[發明專利]一種用于煤礦巷道圍巖災害的監測系統、監測方法及預警方法

有效

• 申請號: 201811425384.6
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109736894B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 徐劍坤;習丹陽;周蕊
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 孟潔

1.一種用于煤礦巷道圍巖災害的監測系統，其特征在于，包括無人機及其搭載裝置、井下無線通訊網絡和計算機工作站；

無人機搭載裝置包括

控制裝置，安裝在無人機內部，用于根據接收到的計算機工作站信號，控制無人機啟動或停止，用于根據接收到的傳感裝置傳送的信息，調整無人機飛行姿態、飛行航線以及飛行速度；用于預先設定無人機每飛行T距離控制圖像采集裝置進行一次圖像采集，并將采集到的圖像數據通過井下無線通訊網絡實時傳送至計算機工作站，計算機工作站根據實際情況，設置在井下或地面；

傳感裝置，安裝在無人機上，包括陀螺儀、加速度傳感器、光流傳感器、超聲波傳感器；

圖像采集裝置，安裝在無人機機身上，用于對巷道頂板、底板、左幫壁、右幫的圍巖進行圖像信息采集；

供電裝置，安裝在無人機內部，用于為無人機、控制裝置、傳感裝置、圖像采集裝置提供電源；

計算機工作站，用于向無人機的控制裝置發送控制信號，用于對控制裝置傳送的信息進行處理，在計算機工作站上顯示出來。

2.根據權利要求1所述的一種用于煤礦巷道圍巖災害的監測系統，其特征在于，圖像采集裝置包括4組雙目相機，每組雙目相機由兩臺防爆高清工業相機組成，4組雙目相機分別安裝在無人機機身上方，用于拍攝巷道頂板；無人機機身下方，用于拍攝巷道底板；無人機機身左側，用于拍攝巷道左幫；無人機機身右側，用于拍攝巷道右幫；

還包括照明裝置，與控制裝置相連，由6個礦用隔爆兼本質安全型LED燈組成，分別安裝在機身的前、后、上、下、左、右6個方向，用于在圖像采集裝置拍攝時，對巷道拍攝區域進行照明；

供電裝置采用礦用隔爆兼本質安全型電源供電。

3.一種用于煤礦巷道圍巖災害的監測方法，其特征在于，將無人機首次飛行測量得到的巷道圍巖的實景三維模型中各監測點的坐標作為初始值，其后每次測量的結果均與初始值作比較，計算得到巷道變形量，實現對巷道變形的實時監測，具體包括以下步驟：

1）啟動無人機，使其從待測巷道區域沿著巷道走向，從起始點飛行至終點，并自動保存飛行航線；

2）無人機從起始點起飛開始測量，按照步驟（1）的飛行航線，每飛行T米，搭載在機身上的4組雙目相機同時對巷道內壁圍巖進行一次拍攝，同時記錄拍照時間，得到一個巷道段中圍巖圖像測量數據，并將該數據通過無線通訊網絡將拍攝的照片實時傳送至計算機工作站；計算機工作站根據雙目相機拍攝的圖像測量數據，通過雙目視覺三維重構算法，重構該次測量的巷道段中圍巖的實景三維模型，直至完成待測巷道區域的拍攝測量；

3）計算機工作站將每個巷道段中圍巖的實景三維模型順次拼接，生成待測巷道的實景三維模型；

4）重復執行步驟（2）至步驟（3）對待測巷道進行往復測量，計算機工作站實時更新巷道圍巖的實景三維模型，同時將實時重構的巷道段中圍巖實景三維模型中巷道斷面面積與首次飛行測量的該巷道斷面面積進行比較，得到實時巷道斷面收斂比例，將實時重構的巷道段中圍巖實景三維模型中巷道斷面的監測點三維坐標與首次飛行測量的該監測點初始值進行比較，得到實時巷道圍巖變形量、變形速率、變形加速率，實現對巷道變形的實時監測。

4.根據權利要求3所述的一種用于煤礦巷道圍巖災害的監測方法，其特征在于，巷道斷面及該斷面上監測點的選取方法包括以下步驟：

a）從待測巷道起始點位置，沿巷道走向每隔1m距離選取一個巷道斷面進行監測；

b）在巷道斷面的巷道頂板、底板、左幫、右幫分別選取4個監測點，共計16個點作為監測點。

5.根據權利要求4所述的一種用于煤礦巷道圍巖災害的監測方法，其特征在于，根據巷道底板的寬度L，每隔1/5L的距離選取1個監測點，巷道頂板的監測點與巷道底板的監測點位置相對應；

根據巷道左幫的高度H，每隔1/5H選取1個監測點，右幫上的監測點位置與左幫上的監測點位置相對應。