立井井筒变形测量检测方法研究

立井井筒变形测量检测方法研究

康立东

中煤第五建设有限公司第三工程处   江苏 徐州 221000

摘要：井壁破裂理论分析表明，无论造成井壁变形的原因是什么，损伤都是逐渐破坏的过程。通过早期监测，可以采取有效措施，防止重大事故和财务损失。由于井筒变形难以检测，建议摄影测量反映变形的图像，通过内部视觉测量确定观测点的空间坐标，并将变形状态与初始值和设计值进行比较，找出变形规律及状况。

关键词：井筒变形；测量摄像

近年来，特别是在我国东部地区，出现了一种新型的地质采矿灾害井筒非采动变形，即煤矿的变形、倾斜、断裂(井筒和邻近工业区对煤柱有足够的保护)，严重影响了矿山的安全。

一、井筒检测技术分析

1.静态测试法。静态测试法是在井筒中的提升装置静止或缓慢运行时，具体的检测方法分为两种。几何测距法，几何测距法即钢丝定向法是利用井简内钢丝锤球构建基准，导线传递原理是用来获取基准参照坐标的，通过分析基准坐标的变化来确定井筒变形，但是这种方法在传递特性坐标时受外界条件的影响，测量结果有一定的误差。专业仪器法，由于地下GPS信号缺乏，能见度低，多方位测量系统已成为垂直井筒研究的趋势，引发了井筒变形检测方法的研究。根据罐道测斜仪立井井筒特性，结合矿山的经验，利用罐道测斜仪可以有效地测量偏斜和曲率，精度满足立井井筒监测的要求，根据井壁的弹性预测模型，监测罐道壁，实时测量井筒变形。

2.动态检测法。根据运行中罐笼的相应震动位置分析罐道状态，确定故障罐道位置和类型，并根据相关数据的分析来进行井筒的维护。内部研究人员仔细研究了动态测试方法。设备规划和井筒控制的使用为检查运行状态提供了重要基础。对于冲撞，非线性和凸出模型运行期间罐笼运行，加速罐笼评估安全性的标准，将消除罐笼的振动信号，并分析所产生的加速度以诊断罐笼。提出了一种基于遗传算法和支持向量诊断方法，经验表明该方法的诊断速度为93%，能有效识别故障类型。

二、系统主要的工作流程和原理

1.系统的原理简介。该系统使用摄影测量，使用防爆相机来识别和处理相邻的立体像。这些影像在顺序拼接，来自同一台相机的拍摄。罐道等特殊设备使用三维测量原理来测量深度方向，以提取罐道坐标。通过比较不同时间段的图像和测量坐标，可以检测到井筒内井壁的危险位置和变化。

2.工作流程。罐笼平台配备防爆相机，罐道配备编码器，提供位置信息和曝光数据;固定同步传感器和控制传感器，检查是否正常，调整开关速度，确认无移位误差;在井口上方和下方放置几个精确的图像点，以确保进一步的数据处理;整个系统是自上而下的，摄像头显示并存储图像和位置数据，提供自定义图像和位置数据的编码器，每次传输后接收图像和位置数据;图像数据采集后，使用图像控制软件进行图像处理，过程原理是图像测量原理;环形图像数据的后处理数字化井筒模型;通过分析观察，可以对数据进行分析。例如，转换的准确性可以通过连续和重复的观察来确定，这些观察表明在一段时间内的不同时间点存在安全风险。故障线应在系统运行期间单独观测，它也可以手动曝光，用于专业分析和测量。

三、系统功能

1.为了检查井筒壁破损和裂缝。淋水、污染或其他原因，井壁结构可能会逐渐变化，检查员可以根据井壁结构的变化来确定其完整性。通过图像分析，巡检人员可以快速浏览，深入和比较关键区域，并在很大程度上识别纹理变化。

2.检查罐道梁变形。罐梁因劳而变形，对上下人员构成重大威胁，包括物理和几何变化。延长线沿着罐梁方向，几何形状将变成两个垂直的正方形，这将成为基于一系列图像的几何分析形变。主要的物理识别是罐梁的结构，软件通过对罐粱结构分析为技术人员提供有关罐梁完整性的数据。

3.检查井壁变形。井壁不仅有裂缝和其他破损，而且它们也可以变形，我们可以根据要求像片可以按顺序或环形，并且可以根据特定要求转换为3D模型;井筒长期累积数据可应用于多个时间段的空间比较。特别是，跟踪某些特征的纹理或是发现井筒形状的新方法。

4.检查其他设备。收集的图像数据有助于清楚地确定设备的完整性和运行状态的质量，这有助于在井筒巡检设备。

四、系统运行关键技术及可行性

采用竖井井筒系统，维修人员在巡检过程中不会进行下井检测，系统设备自动运行，达到自动下井检测的目的，该系统的自动化程度很高。自动检测罐道与罐梁并检查井壁及井筒的特征，系统数据采集时间短，检查和安装过程对矿井生产影响不大。该装置满足防爆要求，操作简单，可靠。曝光时间差≤10ms，分辨图像率≤lmm，目标变化率2～5mm，处理快速巡检时间≤1h，速度高达8m/s，即可以在正常罐笼活动时收集巡检数据。

1.系统的主要技术。定点曝光，在检测井筒期间，必须获得拼接的图像数据。在罐笼，井壁、罐道和罐梁固定点处放置时，每个深度都会减少，以确保影像的安装。同步曝光，由于井筒介质，单个摄像机的视角有限，无法覆盖。由于不仅曝光率高，而且摄像机效率高，因此需要多个摄像机同时捕获相同的区域。为保证相机的同步曝光，通过采用相机同步曝光控制设备，实现相机同步曝光。处理图像，根据摄像机的检测参数，对畸变进行校正，对其进行预处理，并通过不同的检测方法进行摄影测量，以实现快速检测和高精度的失真检测。对图像进行不同的分析以识别风险，通过数据分析后的处理，对图像数据进行多次比较，自动提取异常位置和变化。

2.可行性评估。同步曝光技术可行性分析，需要同时曝光6-8台相机，图像采集检测系统。此外，这是一个相对的概念，如果相机的曝光时间低于一定的极限值△，那么相机的曝光被认为是同步的，因此同步曝光的含义因系统而异。组合技术是系统技术水平的特征参数之一。在运动测量中，当测量具有较长的同步曝光时间或低拼接质量时，很难拼接一组相机相片，现有的相机摄像同步技术可以满足其同步的需要，如山东科技大学的内部轨道测量技术应用于机场摄像机同步控制，控制器为系统的五个摄像机提供定点定时曝光，控制器包含内部和外部模式的激活选项，控制器在内部控制下工作，产生连续脉冲并放置脉冲宽度，与CCD摄像机同步激活信号。在外部激活模式下，控制器使用外部激活脉冲，该脉冲在指定宽度内接收指定数量的外部脉冲后激活CCD摄像机;当控制器应用于嵌入式系统时，内部触发器用于控制时间。当使用长脉冲作为外部脉冲时，外部激活允许距离控制。图像拼接技术的可行性，井筒巡检，需要将照片拼接后在一个区域性的正射影像上进行。要快速巡检，照片可以使用图像和正射影像图软件进行处理，ERDASIMAGINE用于预处理，几何校正，图像校准和最终图像融合，将图像组合成图像拼接并实现。

将定向与定位理论应用于数字摄影测量，可以有效地消除实验观测中的人为误差。数字近景摄影技术在变形测量中的应用使变形率相对较低，增加了测量点的数量，测量结果更加丰富。

参考文献：

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