[发明专利]一种可视化顶板离层监测系统及方法

说明书

本发明提供了一种可视化顶板离层监测系统及方法，涉及矿用设备技术领域。该系统包括锚杆探头结构、巷道下位机和地面服务器，地面服务器和巷道下位机之间通讯，设置交换机接入多个下位机，下位机与锚杆探头相连；锚杆探头结构包括摄像单元、传动单元和照明单元，传动单元驱动摄像单元移动拍照，摄像单元拍照后将照片传输至巷道下位机分类存储。利用该系统可以对离层处进行图像采集，还可以上传到服务器进行存储，实现地面观测巷道顶板离层宽度和离层的深度，该系统通过优化控制系统和监测方法具有了更好的鲁棒性，另外还具有自动化程度高、功能性好等优点。

技术领域

本发明涉及矿用设备技术领域，尤其是一种可视化顶板离层监测系统及方法。

背景技术

煤矿开采过程中，巷道顶板岩层会发生离层、下沉移动，若离层量达到一定值则极有可能引发矿难，而顶板离层仪可以监测顶板离层量，为巷道顶板的二次支护提供参数依据，可以有效的预防煤矿事故的发生。

现有技术中，煤矿巷道内的顶板离层仪主要是机械式和电子式。机械式顶板离层仪测量误差大、数据传输低效。电子式顶板离层仪是将离层量转化成电信号输出，目前广泛采用的电子式顶板离层仪功能单一，只能显示顶板离层量，而对顶板内岩层的具体离层位置和离层情况无法进行可视化形象的监测，这对研究顶板离层规律变化，以及进一步分析煤矿事故灾害和预警造成了困难。现有的监测设备在精确描述巷道顶板的离层位置、离层情况存在缺陷，不能对离层的位置及变化情况进行分析。

发明内容

为了更加精确具体的对巷道顶板的离层位置、离层情况进行监测，提升监测系统的自动化程度、鲁棒性和功能性，本发明提供了一种可视化顶板离层监测系统及方法，具体的技术方案如下。

一种可视化顶板离层监测系统，包括锚杆探头结构、巷道下位机和地面服务器，所述地面服务器和巷道下位机之间交换传输数据，设置交换机接入多个巷道下位机，巷道下位机与锚杆探头相连；所述锚杆探头结构包括摄像单元、传动单元和照明单元，所述传动单元驱动摄像单元移动拍照或录像，照明单元设置电源供电线路，摄像单元拍照后将照片或视频传输至巷道下位机分类存储；所述巷道下位机包括输入单元、控制单元、驱动单元和显示单元，输入单元连接控制板，控制板连接电机驱动板、继电器模块和显示屏，电机驱动板和继电器模块连接锚杆探头。

优选的是，地面服务器包括服务器主机、以太网交换机和显示屏，服务器主机连接以太网交换机和显示屏。

还优选的是，锚杆探头的本体为管缝锚杆结构，摄像单元的摄像头正面面向管缝位置。

一种可视化顶板离层监测方法，利用上述的一种可视化顶板离层监测系统，在巷道内布置1个以上的锚杆探头结构，地面服务器信号连接控制锚杆探头结构；地面服务器根据巷道下位机的数量、巷道工况设定运行参数，并设置下位机的设备名称和IP地址，地面服务器切换控制不同的锚杆探头结构，并切换锚杆探头结构的控制模式。

进一步优选的是，巷道下位机的控制单元设置电机的运行速冻、电机脉冲数、电机步进距离、传动机构导程、运行间隔时间、自动拍照次数、自动模式或手动模式选择。

进一步优选的是，手动模式的控制下，地面服务器实时控制巷道下位机，手动控制摄像单元升降，手动拍摄并保存照片；所述自动模式的控制下，照明单元配合摄像单元工作，传动单元带动摄像单元位移至设定的距离后停止运行，摄像单元拍照并保存，重复移动和拍照至取得设定数量的照片，摄像单元返回原点位置，并保存全程观测的图片或视频文件到巷道下位机；按照设定的时间间隔重复自动模式控制的移动和拍照过程。

进一步优选的是，电机的步进距离计算出照片的拍摄深度，深度信息保存在照片或视频文件中；所述巷道下位机根据日期、巷道位置保存照片。

进一步优选的是，控制单元通过向驱动电源发射脉冲实现对电机的控制，通过继电器实现对照明单元启闭的控制，通过HDMI接口输出图像到显示单元，同时接收来自接近开关的信号判断摄像头是否回到原点，控制单元内装有嵌入式系统，输入单元用鼠标键盘进行控制操作。