[发明专利]一种深部矿井大断面硐室变形智能监测系统及方法

权利要求书

1.一种深部矿井大断面硐室变形智能监测系统的监测方法，其特征在于：包括信号收发射装置(1)、转动控制装置(2)、水平旋转墩(3)、升降柱(4)、底座(5)和控制装置(6)，所述信号收发射装置(1)安装在转动控制装置(2)上，所述转动控制装置(2)安装在水平旋转墩(3)上，所述水平旋转墩(3)安装在升降柱(4)上，所述升降柱(4)安装在底座(5)上，所述信号收发射装置(1)、转动控制装置(2)、升降柱(4)分别与控制装置(6)通信连接；

所述转动控制装置(2)包括转动控制板一(21)、转动控制板二(22)、连接板(210)、竖直转动机构和水平传动机构，连接板(210)一端连接在转动控制板一(21)上，另一端连接在转动控制板二(22)上，所述信号收发射装置(1)位于转动控制板一(21)、转动控制板二(22)之间；

所述竖直转动机构包括竖直转动齿轮一(23)、竖直转动齿轮二、竖直传动齿轮一(24)、竖直传动齿轮二、竖直转动驱动马达一(25)、竖直转动传动轴一(29)、竖直转动传动轴二，所述竖直转动齿轮一(23)、竖直传动齿轮一(24)、竖直转动驱动马达一(25)安装在转动控制板一(21)上，且所述竖直转动齿轮一(23)、竖直传动齿轮一(24)均通过轴承与转动控制板一(21)转动连接；所述竖直转动齿轮二、竖直传动齿轮二安装在转动控制板二(22)上，且所述竖直转动齿轮二、竖直传动齿轮二均通过轴承与转动控制板二(22)转动连接；所述竖直转动传动轴一(29)一端与竖直转动齿轮一(23)传动连接，另一端固定在信号收发射装置(1)一侧上；所述竖直转动传动轴二一端与竖直转动齿轮二传动连接，另一端固定在信号收发射装置(1)另一侧上，所述竖直转动驱动马达一(25)均与竖直传动齿轮一(24)、竖直传动齿轮二传动连接，所述竖直转动齿轮一(23)与竖直传动齿轮一(24)啮合传动连接；而所述竖直转动齿轮二与竖直传动齿轮二啮合传动连接；

所述水平传动机构包括水平传动齿轮一(26)、水平传动齿轮二、水平转动驱动马达(27)、水平转动齿轮一(28)、水平转动齿轮二；所述水平传动齿轮一(26)、水平转动齿轮一(28)、水平转动驱动马达(27)安装在转动控制板一(21)上，且所述水平传动齿轮一(26)、水平转动齿轮一(28)通过轴承与转动控制板一(21)转动连接；所述水平传动齿轮二、水平转动齿轮二安装在转动控制板二(22)上，且所述水平传动齿轮二、水平转动齿轮二通过轴承与转动控制板二(22)转动连接；所述水平转动驱动马达(27)均与水平传动齿轮一(26)、水平传动齿轮二传动连接，所述水平传动齿轮一(26)与水平转动齿轮一(28)啮合传动连接，所述水平传动齿轮二与水平转动齿轮二啮合传动连接；所述水平旋转墩(3)的上表面设置有圆形水平旋转齿轮槽(31)，所述水平转动齿轮一(28)、水平转动齿轮二均与水平旋转齿轮槽(31)啮合传动连接；

包括以下步骤：

步骤1，在煤矿地下工程硐室内选取两个以上的相邻监测断面，确定深部矿井大断面硐室变形智能监测系统的放置位置，将其固定好，通过控制装置(6)上控制按键(62)中水平和竖直转动按键(622)调节信号收发射装置(1)初始水平和竖直方位，通过所述控制装置(6)上控制按键(62)中升降柱升降按键(621)调节信号收发射装置(1)的高度，确定初始信号发射方位以及初始坐标O(0,0,0)；

步骤2，选定预设断面开始监测，通过控制按键(62)中开启/关闭记录装置监测过程按键(623)开启记录装置监测过程，同时经控制按键(62)中开启/关闭扫描监测按键(624)开启扫描监测，此时信号传输线路(64)控制信号收发射装置(1)上超声波/激光发射器(11)发射超声波或者激光信号，通过记录发射与接收到信号时长及装置尺寸可以确定硐室表面P₀点离信号收发射装置(1)中心位移L₀，通过陀螺仪(13)确定硐室表面P₀与水平面夹角α，水平面投影与x轴正方向夹角β，则确定P₀的坐标为(x₀,y₀,z₀)，其中：

x₀＝L₀cosαsinβ

y₀＝L₀sinα

z₀＝L₀cosαsinβ

当初始坐标变换时，初始坐标O(0,0,0)变为O’(x’,y’,z’)，测量得到O’(x’,y’,z’)坐标的实际值，此时对于监测点P₀(L₀cosαsinβ,L₀sinα,L₀cosαsinβ)，相对于以O(0,0,0)为原点的原坐标系的坐标P’₀为(x’₀,y’₀,z’₀)，其中：

x’₀＝L₀cosαsinβ-x’,

y’₀＝L₀sinα-y’,

z’₀＝L₀cosαsinβ-z’；

同理，按照预定的监测断面，通过控制按键(62)中扫描设定按键(625)设定信号收发射装置(1)变化角度，以及超声波/激光发射器(11)发射信号时机，继续自动确定P₁,P₂…P_n的坐标，将这些坐标处理后依次连线显示于显示器(61)上；

步骤3，按照步骤2中的方法，依次监测其他断面,显示于显示器(61)上；

步骤4，通过控制按键(62)中开启/关闭记录装置监测过程按键(623)停止记录装置监测过程，然后同样通过控制按键(62)中读取装置监测过程按键(626)读取装置监测过程。