一种巷道变形监测方法技术

一种巷道变形监测方法，采用固定于巷道顶部的三维激光扫描仪从左到右，从上到下矩阵式扫描，根据多次扫描的数据的质量和特征对原始点云数据进行预处理；提取第一次与以后的位置固定的巷道基准坐标标志点的点数据X、Y、Z，通过做差计算出三维激光测距仪在坐标中位移量X

A method of tunnel deformation monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种巷道变形监测方法
本专利技术涉及矿产开采领域，涉及煤炭开采，尤其涉及一种巷道变形监测方法。
技术介绍
煤炭是我国主要的一次性消费能源，关乎国民经济的持续发展，煤炭的大规模开采和利用，产生巨大效益的同时也带来了严峻的安全隐患，开采导致的围岩应力变化引起的巷道变形，表现出来的顶板垮落、突水溃沙、瓦斯突出等事故越发严重，已是威胁矿井安全的重大隐患。目前巷道变形的主要检测方法为十字交叉测量、井下全站仪测量、激光测距仪测量，这些测量方法只针对某一点的收敛量的统计，无法测得所有点收敛量，同时需要耗费大量人工。随着矿井少人无人智能化的发展，这种技术在巷道监测中有明显的技术优势。
技术实现思路
为克服现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种巷道变形监测方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种巷道变形监测方法，包括以下步骤：1)采用固定于巷道顶部的三维激光扫描仪从左到右，从上到下矩阵式扫描，得到扫描数据；2)根据多次扫描的数据的质量和特征对原始点云数据进行预处理；3)将预处理的点云数据坐标，保存格式为X、Y、Z；提取第一次与第一次之后位置固定的巷道基准坐标标志点的点数据X、Y、Z，通过做差计算出三维激光测距仪在坐标点中位移量Xo、Yo、Zo；对三维激光扫描仪坐标进行校准，即对第一次之后预处理的点数据云变换，变换成[X+Xo、Y+Yo、Z+Zo]，将变换后的点数据与第一次预处理的数据做差，得到巷道四周的变形量。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，扫描数据包括巷道坐标点数据。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，预处理包括点云数据分割，点云数据去噪以及混杂点、误差点去除。本专利技术进一步的改进在于，点云数据分割的具体过程如下：按照对点云数据的空间、纹理、几何特征进行划分，使得具有相似特征或语义的点云数据划分到一起。本专利技术进一步的改进在于，点云数据去噪的具体过程如下：对点云数据中的飘移点、孤立点、冗余点通过3DReshaper软件进行去噪处理。本专利技术进一步的改进在于，混杂点、误差点去除的具体过程如下：对点云数据中的混杂点、误差点根据迭代最近点算法进行去除。本专利技术进一步的改进在于，巷道基准坐标标志点通过以下过程设置：首先采用内径为300～350mm的钻杆在煤层底板打孔至稳定基岩，再下入套管至稳定基岩上部，进行护壁，钻孔中心竖直设置有钢杆，钢杆底端固定在稳定基岩上，钢杆另一端设置十字标，作为基准坐标标志点。本专利技术进一步的改进在于，钻杆的内径为300～350mm，套管的直径为280～330mm。本专利技术进一步的改进在于，套管内填充泡沫，套管顶部设置有铁片盖。本专利技术进一步的改进在于，钢杆的高度比套管高30～40mm。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：1)可测量巷道所有点的收敛量。首次将三维激光扫描仪应用于煤矿井下自动测量，可对巷道全断面扫描，与一般方法相比，可做到巷道所有点变形量数据。2)对环境适应能力强。本方法测量为激光扫描，无需光源，对巷道变形严重，人无法到达区域可精准测量，井下测量效果好。3)减少人工成本。该方法无需人工监测，三维激光扫描仪可自动设置自行实时测量，测量数据可自行存储，后期提取统一处理。并且可对数据进行三维建模，对巷道变形的情况进行分析监测。本专利技术在少人无人智能化煤矿工作面使用中具有很大的优势。进一步的，提供稳定坐标点。因巷道在采煤扰动下四周均在变形，无法提供一个稳定的坐标点，本专利技术以稳定基岩为基础，设置位置固定的基准坐标标志点，为巷道提供了一个稳定的坐标点。附图说明图1为本专利技术的坐标标志点设置示意图；附图标记：1-套管，2-钢杆，3-锚固剂，4-泡沫，5-十字标，6-铁片盖，7-巷道与活动基岩的界面，8-活动基岩与稳定基岩的界面。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术包括以下步骤：1)设置巷道基准坐标标志点：参见图1，巷道与活动基岩的界面7上方为巷道，下方为活动基岩，活动基岩与稳定基岩的界面8上方为活动基岩，下方为稳定基岩。首先采用内径为300～350mm的钻杆在巷道底板打孔至活动基岩与稳定基岩的界面8下部240～300mm，再下入280～330mm的套管1至活动基岩与稳定基岩的界面8上部50～100mm进行护壁，钻孔中部采用一根不可变形的钢杆2，钢杆2长度以巷道下稳定基岩位置而定，一般为4～12m，钢杆2底部采用锚固剂3固定在活动基岩与稳定基岩的界面8下部，另一端设置醒目的十字标5作为标记，即基准坐标标志点；套管1内采用泡沫(聚乙烯泡沫塑料PE)4填充，套管1顶部采用铁片盖6住孔口。其中套管1和钢杆2均高出地面50～100mm，钢杆2的高度高于套管30～40mm。2)三维激光扫描仪固定在固定器上，并且三维激光扫描仪外部设置有防尘外壳，使固定于巷道顶部的三维激光扫描仪从左到右，从上到下矩阵式扫描，得到扫描数据，扫描数据包括设立的巷道坐标点数据，扫描数据实时存入设备的硬盘中。将多次扫描的数据从硬盘中提取，提取的数据导入到徕卡Infinity管理软件。3)根据多次扫描的数据的质量和特征对原始点云数据进行必要的预处理，包括点云数据分割，点云数据去噪，混杂点、误差点去除。点云数据分割：按照对点云数据的空间、纹理、几何特征进行划分，使得具有相似特征或语义的点云数据划分到一起。在后续建模场景理解或逆向工作中，对同类点云数据相关点云滤波、特征提取、三维表面重建等多种处理。点云数据去噪：对对点云数据中的飘移点、孤立点、冗余点在后处理软件(3DReshaper)通过人机交互方式去噪处理。混杂点、误差点去除：对点云数据中的混杂点、误差点根据云数据特征相关算法(迭代最近点算法(ICP)及其改定算法)进行去除。4)将预处理的点云数据坐标，保存格式为X、Y、Z。提取前后多次巷道基准坐标标志点的点数据X、Y、Z，通过第一次之后一次与第一次的巷道基准坐标标志点的点数据做差计算出三维激光测距仪在坐标点中位移量Xo、Yo、Zo。对三维激光扫描仪坐标进行校准，即对第一次以后的一次预处理的点数据云整体变换，变换成[X+Xo、Y+Yo、Z+Zo]。将变换后的点数据与第一次预处理的数据做差，即求出巷道四周的变形量。比如，提取第一次与第三次之后位置固定的巷道基准坐标标志点的点数据X、Y、Z，通过做差计算出三维激光测距仪在坐标点中位移量Xo、Yo、Zo；对三维激光扫描仪坐标进行校准，即对第三次之后预处理的点数据云变换，变换成[X+Xo、Y+Yo、Z+Zo]，将变换后的点数据与第一次预处理的数据做差，得到巷道四周的变形量。第三次也可以替换为第一次之后的任意一次。其中，X表示扫描仪至基准坐标标志点X方向坐标，Y表示扫描仪至基准坐标标志点Y方向坐标，Z表示扫描仪至基准坐标标志点Z方向坐标，Xo表示扫描仪至基准坐标标志点X方向变化量，Yo表示扫描仪至基准坐标标志点Y方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巷道变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)采用固定于巷道顶部的三维激光扫描仪从左到右，从上到下矩阵式扫描，得到扫描数据；/n2)根据多次扫描的数据的质量和特征对原始点云数据进行预处理；/n3)将预处理的点云数据坐标，保存格式为X、Y、Z；提取第一次与第一次之后位置固定的巷道基准坐标标志点的点数据X、Y、Z，通过做差计算出三维激光测距仪在坐标点中位移量X

【技术特征摘要】
1.一种巷道变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用固定于巷道顶部的三维激光扫描仪从左到右，从上到下矩阵式扫描，得到扫描数据；
2)根据多次扫描的数据的质量和特征对原始点云数据进行预处理；
3)将预处理的点云数据坐标，保存格式为X、Y、Z；提取第一次与第一次之后位置固定的巷道基准坐标标志点的点数据X、Y、Z，通过做差计算出三维激光测距仪在坐标点中位移量Xo、Yo、Zo；对三维激光扫描仪坐标进行校准，即对第一次之后预处理的点数据云变换，变换成[X+Xo、Y+Yo、Z+Zo]，将变换后的点数据与第一次预处理的数据做差，得到巷道四周的变形量。


2.根据权利要求1所述的一种巷道变形监测方法，其特征在于，步骤1)中，扫描数据包括巷道坐标点数据。


3.根据权利要求1所述的一种巷道变形监测方法，其特征在于，步骤2)中，预处理包括点云数据分割，点云数据去噪以及混杂点、误差点去除。


4.根据权利要求3所述的一种巷道变形监测方法，其特征在于，点云数据分割的具体过程如下：按照对点云数据的空间、纹理、几何特征进行划分，使得具有相似特征或语义的点云数据划分到一起。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美乐，王苏健，黄克军，韩磊，薛卫峰，边海清，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61