本发明涉及一种巷道监测装置，具体是一种巷道全断面非均匀收敛的监测装置。
背景技术
许多地下采矿的工程实践显示，处于地应力水平并受构造带影响较大的岩体具有大变形特征，其变形时间长、变形量大。中国煤炭资源的分布和赋存有很大一部分属于薄煤层，在薄煤层中布置各类巷道、硐室时，巷道掘露出一部分岩层和煤层的复合型岩层，这种类型巷道称之为“半煤岩巷”。当开掘巷道后，受各种不同应力场叠加下，巷道整体变形呈非线性不均匀变形，一般来说，岩层性质相对较为软弱的部分岩层变形明显。因此，复合型岩层巷道的变形监测与预测对此类不均匀变形巷道的支护能起着至关重要的作用。然而，当前受限于煤矿井下复杂的地质环境，造成地面系统的测量设备在井下施展困难，现在普遍的巷道测量方法还是停留在半人工、半智能化水平，这些测量方法因为巷道开掘和生产之后，巷道面貌不断变化后，进行长期循环定点监测时，首先会造成很大的测量误差，特别是煤-岩复合岩层不均匀变形的巷道，测量误差会大大增大；其次是测量工作繁琐，需要多名测量人员协助工作。这不仅造成人力、物力上的浪费，还往往得不到良好的监测结果。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种巷道全断面非均匀收敛的监测装置及监测方法，无需人工协助，能对非均匀变形巷道实时进行变形监测，不仅监测精度高，而且达到设定阈值时会自动发出报警音，从而便于工作人员及时进行采取后续措施。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种巷道全断面非均匀收敛的监测装置，包括变形测量系统、数据处理系统及报警器，
所述变形测量系统包括定位长锚杆、测量锚钉、红外线测距装置、测线记录盘和测线固定器，所述定位长锚杆为四个，分别倾斜锚固于巷道的四个帮角处，多个测量锚钉垂直锚固于巷道的顶板、底板及两侧壁，所述测量锚钉设有中空腔，其内部设有卡槽，红外线测距装置部分装在测量锚钉的中空腔内，红外线测距装置由红外线测距器、微型控制器和数据存储装置组成，红外线测距器与微型控制器连接，微型控制器与数据存储装置连接，所述测线固定器由测线定位环和连接器组成，测线定位环与连接器固定连接，连接器为圆筒形，连接器的内径大于测量锚钉的外径，多个测线固定器通过连接器分别固定在多个测量锚钉的端部，所述测线记录盘包括弹簧转盘、测线位移传感器、微型计算器和连接座，弹簧转盘与连接座固定连接，连接座为圆筒形，连接座的内径大于定位长锚杆的外径，四个弹簧转盘通过连接座分别固定在多个定位长锚杆端部，弹簧转盘内缠绕有测线，测线依次穿过多个测线定位环，测线位移传感器和微型计算器均处于弹簧转盘内，测线位移传感器与微型计算器连接；
所述监测数据处理系统包括数据存储器和数据处理器，数据存储器和报警器均与数据处理器连接，数据处理器通过连接线路与多个测线记录盘的微型计算器连接。
进一步，所述测量锚钉的内外壁均开设螺纹。
进一步，还包括读数显示屏，读数显示屏固定在弹簧转盘表面，所述测线表面设有标尺刻度。
进一步，所述测线表面涂有荧光剂。
一种巷道全断面非均匀收敛监测装置的监测方法，具体步骤为：
a、按照巷道实际情况，确定测量锚钉的布设密度，将多个测量锚钉垂直锚固于巷道的顶板、底板及两侧壁，四个定位长锚杆分别倾斜锚固于巷道的四个帮角处；
b、将测线记录盘和报警器安装在巷道肩部的定位长锚杆上，测线固定器和红外线测距系统固定安装在测量锚钉内部，另外地面监控处也设有相同报警器；
c、将测线记录盘内的测线拉出，使测线依次穿过多个测线定位环，此时测线位移传感器读出测量锚钉的初始距离ab，并将数据传递给微型计算器内，完成测线安装后；
d、在数据处理系统中设定巷道变形速率的阈值，开始对巷道进行变形监护，各个测线记录盘按照间隔时间t测量出当前的测量锚钉测线距离ac1，并将该数据传递给微型计算器内，同时各个红外线测距装置发出射线测出当前的测线距离ac2，并将该数据传递给微型计算器内，然后微型计算器将测线距离ac1和测线距离ac2取平均值，得出各个测量锚钉的测线距离ac，微型计算器调用存储的各个测量锚钉的初始距离ab，并根据三角函数公式
e、数据处理系统接收到得出的巷道变形速率v，然后与设定的巷道变形速率阈值对比，若接收的巷道变形速率大于等于设定的巷道变形速率阈值，则数据处理器发出报警信号使报警器开始警示音，最终使工作人员及时知晓情况，并采取后续支护措施。
与现有技术相比，本发明采用变形测量系统、数据处理系统及报警器相结合方式，采用红外线测距装置和测线记录盘在间隔相同时间对测线的变化情况分别进行测量，然后取平均数作为测线的变化量，这样能提高对测线变化量检测的测量精度；然后通过初始距离和三角函数得出巷道的变形量及变形速率，最后在数据处理系统中将检测的变形速率与设定的变形速率阈值比对，若达到或超过阈值，则数据处理系统控制报警器发出，最终使工作人员及时知晓情况；本发明无需人工协助，能对非均匀变形巷道实时进行变形监测，不仅监测精度高，而且达到设定阈值时会自动发出报警音，从而便于工作人员及时进行采取后续措施。
附图说明
图1为本发明中变形测量系统的安装结构示意图；
图2为本发明中变形测量系统的巷道变形监测原理结构示意图；
图3为本发明中测线固定器的结构示意图；
图4为本发明中测量锚钉和红外线测距装置的安装匹配图。
图5为本发明中测线记录盘的结构示意图。
图6为本发明的监测原理流程图。
图中：1-测量锚钉，2-定位长锚杆，3-测线，4-红外线测距装置，5-测线记录盘，6-测线固定器，7-报警器，8-螺纹，9-卡槽，10-连接线路，11-数据处理系统，3.1-标尺刻度，4.1-红外线测距器，4.2-微型控制器，4.3-数据存储装置，5.1-弹簧转盘，5.2-读数显示屏，5.3-测线位移传感器，5.4-微型计算器，6.1-连接器。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图所示，一种巷道全断面非均匀收敛的监测装置，包括变形测量系统、数据处理系统11及报警器7，
所述变形测量系统包括定位长锚杆2、测量锚钉1、红外线测距装置4、测线记录盘5和测线固定器6，所述定位长锚杆2为四个，分别倾斜锚固于巷道的四个帮角处，多个测量锚钉1垂直锚固于巷道的顶板、底板及两侧壁，所述测量锚钉1设有中空腔，其内部设有卡槽9，红外线测距装置4部分装在测量锚钉1的中空腔内，红外线测距装置4由红外线测距器4.1、微型控制器4.2和数据存储装置4.3组成，红外线测距器4.1与微型控制器4.2连接，微型控制器4.2与数据存储装置4.3连接，所述测线固定器6由测线定位环和连接器6.1组成，测线定位环与连接器6.1固定连接，连接器6.1为圆筒形，连接器6.1的内径大于测量锚钉1的外径，多个测线固定器6通过连接器6.1分别固定在多个测量锚钉1的端部，所述测线记录盘5包括弹簧转盘5.1、测线位移传感器5.3、微型计算器5.4和连接座，弹簧转盘5.1与连接座固定连接，连接座为圆筒形，连接座的内径大于定位长锚杆2的外径，四个弹簧转盘5.1通过连接座分别固定在多个定位长锚杆2端部，弹簧转盘5.1内缠绕有测线3，测线3依次穿过多个测线定位环，测线位移传感器5.3和微型计算器5.4均处于弹簧转盘5.1内，测线位移传感器5.3与微型计算器5.4连接；
所述数据处理系统11包括数据存储器和数据处理器，数据存储器和报警器7均与数据处理器连接，数据处理器通过连接线路10与多个测线记录盘5的微型计算器5.4连接。
进一步，所述测量锚钉1的内外壁均开设螺纹8。设置螺纹8便于测线固定器6和红外测距装置4的安装及拆卸。
进一步，还包括读数显示屏5.2，读数显示屏5.2固定在弹簧转盘5.1表面，所述测线3表面设有标尺刻度3.1。设置这种结构便于在巷道内的工作人员查看测线3的变化情况。
进一步，所述测线3表面涂有荧光剂，设置荧光剂可在巷道昏暗的环境中更方便的看清测线3上的标尺刻度3.1。
一种巷道全断面非均匀收敛监测装置的监测方法，具体步骤为：
a、按照巷道实际情况，确定测量锚钉1的布设密度，将多个测量锚钉1垂直锚固于巷道的顶板、底板及两侧壁，四个定位长锚杆2分别倾斜锚固于巷道的四个帮角处；
b、将测线记录盘5和报警器7安装在巷道肩部的定位长锚杆2上，测线固定器6和红外线测距系统4固定安装在测量锚钉1内部，另外在地面监控处也设有相同报警器7；
c、将测线记录盘5内的测线3拉出，使测线3依次穿过多个测线定位环，此时测线位移传感器5.3读出测量锚钉1的初始距离ab，并将数据传递给微型计算器5.4内，完成测线3安装后；
d、在数据处理系统11中设定巷道变形速率的阈值，开始对巷道进行变形监护，各个测线记录盘5按照间隔时间t测量出当前的测量锚钉1测线距离ac1，并将该数据传递给微型计算器5.4内，同时各个红外线测距装置4发出射线测出当前的测线距离ac2，并将该数据传递给微型计算器5.4内，然后微型计算器5.4将测线距离ac1和测线距离ac2取平均值(采用两种检测方式对测线距离进行检测，然后将得出的测线距离取平均值，可有效的减小测量误差，从而提高最终的测量精度)，得出各个测量锚钉1的测线距离ac，微型计算器5.4调用存储的各个测量锚钉1的初始距离ab，并根据三角函数公式
e、数据处理系统接11收到得出的巷道变形速率v，然后与设定的巷道变形速率阈值对比，若接收的巷道变形速率大于等于设定的巷道变形速率阈值，则数据处理器发出报警信号使报警器开始警示音，最终使工作人员及时知晓情况，并采取后续支护措施。