CN112033317B - 一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法 - Google Patents

一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维数据在线测量方法，属于井下救援技术领域，具体是涉及一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法。该方法通过在载人提升舱两处圆周方向上均布一定数量的测距传感器，对载人提升舱到逃生孔孔壁距离进行实时测量，并对孔径和井斜数据小于警戒值的问题孔段进行报警和特殊显示，在线监测逃生孔状态及变化趋势，为矿山井下载人提升舱安全救援过程提供有力的实时数据保障。

Description

一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法
技术领域
本发明涉及一种三维数据在线测量方法，属于井下救援技术领域，具体是涉及一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法。
背景技术
当矿山井下发生事故导致人员被困时，井巷挖掘、钻孔等常规井下救援方式耗时长，危险因素多，无法快速为井下被困人员提供生命支持和实施救援。而运用钻探方法首先施工地面小直径生命通道孔为被困人员提供生命支持，然后施工地面大直径逃生钻孔，最后使用载人提升舱装备将井下被困人员提升至地面的救援方式，是新时代矿山井下应急救援的一种安全快速的救援方法。但采用该类救援方法实施救援时，逃生孔会因孔壁结构不稳定及地质变化等因素导致孔身缩颈，坍塌，而载人提升舱地面操作人员由于没有逃生孔三维实时数据作为支撑，仅凭借自身感知进行操作，极易在问题孔段使载人提升舱装备发生过放或过卷现象，造成提升卷扬钢丝绳乱绳或断绳，给载人提升带来极大安全隐患。因此，亟需一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，辅助载人提升舱地面操作人员进行预判和操作，为安全快速救援提供有力保障。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素，亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念作为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法。该方法通过在载人提升舱两处圆周方向上均布一定数量的测距传感器，对载人提升舱到逃生孔壁的孔壁距离进行实时测量，对孔径和井斜数据小于预设阀值的问题孔段发出报警和特殊显示，在线监测逃生孔状态及变化趋势，为矿山井下载人提升舱安全救援过程提供有力的实时数据保障。
为解决上述问题，本发明的方案是：
一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，包括:
在舱体两处分别设置n个测距传感器，各测距传感器在与舱体中轴线垂直的圆形截面上，且共圆均匀设置；
实时测量各测距传感器与逃生孔壁的孔壁距离；
基于孔壁距离计算出所述圆形截面的圆心与孔壁的最小距离；
以所述最小距离为半径画圆得到载人提升舱的实时最大无障碍物内圆。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，包括:
在所述舱体上至少设置两组测距传感器，各组测距传感器所在圆形截面相互平行。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，当所述最大无障碍物内圆小于预设阈值时发出警报。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，将所述逃生孔分为若干个孔段，在每个孔段分别实时测量各测距传感器与逃生孔壁的孔壁距离。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，基于下式计算所述圆形截面的圆心与孔壁的距离Mi：
Figure BDA0002663158220000031
式中，圆形截面的直径为d’，传感器n与孔壁的距离为ln；
Mi中最小数值为圆形截面的圆心与孔壁的最小距离。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，基于下式计算载人提升舱的摆距R：
Figure BDA0002663158220000032
式中，L为所述圆形截面的圆心与载人提升舱的钢丝绳支点M的距离，h为所述圆形截面的圆心与载人提升舱的钢丝绳支点M的垂直距离。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，所述圆形截面的圆心与载人提升舱的钢丝绳支点M间的距离L基于下式计算：
Figure BDA0002663158220000033
式中，(xM,yM,zM)为钢丝绳支点M的坐标，(x,y,z)为圆形截面的圆心坐标。
优选的，上述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，当所述摆距R大于零时，判断为载人提升舱发生了侧摆。
因此，本发明相对于现有技术具备以下技术效果：
1、在载人提升舱本次下放或提升过程中，三维数据测量***对测距传感器所测得的小于预设阈值的数据发出报警和特殊显示，指导载人提升舱地面操作者对本次过程作出减速、暂停或反向运动等操作。
2、载人提升舱仅在一次下放或提升后，便可测得两组逃生孔三维数据，且能实时显示整个逃生孔三维数据，载人提升舱地面操作者可直观快速地掌握逃生孔整体状况。若这两组数据变化很大，则立即发出报警，并停止救援；若这两组数据变化较小，则取两组数据中的数值较小的一组三维数据，作为当次下放或提升过程的唯一一组逃生孔三维数据进行存储和显示，并计算出最大无障碍物内圆,以便在线监测逃生孔状态及变化趋势,辅助载人提升舱地面操作者做出更正确决策和更精准的操作。
3、载人提升舱经多次下放和提升测得多组逃生孔三维数据后，可单独查看、显示逃生孔问题孔段三维数据和变化趋势，对于分析问题孔段孔径和井斜数据变化趋势具有重要作用，将更有利于安全救援。
附图说明
并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
图1为本发明提供的A、B两处圆周方向均布测距传感器的载人提升舱示意图及B点截面示意图。
图2为载人提升舱地面大直径逃生钻孔示意图。
图3为载人提升舱在问题孔段匀速下放过程示意图。
图4为载人提升舱在问题孔段匀速提升过程示意图。
图5为载人提升舱摆动状态下某位置示意图。
图6为载人提升舱的实时最大无障碍物内圆示意图。
将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
实施例
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行说明，所述实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法。载人提升舱如图1所示，设高为L、直径为d，A、B点分别为载人提升舱中轴线上相距l的两点，分别在A、B点所在直径为d’的横截面圆周方向均布n个测距传感器(图中仅表示部分测距传感器)；载人提升舱地面大直径逃生钻孔如图2所示，设定其孔径为D，并选取其某k段进行说明，ki(i＝1、2、…n)为k段上的等距点。
在载人提升舱以速度v竖直下放过程中，如图3所示，当A点先到达k1孔段时，A点所在截面A圆周方向各测距传感器测得到逃生孔壁的孔壁距离为li(i＝1、2、…n)，可求得A点在k1处逃生孔三维数据Mi为：
Figure BDA0002663158220000051
随后，当B点到达k1时，B点所在截面B圆周方向各测距传感器测得到逃生孔壁的孔壁距离为li′(i＝1、2、…n)，可求得B点在k1处逃生孔三维数据Mi’为：
Figure BDA0002663158220000052
当载人提升舱下放经过足够多个ki孔段时，通过处理两组测距传感器所测数据，可分别获得整个下放孔段的两组三维数据{M1，M2，M3，…，Mi}和{M1’，M2’，M3’，…，Mi’}。
在载人提升舱整个下放过程中，数据实时分析***自动选取Mi或Mi’中最小数值，以该最小数值为半径，以A或B点为圆心画圆，可获得逃生孔k1处最大无障碍物内圆，并记录最小数值和最大无障碍物内圆。当最小数值比预设阈值小时，***发出报警，并图形化显示此时对应的最大无障碍物内圆。
同理，在载人提升舱以速度v竖直提升过程中，如图4所示，载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法如上所述。
这样，当载人提升舱单次下放或提升时，A、B处所得两组逃生孔三维数据可供当次下放(提升)、下一次提升(下放)的安全操作作参考，避免在问题孔段因载人提升舱发生过放或过卷而造成提升卷扬钢丝绳乱绳或断绳的现象发生，还可对上一次所得逃生孔三维数据进行复验，实现对逃生孔孔身结构进行在线监测和预警的目的。
通过上述方法，载人提升舱仅在一次下放或提升后，便能先后得到A、B处两组逃生孔三维数据。若这两组三维数据变化很大，则立即发出报警，并停止救援；若这两组三维数据变化较小，则取两组数据中的较小的一组三维数据作为当次下放或提升的唯一一组载人提升舱逃生孔三维数据进行存储和显示，并计算出该三维数据的最大无障碍物内圆，为载人提升舱地面操作者提供载人救援指导。
当载人提升舱在提升或下放过程中发生侧摆时，如图5所示，虚线和实线分别为载人提升舱竖直状态和摆动状态下某位置，M点为钢丝绳支点且已知其三维坐标。当载人提升舱摆动到某位置时，可先由M点、A点和B点的三维坐标求出M点与A点、或M点与B点间距离L为：
Figure BDA0002663158220000061
或
Figure BDA0002663158220000071
进而可求出A或B点偏离竖直位置的摆距R为：
Figure BDA0002663158220000072
若R>0，则表示载人提升舱发生了侧摆。其中：(xM,yM,zM)，(xA,yA,zA)和(xB,yB,zB)分别为M点，相对于M点的圆形截面圆心A点和B点三维坐标，h为M点到圆形截面圆心A点或B点的垂直距离。
当载人提升舱在摆动状态时，逃生孔某一深度孔段最大无障碍物内圆测量方法如前所述。数据实时分析***将所测数据，M点和相对于M点的A、B点三维坐标，A和B截面数据点，以及不同深度点所对应的摆距R进行分析和处理，绘制出载人提升舱的实时最大无障碍物内圆(如图6所示)，计算井斜数据，以及进行报警和特殊显示。
综上所述，通过此方法，载人提升舱地面操作者可根据更符合实际的逃生孔三维数据和预警信息进行操作，有效地保障了矿山井下快速安全救援。
注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (5)

1.一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，其特征在于，包括:
在舱体两处分别设置n个测距传感器，各测距传感器在与舱体中轴线垂直的圆形截面上，且共圆均匀设置；
实时测量各测距传感器与逃生孔壁的孔壁距离；
基于孔壁距离计算出所述圆形截面的圆心与孔壁的最小距离；
以所述最小距离为半径画圆得到载人提升舱的实时最大无障碍物内圆；
基于下式计算载人提升舱的摆距R：
Figure FDA0003454746360000011
式中，L为所述圆形截面的圆心与载人提升舱的钢丝绳支点M间的距离，h为所述圆形截面的圆心与载人提升舱的钢丝绳支点M的垂直距离；
所述圆形截面的圆心与载人提升舱的钢丝绳支点M间的距离L基于下式计算：
Figure FDA0003454746360000012
式中，(xM,yM,zM)为钢丝绳支点M的坐标，(x,y,z)为圆形截面的圆心坐标；
当所述摆距R大于零时，判断为载人提升舱发生了侧摆。
2.根据权利要求1所述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，其特征在于，包括:
在所述舱体上至少设置两组测距传感器，各组测距传感器所在圆形截面相互平行。
3.根据权利要求1所述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，其特征在于，当所述最大无障碍物内圆小于预设阈值时发出警报。
4.根据权利要求1所述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，其特征在于，将所述逃生孔分为若干个孔段，在每个孔段分别实时测量各测距传感器与逃生孔壁的孔壁距离。
5.根据权利要求1所述的一种载人提升舱逃生孔三维数据在线测量方法，其特征在于，基于下式计算所述圆形截面的圆心与孔壁的距离Mi：
Figure FDA0003454746360000021
式中，圆形截面的直径为d’，传感器n与孔壁的距离为ln；
Mi中最小元素为圆形截面的圆心与孔壁的最小距离。
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