[发明专利]一种激光测量巷道顶板离层装置及其使用方法

权利要求书

1.一种激光测量巷道顶板离层装置的使用方法，该激光测量巷道顶板离层装置由离层监测探头、可控液压升降系统、数据处理系统构成；所述的离层监测探头由探头保护外壳、发射光学窗口、接收光学窗口、激光发射装置、光电转换装置、数据传输装置组成；所述的可控液压升降系统由液压传动系统和多节升降杆组成；所述的数据处理系统包括可控液压升降系统位置控制子系统、离层监测探头控制子系统；所述的数据处理系统通过数据传输装置分别与可控液压升降系统、离层监测探头相连，离层监测探头向水平方向发出激光光束，并接收反射回来的激光光束，由数据处理系统处理数据并计算出激光的探测距离；所述的离层监测探头下部有旋转结构，所述的离层监测探头可360°旋转，可对钻孔各个方向进行探测；

其特征是：包括有钻孔准备、参数设置、离层探测、离层识别及计算，具体步骤如下：

（1）钻孔准备：在锚杆支护巷道断面的顶板中部位置处，用液压钻机垂直于顶板钻出一个直径为40mm至50mm、长度为6m的钻孔，清理孔内的泥水与碎石，然后，将可控液压升降杆及其上方的离层监测探头置于钻孔正下方，将可控液压升降系统底座固定于巷道底板，多节升降杆抬升离层监测探头至顶板钻孔初始位置；

（2）参数设置：在数据处理系统内置的可控液压升降杆控制子系统中，设置多节升降杆的最大上升距离为6m，即离层监测探头所需探测的最大高度为6m，同时设置可控液压升降系统的每次抬升的距离为1mm；在数据处理系统内置的离层监测探头控制子系统中，离层监测探头每次探测时间为1秒，重置离层监测探头的初始角度为0°，离层监测探头每结束一次激光探测时，离层监测探头旋转45°；

（3）离层探测：

A、多节升降杆抬升1mm，数据处理系统记录离层监测探头位置及初始角度，多节升降杆及微型电动机保持静止1秒，这期间离层监测探头向水平方向发出激光光束，并接收反射回来的激光光束，由数据处理系统根据光在空气中的传播时间计算出探测距离；

B、保持多节升降杆位置不变，通过微型电动机带动离层监测探头旋转45°，数据处理系统记录离层监测探头位置及所处角度，多节升降杆及微型电动机保持静止1秒，这期间再次进行激光探测工作，并计算出此次探测距离；

C、重复B步骤直至离层监测探头旋转一周，即完成了内某一位置处，钻孔四周的离层测量；重复A、B步骤直至多节升降杆的抬升距离达到所设置的探测最大值X，此时完成对该钻孔的全部离层测量工作；

D、在靠近两帮位置处分别打第一离层检验钻孔、第二离层检验钻孔，并完成两个钻孔的离层探测工作，用检验钻孔的测量结果与顶板中部钻孔的测量结果进行对比，保证离层探测结果的准确性；

（4）离层判别及计算：离层监测探头未进入离层区域时，激光的探测距离为发射光学窗口至钻孔孔壁的长度L，在非离层区域内该长度理论上是一个定值；但考虑到现场实际情况，钻孔孔壁上存在破碎的岩块，导致孔壁表面凹凸不平，非离层区域内的激光探测距离会有小幅度波动，该探测距离的变化范围很小；离层监测探头进入离层区域时，激光探测的距离会持续增大，增大到其最大值L1后，会快速减小至L，达到稳定，且激光探测的离层区域内距离远远大于发射光学窗口至钻孔孔壁的长度L；激光探测的距离开始发生突然变化且探测距离持续增大的位置即为离层初始位置，此位置处的多节升降杆抬升高度为X1；激光探测的距离由最大值逐渐减小到L时的位置即为离层终止位置，此位置处的多节升降杆抬升高度为X2，由此可得到离层量Y=X2-X1，离层的延伸半径即为激光探测的最大距离L1。