超层越界开采监察装置

摘要

本发明涉及井下矿山超层越界开采监察技术和矿井巷道开拓及矿井巷道三维模型构建领域，具体为一种超层越界开采监察装置，包括监察终端和服务器，所述监察终端与服务器无线连接。该装置能够在井下快速定位，测出监察终端所在位置的经度、纬度以及采深，并测出移动轨迹，通过对巷道断面进行测量，构建出巷道三维模型，并自动比对设计矿图，得出超层越界结果。相较于现有技术，本方案在检测巷道断面形成巷道三维图的同时，还实现了对监察终端的快速精准定位，克服了无线信号在井下传输衰减大，难以通过GPS等卫星信号进行定位的不利因素。

说明书

技术领域

本发明涉及井下矿山超层越界开采监察技术和矿井巷道开拓及矿井巷道三维模型构建领域，具体为一种超层越界开采监察装置。

背景技术

煤矿开采过程中，越界开采行为的范围包括两种情况：一是超越平面上批准的范围越界开采，即平常所说的“越界开采”；二是超越标高上批准的范围越界开采，即平常所说的“超层开采”。而超层越界作为矿区重大安全隐患的其中一项，其开采既破坏和浪费了宝贵的矿产资源，又扰乱了正常的矿产资源开发秩序，同时也带来了很大的安全隐患。超层越界开采会造成严重的安全生产事故：由于超层越界开采形成大规模地压，进而冲击地下顶板，导致大规模坍塌，引发事故。并且许多老矿区往往有大水体存在，由于越界开采将地下水贯通，极易形成淹井事故。此外，超层越界开采还容易使得煤矿通风系统遭到破坏，含有一氧化碳、二氧化碳的污风将四处飘散，从而导致瓦斯浓度过高，引发爆炸事故。且超层越界开采在地下大范围沟通，还易造成大范围地表建筑物破损，对于公路、铁路等交通设施破坏极大。

目前对超层越界的检查，主要是采用全站仪进行测量，再配合现有的井下坐标快速定位技术以快速准确获取井下位置坐标，从而判断是否出现超层越界开采行为。但是全站仪的测量方式过于耗时耗力，井下坐标快速定位技术也由于煤矿井下环境的特殊性，无线信号传输衰减大，使得在地面广泛使用的GPS等卫星信号不能覆盖煤矿井下巷道，无法使用。因此，现在亟需一种能够在快速定位的同时对巷道断面进行精准检测的超层越界开采监察装置。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于现有亟需一种能够在快速定位的同时对巷道断面进行精准检测的超层越界开采监察装置。

本发明提供的基础方案：超层越界开采监察装置，包括监察终端和服务器，所述监察终端与服务器无线连接，所述监察终端包括断面测定模块、高度测量模块、惯性测量模块和通信模块，所述服务器包括惯性导航模块和三维构建模块；

所述通信模块用于和服务器建立无线连接；

所述断面测定模块用于测量巷道的断面数据；

所述高度测量模块用于测量及修正监察终端的高度数据；

所述惯性测量模块用于测量监察终端三轴姿态角以及加速度；

所述通信模块还用于将测量的数据上传至服务器；

所述惯性导航模块用于根据检查中断的高度数据、三轴姿态角以及加速度生成监察终端的定位信息；

所述三维构建模块用于根据定位信息以及断面数据构建巷道三维图。

本发明的原理及优点在于：本方案通过测定巷道断面数据以及监察终端的高度数据，来实现对巷道信息的采集，再通过惯性导航技术采集监测终端的运动轨迹，从而实现对监察终端的实时定位，最后通过通信模块将数据上传到服务器后，结合定位信息与各个位置的巷道信息，构建出巷道三维图，从而实现对巷道情况的监测，辅助用户对超层越界开采行为进行分析判断。相较于现有技术，本方案在检测巷道断面形成巷道三维图的同时，还实现了对监察终端的快速精准定位，克服了无线信号在井下传输衰减大，难以通过GPS等卫星信号进行定位的不利因素。

进一步，所述服务器还包括定位辅助模块，所述定位辅助模块包括若干信标点；所述定位辅助模块用于通过信标点进行定位误差修正以及辅助即时定位。

有益效果：通过引入信标点与监察终端构成无线连接，以此来对监察终端长时间累积的定位误差进行修正的同时，还能够起到辅助即时定位的作用。

进一步，所述服务器还包括漂移修正模块，所述漂移修正模块用于通过人体步态识别和零速修正对定位产生的漂移误差进行修正。

有益效果：通过人体步态识别和零速修正能够有效降低惯性导航随时间的漂移误差，提高定位精度。

进一步，所述监察终端还包括初始定位模块，所述初始定位模块用于采集监察终端的初始定位信息。

有益效果：现有的高精度的GPS/北斗定位测向基准目前定位精度可达厘米级，测向精度达0.1°，因此基于下井前定位模块提供的定位测向基准，能够有效提高定位精度。

进一步，所述服务器还包括轨迹回放模块，所述轨迹回放模块用于根据监察终端的定位信息生成其运动轨迹。

有益效果：通过轨迹回放模块，帮助用户获取监察终端在井下的运动轨迹，防止巷道情况的检测与分析出现遗漏。

进一步，所述服务器还包括超层越界分析模块，所述超层越界分析模块中存储有设计矿图，所述超层越界分析模块用于根据设计矿图和巷道三维图得出超层越界结果。

有益效果：通过对比设计矿图与巷道三维图，判断是否存在超层越界，帮助用户进行分析，减少了用户工作量。

附图说明

图1为本发明超层越界开采监察装置实施例一的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

具体实施过程如下：

实施例一

实施例一基本如附图一所示，超层越界开采监察装置，包括监察终端和服务器，所述监察终端与服务器无线连接，该装置能够在井下快速定位，测出监察终端所在位置的经度、纬度以及采深，并测出移动轨迹，通过对巷道断面进行测量，构建出巷道三维模型，并自动比对设计矿图，得出超层越界结果。

具体的，所述监察终端包括初始定位模块、断面测定模块、高度测量模块、惯性测量模块和通信模块；所述服务器包括惯性导航模块、三维构建模块、定位辅助模块、漂移修正模块、轨迹回放模块和超层越界分析模块。

本实施例中，因初始对准精度直接制约着导航的定位精度，因此所述初始定位模块采用定位精度达到厘米级，测向精度达到0.1°的高精度的北斗定位技术，基于下井前北斗的定位测向基准进行初始对准，为惯导解算提供初始姿态矩阵。

所述断面测定模块采用激光断面仪，通过激光器向目标发射激光，再使用探测器接收返回的激光信号，之后将接收的激光信号通过放大滤波和比较整形后获取到目标距离，由此通过激光测距技术完成对巷道断面的数据测定。此外，高度测量模块采用高度仪，用以测量及修正监察终端的高度数据。

所述惯性测量模块用于测量监察终端的三轴姿态角(角速率)以及加速度；本实施例中的惯性测量模块包括了三轴的加速度计和三轴的陀螺，加速度计检测监察终端的加速度信号，而陀螺检测监察终端的角速度信号，并根据监察终端在三维空间中的角速度和加速度来解算出物体的姿态。

监察终端将采集的数据通过通信模块上传至服务器，具体的，初始定位模块通过北斗定位测向获取到位置和航向等信息，惯性测量模块获取到监察终端的航向、姿态角度和速度，断面测定模块中通过激光器测得A\B点距离测量，高度测量模块采集的高度数据；以上数据进入服务器后，通过惯性导航模块进行信息融合解算获得待测坐标值，由此生成定位信息。此时，本实施例中，定位辅助模块包括了若干信标点，定位辅助模块通过信标点与监察终端之间的距离信息对监察终端进行辅助即时定位，同时还能对装置的长时间累积定位误差进行修正，由此提高定位的精准度。

此外，由于惯性导航的定位精度存在着随时间降低的漂移问题，所以本实施例中设有漂移修正模块，所述漂移修正模块采用人体步态识别、零速修正以及激光测距的方式对速度和姿态信息进行修正，由此降低惯性导航随时间产生的漂移误差，提高定位精度。

所述三维构建模块用于根据监察终端传输的定位信息、断面数据以及高度数据结合三维快速定位，构建巷道三维图。所述轨迹回放模块用于根据监察终端的定位信息生成其运动轨迹，所述轨迹回放模块能够回放出监察终端在井下的运动轨迹。所述超层越界分析模块用于根据设计矿图和巷道三维图得出超层越界结果，所述超层越界结果包括正常、超层、越界以及超层越界四种分析结果。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。