本發(fā)明涉及煤礦開采設(shè)備，尤其涉及一種連續(xù)窺視結(jié)構(gòu)及其窺視方法。

背景技術(shù)：

1、在煤礦井下鉆孔探測領(lǐng)域，鉆孔窺視技術(shù)是評(píng)估巷道穩(wěn)定性、檢測瓦斯富集及水文地質(zhì)條件的關(guān)鍵手段；傳統(tǒng)窺視設(shè)備多采用剛性探桿與獨(dú)立線纜盤結(jié)合的方式；

2、在煤礦井下鉆孔的探測中，傳統(tǒng)的窺視方法往往受到空間限制，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的窺視；由于線纜與探桿分離布置，推進(jìn)過程中線纜與孔壁反復(fù)摩擦，導(dǎo)致線纜護(hù)套破損；剛性探桿需分段連接，每段推進(jìn)后需暫停以接入下一段，導(dǎo)致視頻中斷，難以獲取連續(xù)地質(zhì)信息；現(xiàn)有設(shè)備多依賴電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)探桿，推進(jìn)速度受負(fù)載波動(dòng)影響顯著，導(dǎo)致圖像采集幀率與推進(jìn)速度失配，視頻出現(xiàn)卡頓或拖影，操作人員需頻繁手動(dòng)調(diào)整探桿方向并記錄深度數(shù)據(jù)，在井下復(fù)雜環(huán)境下存在安全隱患；

3、因此，針對(duì)上述問題，現(xiàn)提出一種連續(xù)窺視結(jié)構(gòu)及其窺視方法，通過對(duì)鉆孔連續(xù)窺視，提高窺視深度；通過凹槽結(jié)構(gòu)，減少線盤磨損；通過柔擎桿的柔韌性和支撐力平衡設(shè)計(jì)，確保窺視過程中視頻的穩(wěn)定性；通過動(dòng)力機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)和數(shù)字編碼器的深度記錄，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行煤礦井下鉆孔時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)線盤磨損嚴(yán)重、剛性桿間斷性窺視、窺視速度不穩(wěn)定、窺視深度有限、視頻穩(wěn)定性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種連續(xù)窺視結(jié)構(gòu)，包括有機(jī)架、光電探頭、探頭固定器、線盤、柔擎桿、凹槽、卡頭、驅(qū)動(dòng)組件和主機(jī)，機(jī)架的上方設(shè)置有驅(qū)動(dòng)組件，驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置有兩組，機(jī)架的上方設(shè)置有柔擎桿，由玻璃鋼和碳纖維復(fù)合材料制成的中空結(jié)構(gòu)，多根柔擎桿螺紋連接，柔擎桿的一端設(shè)置有探頭固定器，探頭固定器和柔擎桿螺紋連接，探頭固定器的一側(cè)設(shè)置有光電探頭，柔擎桿的一側(cè)開設(shè)有凹槽，柔擎桿的外側(cè)設(shè)置有卡頭，卡頭設(shè)置有多組，凹槽上間隔距離d布置卡頭，機(jī)架的上方設(shè)置有線盤，線盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置有連接線，連接線嵌于凹槽內(nèi)，連接線的直徑和凹槽的寬度匹配，連接線的一端和光電探頭相互連接，機(jī)架的一側(cè)設(shè)置有主機(jī)，驅(qū)動(dòng)組件包括有驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)軸、連接輥、摩擦帶、固定板、彈簧、限位板、可伸縮導(dǎo)向器、導(dǎo)向片、數(shù)字編碼器和無線傳輸模塊，機(jī)架的上方設(shè)置有驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器為井下風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出端設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的外側(cè)設(shè)置有連接輥，連接輥的外側(cè)設(shè)置有摩擦帶，摩擦帶為高耐磨橡膠材質(zhì)，機(jī)架的上方設(shè)置有可伸縮導(dǎo)向器，可伸縮導(dǎo)向器的一側(cè)設(shè)置有數(shù)字編碼器，機(jī)架的上方設(shè)置有固定板，固定板的一側(cè)設(shè)置有彈簧，彈簧的一端設(shè)置有限位板，摩擦帶表面設(shè)有防滑紋路。

3、優(yōu)選的，通過光電探頭實(shí)時(shí)采集井下或狹窄空間的圖像信息，通過探頭固定器與光電探頭固定連接，并采用螺紋結(jié)構(gòu)與柔擎桿固定，通過線盤收納和釋放光電探頭的連接線，通過卡頭對(duì)凹槽內(nèi)的連接線進(jìn)行固定，從而減少在將柔擎桿導(dǎo)入鉆孔時(shí)對(duì)連接線造成的磨損，柔擎桿由玻璃鋼和碳纖維復(fù)合材料制成，具有良好的柔韌性和支撐力，能夠在巷道內(nèi)實(shí)現(xiàn)彎曲連續(xù)作業(yè)，通過啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)摩擦帶轉(zhuǎn)動(dòng)，通過摩擦帶轉(zhuǎn)動(dòng)將柔擎桿送入鉆孔，通過可伸縮導(dǎo)向器伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)向片上下移動(dòng)，從而對(duì)柔擎桿從巷道內(nèi)送入鉆孔時(shí)的方向角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，多組柔擎桿通過螺紋連接可以形成連續(xù)的窺視桿件，數(shù)字編碼器通過摩擦作用記錄柔擎桿的推進(jìn)深度，并將數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊傳輸至主機(jī)，光電探頭在柔擎桿的推動(dòng)下，連續(xù)采集井下或狹窄空間的圖像信息，主機(jī)接收并處理圖像信息，生成連續(xù)的窺視視頻，供操作人員分析，從而通過柔擎桿的連續(xù)推進(jìn)和光電探頭的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)鉆孔窺視的連續(xù)窺視，提高窺視深度，通過探頭固定器和柔擎桿凹槽的設(shè)計(jì)，確保線盤在窺視過程中穩(wěn)定運(yùn)行，減少線盤磨損，通過柔擎桿的柔韌性和支撐力平衡設(shè)計(jì)，確保窺視過程中視頻的穩(wěn)定性，通過動(dòng)力機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)和數(shù)字編碼器的深度記錄，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4、作為優(yōu)選，可伸縮導(dǎo)向器包括三段液壓驅(qū)動(dòng)的伸縮節(jié)段，可伸縮導(dǎo)向器末端和導(dǎo)向片連接，導(dǎo)向片為圓弧形結(jié)構(gòu)，用于將柔擎桿從巷道水平方向調(diào)整為鉆孔傾斜角度。

5、作為優(yōu)選，數(shù)字編碼器用于實(shí)時(shí)將柔擎桿的推進(jìn)深度、摩擦帶轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)壓力數(shù)據(jù)發(fā)送至主機(jī)，主機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成推進(jìn)阻力曲線。

6、作為優(yōu)選，柔擎桿的凹槽內(nèi)壁涂覆聚四氟乙烯涂層，卡頭采用彈性橡膠材質(zhì)。

7、基于上述任一所述結(jié)構(gòu)的一種連續(xù)窺視方法，包括有以下步驟：

8、s1：設(shè)備預(yù)配置，將光電探頭與線盤的連接線纏繞至線盤，線盤的連接線嵌入柔擎桿凹槽，并通過卡頭固定；調(diào)節(jié)可伸縮導(dǎo)向器的伸縮節(jié)段，使末端導(dǎo)向片與鉆孔入口軸線對(duì)齊；

9、s2：根據(jù)鉆孔深度計(jì)算所需柔擎桿數(shù)量，每根柔擎桿連接時(shí)，旋轉(zhuǎn)螺紋至扭矩值達(dá)到20~30n·m；

10、s3：啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，利用井下風(fēng)能驅(qū)動(dòng)摩擦帶，調(diào)節(jié)氣壓閥使摩擦帶轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的柔擎桿推進(jìn)速度為0.5~1.5米/分鐘；當(dāng)主機(jī)檢測到推進(jìn)阻力超過閾值時(shí)，自動(dòng)降低氣壓值并觸發(fā)警報(bào)；

11、s4：數(shù)字編碼器實(shí)時(shí)記錄摩擦帶轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，通過公式l=n×π×d?計(jì)算推進(jìn)深度，其中l(wèi)為深度，n為圈數(shù)，d為摩擦帶直徑，同步生成深度-時(shí)間序列數(shù)據(jù)；光電探頭以每秒30幀的速率連續(xù)采集鉆孔圖像，每幀圖像嵌入深度數(shù)據(jù)時(shí)間戳；

12、s5：主機(jī)將連續(xù)圖像流與深度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合，生成無縫拼接的鉆孔視頻及360°展開圖；當(dāng)推進(jìn)速度＞1米/分鐘時(shí)，視頻分辨率自適應(yīng)提升至3840×2160；低光照環(huán)境下自動(dòng)啟用補(bǔ)光燈并提升iso至800~1600；

13、s6：主機(jī)對(duì)視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)降噪，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別鉆孔內(nèi)裂縫、積水區(qū)域，標(biāo)記異常區(qū)域坐標(biāo)；生成檢測報(bào)告，包括異常類型、深度位置及建議處理措施，并通過井下通信模塊上傳至監(jiān)控中心。

14、作為優(yōu)選，步驟s3中，所述推進(jìn)阻力閾值通過以下步驟設(shè)定：

15、s31：在柔擎桿首次進(jìn)入鉆孔時(shí)，記錄前10米的平均阻力值favg；

16、s32：閾值設(shè)定為fthreshold=1.5×favg，若阻力持續(xù)3秒超閾值，則啟動(dòng)自動(dòng)回退程序，回退距離為0.5米。

17、作為優(yōu)選，步驟s5中，補(bǔ)光燈的亮度根據(jù)探頭與孔壁距離動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，具體為：

18、當(dāng)距離＜10厘米時(shí)，亮度為200流明，視頻幀率提升至60fps；

19、當(dāng)10厘米≤距離≤30厘米時(shí)，亮度為400流明；

20、當(dāng)距離＞30厘米時(shí)，亮度為600流明。

21、作為優(yōu)選，步驟s6中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括5000組鉆孔異常視頻片段及對(duì)應(yīng)展開圖，對(duì)瓦斯聚集點(diǎn)的識(shí)別采用紅外圖像與可見光視頻流融合分析，融合頻率為每秒25次。

22、作為優(yōu)選，步驟s4中，推進(jìn)深度計(jì)算引入誤差補(bǔ)償算法，補(bǔ)償公式為：

23、lcorrect=l+k×δt；

24、其中，k為摩擦帶磨損系數(shù)，k的范圍為0.01~0.05，δt?為連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。

25、作為優(yōu)選，步驟s6中，檢測報(bào)告自動(dòng)關(guān)聯(lián)歷史鉆孔數(shù)據(jù)，若當(dāng)前鉆孔異常位置與歷史數(shù)據(jù)重合度≥70%，則標(biāo)記為高危區(qū)域并觸發(fā)聲光警報(bào)。

26、本發(fā)明的有益效果：

27、1、本發(fā)明通過柔擎桿的玻璃鋼-碳纖維復(fù)合材料中空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合多段螺紋連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3~5米單根桿件的無縫拼接，形成連續(xù)推進(jìn)桿件，配合井下風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的摩擦帶連續(xù)傳動(dòng)，使光電探頭的采集幀率與推進(jìn)速度動(dòng)態(tài)匹配，在80米深度范圍內(nèi)可生成無斷點(diǎn)的1080p高清視頻，提升窺視精度和深度；

28、2、本發(fā)明采用凹槽內(nèi)嵌連接線與卡頭協(xié)同固定，線纜全程封閉于柔擎桿凹槽內(nèi)，通過聚四氟乙烯涂層內(nèi)壁及彈性橡膠卡頭的雙重保護(hù)，使線纜與孔壁的接觸面積減少90%，降低線纜磨損率；

29、3、本發(fā)明柔擎桿的柔韌性與抗壓強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，確保在巷道彎曲段推進(jìn)時(shí)桿件不發(fā)生形變抖動(dòng)；同時(shí)，光電探頭集成補(bǔ)光模塊與iso自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，在低照度環(huán)境下仍可輸出信噪比≥35db的清晰圖像；

30、4、本發(fā)明動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過數(shù)字編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測推進(jìn)阻力，結(jié)合主機(jī)的閾值報(bào)警與自動(dòng)回退機(jī)制，可避免探桿卡滯風(fēng)險(xiǎn)；卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)裂縫、積水等異常的實(shí)時(shí)標(biāo)記，以及檢測報(bào)告與歷史數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)分析，將人工分析時(shí)長縮短，井下操作人員減少，勞動(dòng)強(qiáng)度降低。