[發明專利]一種圍巖穩定性智能監測及精準支護機器人群

有效

• 申請號: 202110036922.8
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112720532B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 常映輝;冀鵬飛;賀建偉;葉竹剛;侯偉;陳寧;黃帥;張立平;馬凱;代立明;白雪峰;韓雪松;周鋒濤;高偉;賀捷
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明涉及提供一種圍巖穩定性智能監測及精準支護機器人群，包括智能壓力測量機器人、智能液壓支護機器人、智能巡查監測機器人、壓力傳感器、傾角傳感器、陀螺儀、多線激光測量雷達、紅外雙目攝像頭、交換機、工控機、無線通信系統、智能測算系統、防碰撞預警系統、上位機信息集成可視化系統，實現短壁開采過程中圍巖壓力及位移實時監測與精準支護。

技術領域

本發明涉及煤礦圍巖穩定性技術領域，尤其涉及圍巖壓力位移智能監測及支護機器人群。

背景技術

在煤礦井工開采作業過程中，不論是巷道掘進還是綜合開采，圍巖穩定性都是無法回避的一個關鍵性問題，由于地壓擠壓及應力集中現象存在，已支護的巷道中圍巖壓力時刻變化，部分危險點因受持續擠壓變形位移量不斷增大，當壓力值與位移量超出其所能承受的相應臨界值時便會出現大面積垮塌滑落現象，極大影響井下作業人員的安全。

在公開號為CN 111473739 A，名為“一種基于視頻監控的隧道塌方區圍巖變形實時監測方法”的專利申請文件中，采用激光掃描技術獲得隧道塌方區三維虛擬實景模型，而后利用攝像機視頻數據及三維虛擬實景模型的相對位移關系確定圍巖位移值，該方法缺乏對危險點力的測量，只通過位移量無法準確確定該點所在區域是否切實需要支護；在公開號為CN 111551121 A，名為“一種監測巷道圍巖頂板位移的裝置及監測方法”的專利申請文件中，通過光程計算多點位移計不同基點錨頭所對應的頂板位移，該方法仍需人工操作進行測量，危險性高且效率低，且以單點位移量無法反映出整個巷道內各處圍巖位移變形量；在公開號為CN107015282A，名為“基于錨桿的地下空間圍巖災害電阻率實時監測方法”的專利申請文件中，利用錨桿作為導體監測錨固區及圍巖的電阻率，根據電阻率的變化監測圍巖及錨固區的穩定性，該方法只能測量錨固區周圍部分區域的圍巖穩定性，而對于未錨固區域則只能通過推算得出；在公開號為CN109882228A，名為“一種錨桿及圍巖應變連續監測方法”的專利申請文件中，以錨桿應變量來連續監測推算圍巖位移量，依舊存在以局部來概括整體的問題；

在公開號為CN106168680A，名為“一種基于超聲波技術的圍巖監測系統及方法”的專利申請文件中，利用超聲波來實時監測圍巖狀況，但井下各類型設備眾多，設備間相互干擾難免會對超聲波波段傳播產生影響從而導致測量不準確；在公開號為CN107484222A，名為“一種基于無線傳感器網絡的礦井圍巖監測系統”的專利申請文件中，利用無線傳感器來感知因圍巖應力的改變而導致的特征變化，包括溫度變化、壓力變化和微震信號變化，但該方法無法感知圍巖位移狀況。

上述關于圍巖穩定性監測的專利文件中，均只針對了圍巖壓力或位移中的單獨一個方面進行監測分析，而圍巖穩定性分析需要結合壓力值與位移量進行全面分析，且以錨桿作為研究對象分析圍巖整體情況有以偏概全的問題存在。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供一種圍巖穩定性智能監測及精準支護機器人群，以短壁采煤法中的旺格維利采煤法（簡稱“旺采”法）為主要分析對象，結合該采煤方法所特有的工藝特點，實現圍巖壓力值與位移量的實時智能監測、機器人自主規劃路徑、精準支護、圍巖三維環境可視化。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種圍巖穩定性智能監測及精準支護機器人群，包括智能壓力測量機器人、智能液壓支護機器人及智能巡查監測機器人；其中，智能壓力測量機器人機械臂及機身上安裝壓力傳感器、傾角傳感器、陀螺儀及交換機；智能巡查監測機器人機身上安裝多線激光測量雷達、紅外雙目攝像頭及工控機系統；其中，交換機、工控機系統及上位機之間通過無線通信的方式進行信號傳遞；

還包括智能測算系統，智能測算系統利用智能巡查監測機器人機身上安裝的多線激光測量雷達及紅外雙目攝像頭計算巷道三維立體圖像與圍巖位移量，根據多源數據融合算法確定巷道中的危險點，構建巷道坐標系來確定各機器人在巷道中的相對位置及危險點的坐標信息，并判斷危險點是否需要支護。