一种用于快速掘进巷道的围岩数字化方法技术

一种用于快速掘进巷道的围岩数字化方法，属于煤矿掘进技术领域，可解决现有设备之间兼容性差

【技术实现步骤摘要】
一种用于快速掘进巷道的围岩数字化方法


[0001]本专利技术属于煤矿掘进
，具体涉及一种用于快速掘进巷道的围岩数字化方法
。

技术介绍

[0002]为缓解煤矿采掘接续紧张，减少掘进作业人员，提高进尺效率，提升采掘机械化和智能化水平，实现安全高效掘进，国内外使用掘锚一体机快速掘进的煤矿数量快速增加
。
当前，掘锚一体机智能化控制技术主要集中在设备单机控制
、
协同控制
、
远程集中控制
。
在透明地质方面也做了一定探索工作，但在迎头收敛变形监测方面
、
围岩快速采集与数字化分析，仍存在所需设备价格昂贵
、
需专业人员操作硬件和软件设备
、
现场兼容还有待改进
、
无法为现场决策及时提供依据的问题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对设备之间兼容性差
、
采集测量工作量大
、
设备成本高昂
、
技术可靠与可操作性差
、
掘进工艺与设备不匹配的问题，提供一种掘锚一体机快速掘进的围岩数字化方法，适用于掘锚一体机快速掘进的围岩快速采集与数字化分析
、
迎头收敛变形监测
、
顶板滞后支护区锚杆下沉量监测，基于近景摄影和激光扫描的结合，互相弥补技术缺点，发挥技术优势，具有减少采集测量
、
降低设备成本
、
简化数据采集过程的特点/>。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：一种用于掘锚一体机快速掘进的围岩数字化方法，包括如下步骤：第一步，掘锚一体机快速掘进：掘进过程中，采用掘锚一体机伸缩横滚筒由上往下一次切割成巷，同时由掘锚一体机的伸缩铲板与耙爪完成装煤，掘锚一体机的运输部
、
锚杆转载机组
、
带式转载机完成运煤；第二步，掘锚一体机与锚杆转载机组支护：掘进
、
装煤
、
运煤完成后，由掘锚一体机的四个顶锚杆钻箱完成巷道顶板锚杆的部分支护，由左右各一个帮钻箱完成巷道侧帮上部锚杆的支护；同时由锚杆转载机组的顶锚杆钻箱完成巷道顶板剩余锚杆的支护，由左右各一个侧钻箱完成巷道侧帮下部锚杆的支护；第三步，迎头收敛变形监测：掘锚一体机与锚杆转载机组支护的同时，由监测仪一的三维激光扫描仪进行扫描，随后将外业采集完的数据存储于三维激光扫描仪自带的
USB
存储中，由监测仪一自带的防爆微型计算机处理得到所有精确地点云数据，定义排距生成隧道的断面图，基于点云数据进行三维建模，进行三维场景模拟分析，将统计数据保存，对位移短时间变化较大的位置提供重点监测和报警功能；第四步，围岩快速采集与数字化分析：掘锚一体机与锚杆转载机组支护的同时，由监测仪一的防爆相机进行现场双目拍照，将掘进工作面地质信息快速采集传输，之后由监测仪一自带的防爆微型计算机通过照片与测试数据智能提取显现的岩体结构轮廓的长线段和密集小线段
、
裂隙产状信息
、
围岩类型，最后形成围岩分级判别结果，保存结果，为后续
决策提供依据；第五步，顶板滞后支护区锚杆下沉量监测：掘锚一体机掘进与支护的同时，由监测仪二的三维激光扫描仪进行扫描，随后将外业采集完的数据存储于三维激光扫描仪自带的
USB
存储中，由监测仪二自带的防爆微型计算机处理得到所有精确地点云数据，仅保留锚杆外露及临近位置的数据，进行三维场景模拟分析，自定义扫描与分析间隔时间，对位移短时间变化较大的位置提供重点监测，并设置警戒值，提供报警功能；第六步，围岩数字化综合分析与决策：通过迎头收敛变形监测
、
围岩快速采集与数字化分析
、
顶板滞后支护区锚杆下沉量监测，将相关数据综合分析，在手机软件和智能化操作平台上分区显示相关数据与图片，具体分为巷道掘进工作面迎头断面图
、
巷道断面变形量与收敛值
、
滞后支护顶锚杆位移变化值，通过软件设计与自主学习，确定围岩完整性与稳定性等级，为巷道及时支护顶帮锚杆数量
、
需要加强支护位置提供相关建议；第七步，快速掘进循环作业：在掘锚一体机快速掘进时完成割煤
、
装煤
、
运煤的工序；掘锚一体机与锚杆转载机组支护时完成锚杆锚索支护
、
迎头收敛变形监测
、
围岩快速采集与数字化分析的工序；顶板滞后支护区锚杆下沉量监测则一直持续进行，围岩数字化综合分析与决策在后台计算机进行，不占用工序时间，按上述工序重复实施快速掘进，循环往复直至该条巷道掘进完毕
。
[0005]进一步地，所述监测仪一位于所述监测仪一位于掘锚一体机临时支护的护板下方，前方及两侧无物体遮挡，掘锚一体机机身两侧分别设置一台
。
[0006]进一步地，第三步中所述监测仪一的三维激光扫描仪扫描范围为工作面空顶区顶板和空帮区煤帮
。
[0007]进一步地，第四步中所述监测仪一的防爆相机拍照范围为工作面煤壁
。
[0008]进一步地，所述监测仪二位于掘锚一体机身后部的运输顺槽上方或偏离中部的临近位置，上方无物体遮挡，确保能够扫描顶板支护结构，设置一台
。
[0009]进一步地，第五步中所述监测仪二的三维激光扫描仪的扫描范围为掘锚一体机上方的及时支护顶锚杆
。
[0010]本专利技术的有益效果如下：
1.
实现围岩快速采集与数字化分析，提升巷道快速掘进智能化水平：当前快速掘进缺少对空顶区
、
空帮区的实时监测，通常依靠经验判断，本专利技术在保留原有掘进工艺的基础上，通过增加两个监测仪，实行分区监测，并将结果最终呈现在手机软件和智能化操作平台上，连接现场报警装置，提高了掘进智能化的可行性与可操作性
。
[0011]2. 提升掘锚一体机快速掘进安全性：一方面对冒顶片帮较为危险的空顶区与空帮区进行激光雷达扫描，进行实时监测；另一方面，掘锚一体机快速掘进通常为了加快掘进速度，希望仅支护顶板的部分顶锚杆，而由于缺乏安全判定依据与报警值，限于两难境地，因此通过对顶板滞后支护区锚杆下沉位移量监测提供了技术决策的支撑与安全保障
。
[0012]3. 激光雷达与近景摄影结合，分区数字化监测：激光雷达扫描精度高，但也存在扫描仪范围有限
、
模型数据量大需要二次处理的技术问题；近景摄影取景范围灵活，清晰度高，但也存在图像畸变对量测精度的影响
、
形变量测精度有待提升的问题
。
因此，本专利技术发挥两种方法的优点，互相取长补短，采用激光雷达小范围扫描并提取有用数据，删减冗余点云，采用近景摄影，保存与分析开挖地质信息，为支护决策以后后续临近巷道开挖或回采提
供原始数据信息，减小地质相关工作重复量
。
[0013]4. 前后激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于快速掘进巷道的围岩数字化方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，掘锚一体机快速掘进：掘进过程中，采用掘锚一体机伸缩横滚筒由上往下一次切割成巷，同时由掘锚一体机的伸缩铲板与耙爪完成装煤，掘锚一体机的运输部
、
锚杆转载机组
、
带式转载机完成运煤；第二步，掘锚一体机与锚杆转载机组支护：掘进
、
装煤
、
运煤完成后，由掘锚一体机的四个顶锚杆钻箱完成巷道顶板锚杆的部分支护，由左右各一个帮钻箱完成巷道侧帮上部锚杆的支护；同时由锚杆转载机组的顶锚杆钻箱完成巷道顶板剩余锚杆的支护，由左右各一个侧钻箱完成巷道侧帮下部锚杆的支护；第三步，迎头收敛变形监测：掘锚一体机与锚杆转载机组支护的同时，由监测仪一的三维激光扫描仪进行扫描，随后将外业采集完的数据存储于三维激光扫描仪自带的
USB
存储中，由监测仪一自带的防爆微型计算机处理得到所有精确地点云数据，定义排距生成隧道的断面图，基于点云数据进行三维建模，进行三维场景模拟分析，将统计数据保存，对位移短时间变化较大的位置提供重点监测和报警功能；第四步，围岩快速采集与数字化分析：掘锚一体机与锚杆转载机组支护的同时，由监测仪一的防爆相机进行现场双目拍照，将掘进工作面地质信息快速采集传输，之后由监测仪一自带的防爆微型计算机通过照片与测试数据智能提取显现的岩体结构轮廓的长线段和密集小线段
、
裂隙产状信息
、
围岩类型，最后形成围岩分级判别结果，保存结果，为后续决策提供依据；第五步，顶板滞后支护区锚杆下沉量监测：掘锚一体机掘进与支护的同时，由监测仪二的三维激光扫描仪进行扫描，随后将外业采集完的数据存储于三维激光扫描仪自带的
USB
存储中，由监测仪二自带的防爆微型计算机处理得到所有精确地点云数据，仅保留锚杆外露及临近位置的数据，进行三维场景模拟分析，自定义扫描与分析间隔时间，对位移短时间变化较大的位置提供重点监测，并设置警戒值，提供报警功能；第六步，围岩数字化综合分析与决策：通过迎头收敛变形监测<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马进功，张小锋，魏帅，梁大海，赵媛媛，马强，王希鹏，张学瑞，陈明军，刘文武，石晓光，李源，朱大鹏，王明辉，车利明，
申请(专利权)人：中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：