[发明专利]一种区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置及方法

权利要求书

1.一种区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，其特征在于，所述装置包括监测主体、金属杆体、连接圆轮；

所述监测主体包括红外测距仪和角度转动控制单元，所述红外测距仪用于测量与巷帮的直线距离，所述角度转动控制单元用于控制所述红外测距仪在水平方向的转动及转动角度；

所述连接圆轮一端连接所述金属杆体，另一端连接所述监测主体；所述连接圆轮包括圆轮螺孔和圆轮实体支架，所述圆轮螺孔均匀分布在所述连接圆轮的圆周上；所述监测主体通过圆轮连接套的螺纹与紧固螺钉固定在所述圆轮螺孔上，进而实现与所述连接圆轮的连接；所述金属杆体焊接在所述圆轮实体支架上；

监测外壳上部设置数显角度测量仪，用于测量所述红外测距仪的竖向倾角。

2.如权利要求1所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，其特征在于，所述监测主体还包括监测外壳，所述红外测距仪和角度转动控制单元均设置在所述监测外壳内；所述监测外壳的正视外表面设置水平转角刻度尺；

所述角度转动控制单元包括角位移控制传感器、角度转换定时器、角度位移转动轴；

所述红外测距仪通过所述角度位移转动轴嵌于所述监测外壳内部，通过所述角位移控制传感器和角度转换定时器实现红外测距仪绕所述角度位移转动轴的定时转动。

3.如权利要求2所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，其特征在于，所述红外测距仪的水平转动角度范围为45°～-45°。

4.如权利要求3所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，其特征在于，所述红外测距仪包括测距仪镜头、位移数据存储器和位移数据发射器；所述测距仪镜头为所述红外测距仪投射红外激光的出口；所述位移数据存储器用于记录测距仪镜头到巷帮的测量距离和测距仪转动转角数据；所述位移数据发射器用于实现无接触的数据接收和传输；

所述位移数据储存器和位移数据发射器分别布置在所述红外测距仪的正视外表面的上、下角位置。

5.如权利要求1所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，其特征在于，所述圆轮螺孔每隔15°转角均匀分布在所述连接圆轮的圆周上。

6.如权利要求1-5任一项所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，其特征在于，所述金属杆体远离所述连接圆轮的一端设置有环形螺纹。

7.一种区域多点连续测量的巷道表面位移监测方法，其特征在于，使用如权利要求4所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测装置，所述监测方法包括如下步骤：

S1、巷道掘进断面形成后，在位于巷道帮部顶板设定距离的位置，垂直岩体钻取深度安设孔；

S2、连接圆轮通过圆轮连接套与监测外壳连接，连接圆轮与金属杆体焊接连接，所述监测装置连接成整体；将所述监测装置的金属杆体尾端插入所述深度安设孔内，借助连接圆轮的圆轮螺孔初步设定红外测距仪的竖向倾角α；

S3、记录数显角度测量仪测定的竖向倾角α；通过角位移控制传感器和角度转换定时器分别设定间隔时间内的水平转角β和间隔时间t，其中角位移控制传感器和角度转换定时器共同控制红外测距仪绕角位移转动轴每隔间隔时间t依次转过角度β，在扫描的水平偏45°和-45°的转角过程中，每转动β角度红外测距仪实现巷帮测量距离L′和水平转角β的记录和存储，通过位移数据发射器实现无接触的数据接收和传输；其中L′为红外测距仪测定的到巷帮的距离；

S4、红外测距仪水平转角每扫描45°～-45°的过程为一个计算当量，根据记录数据进行当量水平距离L的计算；对比不同时刻当量水平距离L的差为巷道该时间内的当量位移收敛量；进一步求得当量位移收敛速率。

8.如权利要求7所述的区域多点连续测量的巷道表面位移监测方法，其特征在于，步骤S4中，所述当量水平距离L的计算方法为：

a.红外测距仪的竖向倾角为α，水平方向的每次移动转角为β，初始记录位置为-45°点，每组的转动次数为2n，每转动角度β时，依次记录的巷帮测量距离L′分别为L₁′，L₂′，L₃′，L_i′…，1≤i≤n；首先通过水平转角计算水平转换距离L_i水平′，计算公式为：

-45°～0°时满足公式(1)

0°～45°时满足公式(2)L′_i水平＝L′_i×cos(iβ)；

b.水平转换距离L_i水平′与巷帮水平距离L_i的关系公式(3)为：L_i＝L′_i水平cosα；将记录的多点巷帮水平距离L_i求和取平均得到该组当量水平距离L，通过前后不同组的当量水平距离的差获得巷帮的收敛量，收敛量与时间的比值获得巷帮收敛速率。