一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置及方法，包括数据采集装置、支撑机构和数据处理装置；通过广角摄像头对钻孔内进行拍摄获得三维孔壁图，若拍摄过程中获取的三维孔壁图存在遮挡物，说明防污罩表面存在污染物，通过远程控制旋转壳闭合并进行冲洗清洁，这样就能持续保持广角摄像头拍摄到清晰的三维孔壁图，从而能准确地采集数据；另外本发明专利技术先获取未注浆前由浅到深的孔隙率，然后在探测注浆区域时，获取当前探测钻孔不同深度位置的孔壁平面图，并进行图像分割处理后，能获取不同深度位置的剩余孔隙率和浆液充填率，最后通过对比分析确定各个深度位置的注浆效果，进而能得出不同深度的注浆效果评价。能得出不同深度的注浆效果评价。能得出不同深度的注浆效果评价。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置及方法，属于矿井防灭火注浆


技术介绍

[0002]采空区遗煤发生煤自燃是矿井火灾防治的重点关注之一。行业内研发了多种防灭火措施，其中灌浆防灭火技术最为常用，其注浆的效果对采空区煤自燃防治起着关键作用，但是由于采空区内部结构较为复杂，很难实现对注浆效果的准确判定。
[0003]目前可以使用矿用钻孔窥视装置深入钻孔对注浆区域的孔壁进行观测，实时获取钻孔内壁的形貌，并分析注浆效果。其中公开号为CN102003191A的中国专利技术专利公开了一种矿山帷幕注浆效果判定方法，根据注浆量和注浆压力的变化实时做出注浆整体效果判断，但是其不能对注浆区域由浅到深(即注浆外围至注浆内部)实时判定不同区域注浆效果的变化情况；公开号为CN112813958A的中国专利技术专利公开了一种地面监测注浆效果的方法及系统，通过提前布置多个微震检波器在需要注浆地层的地表面，对比注浆前后的微震事件评价注浆效果，但是其判定效果不够准确且不能现场实时地判定注浆效果。
[0004]综上所述，现有的判定注浆效果的方法还存在以下几个缺陷：
①
获取用于判定注浆效果的数据不够准确；
②
无法快速实时地分析处理判定注浆效果；
③
在判定注浆效果时无法实现由浅到深、全方位动态分析不同区域注浆效果变化，最终无法对不同区域进行针对性处理措施。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置及方法，能准确地采集判定注浆效果的数据，从而快速实时地判定注浆效果，且能实现由浅到深、全方位动态分析不同区域注浆效果变化，便于对不同区域进行针对性处理措施。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置，包括数据采集装置、支撑机构和数据处理装置；
[0007]所述支撑机构包括支撑杆，支撑杆内部设有进水孔、返水孔和线缆通道，进水孔和返水孔均平行于支撑杆的轴线、且进水孔和返水孔均贯穿支撑杆两端，线缆通道沿轴线设置、且贯穿支撑杆两端；
[0008]所述数据采集装置包括广角摄像头、环形灯泡、支柱、防污罩、旋转电机、防护外壳和旋转壳，支柱一端与支撑杆一端固定连接，广角摄像头与支柱另一端通过万向节连接，并通过锁紧螺栓压紧定位，用于对广角摄像头的拍摄方向进行调节；环形灯泡装在广角摄像头外表面，用于对拍摄时补光；防污罩固定在支撑杆一端，且将广角摄像头、环形灯泡和支柱罩在其内部，用于防止杂物对广角摄像头的拍摄造成影响；防护外壳处于防污罩外部，且与支撑杆一端固定连接，进水孔和返水孔均与防护外壳内部连通，防护外壳上设有敞口，使广角摄像头通过敞口对外部拍摄；所述旋转壳和旋转电机均为两个，两个旋转壳对称设置
在防污罩两侧的防护外壳内，两个旋转电机对称固定在防护外壳上，旋转电机的连接轴上设有突起部，两个旋转壳的一侧固定在其中一个旋转电机连接轴的突起部上、另一侧设有通孔，旋转壳另一侧通过通孔套在另一个旋转电机的连接轴上，当与突起部固定的旋转电机转动时能带动旋转壳同步转动，且两个旋转壳固定连接突起部的旋转电机不同；当需要对防护外壳封闭时，一个旋转电机正向转动、另一个旋转电机反向转动，带动两个旋转壳相向转动实现闭合密封；
[0009]所述数据处理装置包括拍摄屏、数据处理器和成像显示屏，数据处理器将线缆穿过线缆通道与广角摄像头、环形灯泡和旋转电机连接，用于获取广角摄像头拍摄的图像数据，并对环形灯泡和旋转电机进行控制；数据处理器将获取的图像数据通过拍摄屏实时显示，并对图像数据进行分析处理后将处理结果通过成像显示屏显示。
[0010]进一步，所述进水孔和返水孔直径均为10mm。
[0011]进一步，所述旋转电机为防水型电机。
[0012]进一步，所述进水孔和返水孔内的清洁剂为玻璃水。
[0013]进一步，所述广角摄像头具有夜视功能，且拍摄时所覆盖最大广角为120度。
[0014]上述用于煤矿井下判定注浆效果装置的工作方法，具体步骤为：
[0015]步骤一：根据现场设计的注浆孔深度及预计注浆量，确定注浆影响大致范围，进而确定探测钻孔的深度；并将用于煤矿井下判定注浆效果的装置组装完成；
[0016]步骤二：注浆工作前，在非注浆区段内打一个探测钻孔，然后将步骤一组装完成的数据采集装置和支撑装置伸入探测钻孔，通过数据处理器控制环形灯泡开启进行补光，在数据采集装置向探测钻孔内部深入时，每隔设定距离通过广角摄像头获取当前位置的三维孔壁图，并通过拍摄屏显示，直至数据采集装置达到探测钻孔最深处，将获取的所有三维孔壁图存储至数据处理器内，数据处理器将所有三维孔壁图依次展开成平面图，然后采用二值化功能对图像进行处理，得到二值化图像，根据自适应二值化算法计算出探测钻孔各个深度位置的平面图孔隙率计为A
i
，并对比分析该探测钻孔由浅到深各图像的孔隙率，得到孔隙率变化曲线，同时将所对比分析的数据结果实时呈现在成像显示屏上；
[0017]步骤三：在数据采集装置伸入探测钻孔进行数据采集过程中，通过拍摄屏发现某次获取的三维孔壁图存在遮挡物，说明防污罩表面存在污染物，此时数据处理器控制两个旋转电机转动使两个旋转壳相向转动，并通过拍摄屏观察，直至两个旋转壳将防护外壳的敞口封闭，停止旋转电机工作，接着通过输水泵向进水孔内泵送清洁剂，清洁剂经过进水孔进入防护外壳内部，并对防污罩表面进行冲洗清洁，使污染物从防污罩表面分离，并随着冲洗后的清洁剂从返水孔排出探测钻孔，持续冲洗一段时间后关闭输水泵，并控制两个旋转电机各自转动，使两个旋转壳复位，并通过拍摄屏观察此时防污罩表面是否存在污染物，若存在则重复上述冲击清洗过程，若不存在则继续拍摄采集数据的过程；
[0018]步骤四：在所需注浆区域采用步骤一设计的注浆孔深度及预计注浆量进行注浆，待注浆工作完成稳定后，先将注浆区域划分成多个区段，在每个区段靠近其中心位置的两个注浆孔之间中点处钻设与步骤二相同的探测钻孔，完成后对该探测钻孔重复步骤二和三的过程，从而获取当前探测钻孔不同深度位置的孔壁平面图，对每张平面图采用图像分割处理进行图像分割，从而获取不同深度位置的剩余孔隙率B
i
和浆液充填率C
i
，并对比分析该探测钻孔由浅到深各图像的剩余孔隙率和浆液充填率，得到剩余孔隙率和浆液充填率各自
的变化曲线，同时将所对比分析的数据结果实时呈现在成像显示屏上；通过两条曲线评价该区段由浅到深的注浆效果：
[0019]①
首先将非注浆区域的孔隙率A
i
与该区段相同深度的剩余孔隙率B
i
进行对比，若同一深度的孔隙率A
i
与剩余孔隙率B
i
的差值L
i
不超过孔隙率的60％，则进入步骤
②
；如否，则判断该深度的注浆效果较差，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矿井下判定注浆效果的装置，其特征在于，包括数据采集装置、支撑机构和数据处理装置；所述支撑机构包括支撑杆，支撑杆内部设有进水孔、返水孔和线缆通道，进水孔和返水孔均平行于支撑杆的轴线、且进水孔和返水孔均贯穿支撑杆两端，线缆通道沿轴线设置、且贯穿支撑杆两端；所述数据采集装置包括广角摄像头、环形灯泡、支柱、防污罩、旋转电机、防护外壳和旋转壳，支柱一端与支撑杆一端固定连接，广角摄像头与支柱另一端通过万向节连接，并通过锁紧螺栓压紧定位，用于对广角摄像头的拍摄方向进行调节；环形灯泡装在广角摄像头外表面，用于对拍摄时补光；防污罩固定在支撑杆一端，且将广角摄像头、环形灯泡和支柱罩在其内部，用于防止杂物对广角摄像头的拍摄造成影响；防护外壳处于防污罩外部，且与支撑杆一端固定连接，进水孔和返水孔均与防护外壳内部连通，防护外壳上设有敞口，使广角摄像头通过敞口对外部拍摄；所述旋转壳和旋转电机均为两个，两个旋转壳对称设置在防污罩两侧的防护外壳内，两个旋转电机对称固定在防护外壳上，旋转电机的连接轴上设有突起部，两个旋转壳的一侧固定在其中一个旋转电机连接轴的突起部上、另一侧设有通孔，旋转壳另一侧通过通孔套在另一个旋转电机的连接轴上，当与突起部固定的旋转电机转动时能带动旋转壳同步转动，且两个旋转壳固定连接突起部的旋转电机不同；当需要对防护外壳封闭时，一个旋转电机正向转动、另一个旋转电机反向转动，带动两个旋转壳相向转动实现闭合密封；所述数据处理装置包括拍摄屏、数据处理器和成像显示屏，数据处理器将线缆穿过线缆通道与广角摄像头、环形灯泡和旋转电机连接，用于获取广角摄像头拍摄的图像数据，并对环形灯泡和旋转电机进行控制；数据处理器将获取的图像数据通过拍摄屏实时显示，并对图像数据进行分析处理后将处理结果通过成像显示屏显示。2.根据权利要求1所述用于煤矿井下判定注浆效果的装置，其特征在于，所述进水孔和返水孔直径均为10mm。3.根据权利要求1所述用于煤矿井下判定注浆效果的装置，其特征在于，所述旋转电机为防水型电机。4.根据权利要求1所述用于煤矿井下判定注浆效果的装置，其特征在于，所述进水孔和返水孔内的清洁剂为玻璃水。5.根据权利要求1所述用于煤矿井下判定注浆效果的装置，其特征在于，所述广角摄像头具有夜视功能，且拍摄时所覆盖最大广角为120度。6.一种根据权利要求1至5任一项所述用于煤矿井下判定注浆效果装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一：根据现场设计的注浆孔深度及预计注浆量，确定注浆影响大致范围，进而确定探测钻孔的深度；并将用于煤矿井下判定注浆效果的装置组装完成；步骤二：注浆工作前，在非注浆区段内打一个探测钻孔，然后将步骤一组装完成的数据采集装置和支撑装置伸入探测钻孔，通过数据处理器控制环形灯泡开启进行补光，在数据采集装置向探测钻孔内部深入时，每隔设定距离通过广角摄像头获取当前位置的三维孔壁图，并通过拍摄屏显示，直至数据采集装置达到探测钻孔最深处，将获取的所有三维孔壁图存储至数据处理器内，数据处理器将所有三维孔壁图依次展开成平面图，然后采用二值化
功能对图像进行处理，得到二值化图像，根据自适应二值化算法计算出探测钻孔各个深度位置的平面图孔隙率计为A
i
，并对比分析该探测钻孔由浅到深各图像的孔隙率，得到孔隙率变化曲线，同时将所对比分析的数据结果实时呈现在成像显示屏上；步骤三：在数据采集装置伸入探测钻孔进行数据采集过程中，通过拍摄屏发现某次获取的三维孔壁图存在遮挡物，说明防污罩表面存在污染物，此时数据处理器控制两个旋转电机转动使两个旋转壳相向转动，并通过拍摄屏观察，直至两个旋转壳将防护外壳的敞口封闭，停止旋转电机工作，接着通过输水泵向进水孔内泵送清洁剂，清洁剂经过进水孔进入防护外壳内部，并对防污罩表面进行冲洗清洁，使污染物从防污罩表面分离，并随着冲洗后的清洁剂从返水孔排出探测钻孔，持续冲洗一段时间后关闭输水泵，并控制两个旋转电机各自转动，使两个旋转壳复位，并通过拍摄屏观察此时防污罩表面是否存在污染物，若存在则重复上述冲击清洗过程，若不存在则继续拍摄采集数据的过程；步骤四：在所需注浆区域采用步骤一设计的注浆孔深度及预计注浆量进行注浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁义，尹聪，潘伟，李治，施式亮，邵淑珍，郭鑫，谷旺鑫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：