[发明专利]一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法

摘要

本发明公开了一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，包括以下步骤记录多组典型岩石钻进速度；在锚杆钻机安装高频激光发射器、激光接收器、数据存储器和反光板；在锚杆钻机的钎杆钻进过程中，记录每一次激光束发射与接收的时间差；根据激光测距原理，可分别计算出相邻两次激光测距过程中的平均钻速；通过激光脉冲测量的钎杆钻进的平均速度，分析计算顶板各岩层的岩性及厚度。本发明采用激光测距，精确度高，设备简单，可靠性好，安装便利，成本低，易于推广。

主权项

一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：a)首先在地面对不同岩性岩石样本进行实钻,记录多组典型岩石钻进速度；b)在巷道打顶板锚杆之前，先在锚杆钻机的伸缩气缸下端的顶锥上安装机壳，在机壳内安装高频激光发射器、激光接收器和数据存储器，在锚杆钻机的外缸筒上安装反光板；c)启动锚杆钻机和高频激光发射器，在锚杆钻机的钎杆钻进过程中，高频激光发射器发射高频激光束，激光束通过反光板反射并被激光接收器接收，假设一共发射并接收N次激光束，记录每一次激光束发射与接收的时间差T1、T2、T3…TN，并通过数据存储器存储记录数据，钎杆钻进结束后关闭高频激光发射器；d)重复b、c，直至完成一定区域的锚杆支护；e)锚杆支护结束后通过数据线接口把数据存储器存储的数据输出到外部设备，根据激光测距原理，可分别计算出相邻两次激光测距过程中的平均钻速，计算步骤如下：第1次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D1＝C×T1/2，其中，C为激光传播速度；第2次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D2＝C×T2/2；第3次激光脉冲测量的激光发射器和反光板之间的距离D3＝C×T3/2；第1次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V1＝(D2‑D1)/(T0+T2/2‑T1/2)，其中，T0为相邻两次激光束发射时间差；第2次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V2＝(D3‑D2)/(T0+T3/2‑T2/2)，按照以上平均钻速计算步骤，依次计算第3次激光测距和第2次激光测距过程中的平均钻速V2、第4次激光测距和第3次激光测距过程中的平均钻速V3…第N次激光测距和第N‑1次激光测距过程中的平均钻速Vn‑1；f)不同岩性的岩石钻进速度是不一样的，同一岩性的岩石钻进速度会停留在某一段时间范围内，当顶板出现岩性变化时，钻进速度往往会出现阶梯形的变化，基于此，通过激光脉冲测量的钎杆钻进的平均速度，分析计算顶板各岩层的岩性及厚度，具体步骤如下：对V1、V2、V3…Vn‑1进行分组，将数值接近并且在连续时间内的平均速度值分为一组，共分为M组，其中M为顶板岩层的层数；计算第一组平均速度值的均值Vm1，将Vm1与典型岩石钻进速度进行对比，数值接近的即可认定为是第一层岩层的岩性岩性；计算第一层岩层厚度δ1＝Vm1×Nm1×T0，其中Nm1为第一组平均速度值的个数；按照以上分析计算顶板各岩层的岩性及厚度的具体步骤，依次获得第2至第M层岩层的岩性及岩层厚度。