[发明专利]一种超声巷道表面收敛分析仪

说明书

技术领域

本发明属于煤系地层矿井巷道围岩动态专项监测的技术范畴，具体涉及一种巷道全断面收敛量非接触在线监测的超声巷道表面收敛分析仪。

背景技术

在矿井巷道支护设计中，巷道表面收敛量监测是巷道围岩动态专项监测中的一项主要内容。该收敛量主要为巷道顶、底板及两帮的相对移近量，多采用十字布点法安设巷道表面收敛测站，沿巷道轴向间隔50~100m布设一个测站，每个测站布设两个测量断面，两个测量断面间隔1.5~3.0m。目前，巷道表面收敛量监测分类主要为：(1) 离线测量方式，在测站的顶、底板中点垂直方向和两帮腰部水平方向钻Φ28mm、深400mm钻孔，将长420mm的短锚杆打入钻孔中，并在短锚杆上固定挂钩或吊环，对于测量精度要求不高，变形大于200mm的巷道，采用钢卷尺测量；对于测量精度要求较高的巷道，采用游标卡尺式测杆、测枪或者机械式收敛计等测量，测量精度可达0.1mm；在巷道围岩表面布设测站测点，采用离线测量方式，测量测点间的距离，并同历史数据相比较；(2) 在线测量方式，分为直接和间接两种在线测量方式，直接在线测量方式是在测站测点间布置测绳、自动测量装置等设备，自动记录测点间的变化；间接在线测量方式是非接触在线测量方式，多采用微波、激光和超声收敛计测量测点间的收敛量。

目前国内已有微波、激光和超声收敛计等方面的专利公开，一种激光式收敛计装置(CN 102297661B)公开了一种激光式测距仪测量巷道表面收敛量的支架，该装置并未包含激光测距仪，仅是一个支撑固定激光式测距仪的装置或支架，利用现有测距仪装配的激光式收敛计装置，专利本身并不包含激光测距仪，与离线测量方式相同，该装置测量的是单个测点收敛量，不能实现巷道全断面收敛量监测，且不具备通讯、在线监测功能；一种精密钢索式数显收敛计(CN 102494627B)公开了一种巷道表面收敛计，该收敛计测量时钩头可以自锁在隧道收敛监测的两个测点钩头上，钢索伸缩过程中绕过滚轮，带动滚轮滚动，滚轮通过齿轮机构传动到多孔滚轮，多孔滚轮的转动遮挡安装在其两面的红外发射和接收感应器，红外发射和接收感应器连接计数器进行计数，采用数字显示屏显示，从本质上来说，该发明公开的是一种机械测绳式收敛量测量装置，测量收敛量时仍需布置测绳，与离线测量方式相同，该收敛计测量的是单个测点收敛量，不能实现巷道全断面收敛量监测，不具有通讯、在线监测功能，无法构成在线监测系统。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述缺点，提供一种巷道全断面收敛量非接触在线监测的超声巷道表面收敛分析仪，对巷道表面收敛量进行全断面监测，有效解决矿井巷道全断面收敛量的在线监测问题。

为达到上述目的，本发明采用如下解决方案：一种超声巷道表面收敛分析仪，包括安装杆和仪器舱，仪器舱内设置处理器，处理器上设有RS485电路、能量限制电路、ZigBee电路、外部供电及能量限制电路、电池供电及能量限制电路和供电互斥电路，其特征在于：安装杆固定在矿井巷道顶、底板或两帮；仪器舱的左侧、下面和右侧分别设置左超声收发换能器、下超声收发换能器和右超声收发换能器，其中，左超声收发换能器包括左超声发射装置和左超声接收装置，下超声收发换能器包括下超声发射装置和下超声接收装置，右超声收发换能器包括右超声发射装置和右超声接收装置；左超声发射装置、下超声发射装置和右超声发射装置包括三套相互独立的超声驱动电路和超声发射换能电路，左超声接收装置、下超声接收装置和右超声接收装置包括三套相互独立的超声接收换能电路、放大电路和A/D转换电路；超声驱动电路和超声发射换能电路、超声接收换能电路、放大电路和A/D转换电路均与处理器连接。

本发明的工作原理为：安装杆固定在矿井巷道顶、底板或两帮，初始化后，记录矿井巷道的初始断面形状及尺寸，得到巷道断面初始图像；进入正常工作状态后，处理器定时产生方波信号，左超声发射装置、下超声发射装置和右超声发射装置分别向巷道顶、底板及两帮发出连续超声信号，左超声接收装置、下超声接收装置和右超声接收装置的A/D转换电路分别采集连续超声复合回波信号，采集到的连续超声复合回波信号通过处理器得到巷道全断面合成图像，巷道全断面合成图像与巷道全断面初始图像相比较，得到巷道顶、底板及两帮的全断面收敛量。该仪器安装简单，测量稳定可靠，可以实现非接触在线监测矿井巷道顶、底板及两帮的全断面收敛量，为矿井巷道表面收敛量监测专项提供全断面收敛量的在线监测数据。

本发明一种超声巷道表面收敛分析仪与现有煤层巷道表面收敛量监测仪器相比较，具有以下突出的实质性特点和显著的效果：