用于驱动扫描仪在垂直于支撑杆的平面上在预设角度内转动，控制模块用于获取扫描仪在一次单向转动行程中采集的所有图片合成全景监控图片，并用于根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

优选地，控制模块用于根据全景监控图片上的落石密度对采空区的顶板冒落情况进行判断。

优选地，支撑杆采用圆杆。

优选地，扫描仪的扫描区域的中心线方向垂直于支撑杆的长度方向。

一种初放期间顶板冒落形态监测方法，包括以下步骤：

驱动扫描仪由下向上摆动，并且在摆动过程中由下向上对采空区进行扫描；

获取扫描仪采集的图片，并根据图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

优选地，扫描仪上下摆动的过程中还左右转动；然后，获取扫描仪一次单向转动过程中采集的所有图片合成全景监控图片，根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

优选地，具体包括以下步骤：

S0、设置多个扫描频率依次增加的扫描模式，并选择频率最低的扫描模式作为当前执行模式；

S1、根据当前执行模式，驱动扫描仪由下向上摆动，并且在摆动过程中由下向上对采空区进行扫描；

S2、获取扫描仪采集的图片，通过图片获取顶板冒落的参考数据，并对参考数据进行保存；

S3、根据顶板冒落情况判断是否需要提高扫描频率；

S4、是，则将当前执行模式更换为新的扫描模式，然后后返回步骤S1；

S5、根据扫描图片判断扫描路径上是否有异物遮挡扫描路径；

S6、是，则进行报警。

本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置，通过推杆推动支撑杆运动，随着推杆由导轨第二端向第一端推动，支撑杆带动扫描仪又上向下摆动，同时，扫描仪的扫描区域在摆动过程中向上偏转，对采空区进行扫描。

本发明中，扫描仪由下向上进行扫描，根据落石规律，可防止顶板冒落过快造成的扫描仪对顶板监测不及时的问题，可保证顶板冒落的准确有效的监测。

本发明中，扫描仪在由下向上摆动过程中，还绕支撑杆转动，从而扩大了扫描区域，有利于提高监测数据的全面，从而保证对顶板冒落的全面监测。

本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置，结构简单，可与任何一种液压支架匹配使用，且不需要人工操作，解决了安全问题，而且，与液压支架一体使用，便于回收。

附图说明

图1为本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置正视图；

图2为本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置仰视图；

图3为本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置侧视图；

图4为本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测方法流程图。

具体实施方式

参照图1、图2、图3，本发明提出的一种初放期间顶板冒落形态监测装置，包括：导向架1、支撑杆2、推杆3、扫描仪4和控制模块。

导向架1水平安装在液压支架的顶梁上，导向架1具体可采用槽钢。导向架1的下表面安装有导轨5。支撑杆2的第一端转动安装在导向架1上并位于导轨5的第一端，支撑杆2的第二端与推杆3的第一端转动连接，推杆3的第二端安装在导轨5上并沿着导轨5来回滑动。如此，推杆3第二端沿着导轨5滑动时可带动支撑杆2以第一端为轴进行一定角度的转动。

扫描仪4转动安装在支撑杆2上，用于对采空区进行扫描。扫描仪4的扫描区域的中心线方向垂直于支撑杆2的长度方向。具体的，该监测装置的起始状态下，推杆3和支撑杆2平行于导轨5，推杆3和支撑杆2的夹角为180度。如图1所示，扫描仪的扫描区域垂直朝下；随着推杆3由导轨第二端向第一端推动，支撑杆2带动扫描仪4又上向下摆动，同时，扫描仪4的扫描区域在摆动过程中向上偏转，对采空区进行扫描。

本实施方式中，导轨5的安装方向平行于液压支架上顶梁到尾梁的连线方向，导轨5的第一端靠近尾梁，以便扫描仪在运动过程中，对采空区进行扫描。

控制模块与扫描仪4连接，用于根据扫描仪4获取的扫描图片对采空区的顶板冒落进行判断。具体的，控制模块用于根据扫描图片上的落石密度对采空区的顶板冒落情况进行判断，落石密度大，则冒落情况良好，反之，则异常。扫描图片上的落石密度的获取方式，可首先根据图像识别提取落石数量，然后结合落石数量和扫描图片对应的实际区域面积计算落石密度。

本实施方式中，为了避免扫描仪4扫描区域狭小造成的检测不全面问题，将扫描仪4绕支撑杆2转动安装，以便扫描仪在垂直于支撑杆2的平面上在预设角度内转动，进行转动扫描。控制模块用于获取扫描仪4在一次单向转动行程中采集的所有图片合成全景监控图片，并用于根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。如此，可扩大扫描区域，提高监测结果的准确。

本实施方式提供的初放期间顶板冒落形态监测装置，还包括第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构连接推杆3，用于驱动推杆3第二端沿着导轨5移动；第二驱动机构连接扫描仪4，用于驱动扫描仪4绕支撑杆2转动。控制模块还连接第一驱动机构和第二驱动机构，用于控制第一驱动机构和第二驱动机构工作。本实施方式中，第一驱动机构采用电动伸缩杆，电动伸缩杆安装在导轨上并平行于导轨，其第一端连接推杆第二端。

具体的，控制模块用于根据当前获取的全景监控图片对应的顶板冒落情况调整第一驱动机构和第二驱动机构工作状态。例如，当当前获取的全景监控图片上落石密度高，则表示顶板冒落情况良好，形变速度快；此时，控制模块可通过第一驱动机构降低推杆3运动速度，以降低扫描仪4的上升速度，防止扫描仪4和落石的相对运动速度差距大，从而造成不利影响；控制模块还可通过第二驱动机构提高扫描仪的转动速度，从而提高监控效率。

本实施方式中，支撑杆2采用圆杆，以便扫描仪4转动安装。

参照图4，结合以上初放期间顶板冒落形态监测方法，本发明还提供了一种初放期间顶板冒落形态监测方法，该方法包括以下步骤。

第一步、驱动扫描仪由下向上摆动，并且在摆动过程中由下向上对采空区进行扫描。具体的，本步骤中，为了扩大扫描范围，扫描仪上下摆动的过程中还左右转动，以便进行全方位的监控。

第二步、获取扫描仪采集的图片，并根据图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。本步骤中，针对与扫描仪左右摆动的设置方式，则首先获取扫描仪一次单向转动过程中采集的所有图片合成全景监控图片，根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。具体的，本步骤中，根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

具体的，本发明还提供的一种初放期间顶板冒落形态监测方法，具体包括以下分步骤。

S0、设置多个扫描频率依次增加的扫描模式，并选择频率最低的扫描模式作为当前执行模式。多个扫描模式的设置，为扫描过程中，扫描频率的改变奠定了基础，从而有利于在冒落情况急剧的情况下，通过提高扫描频率，加强对顶板冒落的监控。

S1、根据当前执行模式，驱动扫描仪由下向上摆动，并且在摆动过程中由下向上对采空区进行扫描。具体的，本实施方式中，扫描仪上下摆动的过程中还左右转动。

结合以上提供的初放期间顶板冒落形态监测装置，多个扫描模式预设在控制模块中，由控制模块根据扫描模式控制扫描仪工作。

S2、获取扫描仪采集的图片，通过图片获取顶板冒落的参考数据，并对参考数据进行保存，以便后期追溯。

S3、根据顶板冒落情况判断是否需要提高扫描频率。具体的，本步骤中，可通过图片判断顶板冒落的剧烈程度，具体可通过判断扫描图片上的落石密度进行判断，当落石密度达到预设值，则判定需要提高扫描频率。

S4、是，则将当前执行模式更换为新的扫描模式即更高频率的扫描模式，然后后返回步骤S1。如此，通过扫描模式的切换自动提高扫描频率，简便快捷。

S5、根据扫描图片判断扫描路径上是否有异物例如岩石或者煤块遮挡扫描路径。

S6、是，则进行报警。具体的，本步骤中，还可控制扫描仪停止转动进行定点扫描，待扫描路径上的异物排除后，在返回步骤S1；或者，直接控制扫描仪停止工作，待人工排除异物后，手动重启扫描仪返回步骤S1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，包括：导向架(1)、支撑杆(2)、推杆(3)、扫描仪(4)和控制模块；

导向架(1)水平安装在液压支架的顶梁上，导向架(1)的下表面安装有导轨(5)；支撑杆(2)的第一端转动安装在导向架(1)上并位于导轨(5)的第一端，支撑杆(2)的第二端与推杆(3)的第一端转动连接，推杆(3)的第二端安装在导轨(5)上并沿着导轨(5)来回滑动；

扫描仪(4)转动安装在支撑杆(2)上，用于对采空区进行扫描；控制模块与扫描仪(4)连接，用于根据扫描仪(4)获取的扫描图片对采空区的顶板冒落进行判断。

2.如权利要求1所述的初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，还包括第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构连接推杆(3)，用于驱动推杆(3)第二端沿着导轨(5)移动；第二驱动机构连接扫描仪(4)，用于驱动扫描仪(4)绕支撑杆(2)转动。

3.如权利要求1所述的初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，控制模块还连接第一驱动机构和第二驱动机构，用于控制第一驱动机构和第二驱动机构工作。

4.如权利要求1所述的初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，第二驱动机构用于驱动扫描仪(4)在垂直于支撑杆(2)的平面上在预设角度内转动，控制模块用于获取扫描仪(4)在一次单向转动行程中采集的所有图片合成全景监控图片，并用于根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

5.如权利要求1所述的初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，控制模块用于根据全景监控图片上的落石密度对采空区的顶板冒落情况进行判断。

6.如权利要求1所述的初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，支撑杆(2)采用圆杆。

7.如权利要求1所述的初放期间顶板冒落形态监测装置，其特征在于，扫描仪(4)的扫描区域的中心线方向垂直于支撑杆(2)的长度方向。

8.一种初放期间顶板冒落形态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

驱动扫描仪由下向上摆动，并且在摆动过程中由下向上对采空区进行扫描；

获取扫描仪采集的图片，并根据图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

9.如权利要求8所述的初放期间顶板冒落形态监测方法，其特征在于，扫描仪上下摆动的过程中还左右转动；然后，获取扫描仪一次单向转动过程中采集的所有图片合成全景监控图片，根据全景监控图片对采空区的顶板冒落情况进行判断。

10.如权利要求8或9所述的初放期间顶板冒落形态监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S0、设置多个扫描频率依次增加的扫描模式，并选择频率最低的扫描模式作为当前执行模式；

S1、根据当前执行模式，驱动扫描仪由下向上摆动，并且在摆动过程中由下向上对采空区进行扫描；

S2、获取扫描仪采集的图片，通过图片获取顶板冒落的参考数据，并对参考数据进行保存；

S3、根据顶板冒落情况判断是否需要提高扫描频率；

S4、是，则将当前执行模式更换为新的扫描模式，然后后返回步骤S1；

S5、根据扫描图片判断扫描路径上是否有异物遮挡扫描路径；

S6、是，则进行报警。