CN112540375A - 一种悬挂式巷道位移观测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬挂式巷道位移观测设备及方法，属于井下测量领域，包括观测设备主体、传动系统和测量系统，观测设备主体外部左右两侧分别设置有红外测距传感器A和B，正下方设置有红外测距传感器C，在传动系统的作用下，观测设备主体能够在水平面内转动，红外测距传感器A、B均能够相对于观测设备主体上下转动，红外测距传感器C能够相对于观测设备主体前后转动；测量系统包括红外测距传感器A、B、C、数据传输模块、数据处理模块和数据存储模块。本发明能够一次安装就可完成整个巷道左右两帮位移量、以及顶底板相对位移量的精准测量，且能够有效快速、长时间监测巷道位移的观测设备，以提供精准的巷道位移数据。

Description

一种悬挂式巷道位移观测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种悬挂式巷道位移观测设备及方法，属于井下测量技术领域。

背景技术

我国的煤炭资源储量丰富，今后50年内煤炭资源仍然是我国的主要能源之一，也是我国经济的重要支柱，在矿井安全生产中，巷道的建设一直是重中之重。因此对巷道 的设计要求极高，而巷道的位移观测数据对巷道的设计来说是不可欠缺的技术参数；另 外，矿井生产过程中，巷道要受到采动应力和地应力双重影响，巷道围岩发生位移(变 形)，巷道变形达到极限变形量后，巷道很容易发生坍塌等安全事故；因此巷道围岩位 移的观测在矿井安全生产中是十分必要的。传统的巷道位移观测方法是在选定的观测巷 道帮部选好测点，然后在帮部对应的同一巷道断面顶部系一根细绳，细绳的下部挂有铅 锤，待细绳自然下垂稳定，然后用米尺测量帮部测点距离细线的距离，以此来计算巷道 的位移量。很明显，此种观测方法太过繁琐，浪费大量时间进行测量前的准备，人为误 差较严重，使巷道位移观测数据不准确，间接导致巷道断面设计不合理，在矿井生产中 经常出现扩帮、起底等重复性工作。

为了解决上述部分问题，申请号为201811498285.0的中国专利公开了一种巷道位移 测量仪及其系统，此测量仪采用三脚架支撑，采用红外测距传感器测距，能够对巷道上下左右四个方向的巷道位移进行测量，此种测量仪还是以测点为主，减小了人为测量的 误差，能够一次性安放就完成对巷道上下左右四个面中心点距离的测量，节省了测量和 计算时间，但是该测量仪的缺点是：安装调平较为繁琐，每次换测点都要重新安装调平， 并且只能测得上下左右四个面中心点距离，无法实现对巷道位移长期的、动态的观测， 而且此测量仪在观测时要安放在巷道的底板中间，影响巷道的正常通行。

为了能够更加简便精准的提供巷道位移数据，并且实现对巷道的长期动态位移量进 行观测，本发明提出了一种悬挂式巷道位移观测设备及方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种悬挂式巷道位移观测设备及方法，能够有效快速且 长时间监测巷道位移的观测设备，以提供精准的巷道位移数据。

本发明采用以下技术方案：

一种悬挂式巷道位移观测设备，包括观测设备主体、传动系统和测量系统，所述观测设备主体通过固定装置将观测设备主体悬挂固定在巷道顶部的锚杆上；

所述观测设备主体呈长方体，其外部左右两侧均设置有一长方体凹槽，左右两个长 方体凹槽内部分别设置有红外测距传感器A和红外测距传感器B，长方体凹槽可以为红外测距传感器A和红外测距传感器B提供转动空间，所述观测设备主体的正下方设置 有红外测距传感器C，其前后转动不受观测设备主体转动的影响，在传动系统的作用下， 观测设备主体能够在水平面内转动，红外测距传感器A和红外测距传感器B均能够相 对于观测设备主体上下转动，红外测距传感器C能够相对于观测设备主体前后转动；

所述测量系统包括所述红外测距传感器A、红外测距传感器B、红外测距传感器C、数据传输模块、数据处理模块和数据存储模块，所述数据传输模块、数据处理模块和数 据存储模块均位于观测设备主体内部，所述红外测距传感器A、红外测距传感器B和红 外测距传感器C均与数据传输模块连接，所述数据传输模块与数据处理模块、数据存储 模块均连接，红外测距传感器A、红外测距传感器B和红外测距传感器C测量的信息 分别经数据传输模块传递至数据处理模块处理，数据处理模块处理后的数据经数据传输 模块传递至数据存储模块。

本发明的红外测距传感器A、B、C均具有一对红外信号发射与接收二极管，利用 红外测距传感器发射出的一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传 感器后接收信号，然后利用CCD图像器处理发射与接收的时间差数据，经信号处理器 处理后计算出物体的距离，以此来计算观测设备距离巷道中心线的距离，此为较为成熟 的现有技术，可参考现有技术。

优选的，所述数据传输模块用于数据的传输，数据处理模块用于收集和处理数据，数据存储模块用于存储数据处理模块处理后的数据，所述数据传输模块、数据处理模块 和数据存储模块集成于观测设备主体内部的单片机上，即集成电路芯片，本发明的数据 传输模块、数据处理模块和数据存储模块均可采用现有技术，此处的型号不作具体限定。

优选的，所述悬挂式巷道位移观测设备还包括采集系统，采集系统包括显示屏和采 集仪，所述显示屏位于观测设备主体外部正前方，所述显示屏与数据传输模块连接，用于调出和显示数据存储模块存储的数据，所述显示屏还与采集仪连接，用于接收采集仪 发出的红外信号。

优选的，所述显示屏上设置有红外输出端和红外接收端，红外输出端和红外接收端 均位于显示屏下方，所述采集仪为便携手持式，所述采集仪的头部也设置有红外输出端和红外接收端，分别用于与显示屏的红外接收端和红外输出端进行红外数据传输，通过 采集仪可以输入巷道参数、数据自动采集时间等。

优选的，所述传动系统包括主轴电机、电机A、电机B和电机C，所述主轴电机位 于观测设备主体内部上方，并通过一主转动轴连接观测设备主体，所述主轴电机与固定 装置固定连接，主轴电机经主转动轴带动观测设备主体在水平面内转动；

所述电机A和电机B分别位于观测设备主体内部左右两侧，并分别通过一转动轴连接红外测距传感器A和红外测距传感器B，电机A和电机B分别带动红外测距传感 器A和红外测距传感器B相对于观测设备主体上下转动；

所述电机C位于观测设备主体内部下方，并通过一转动轴连接红外测距传感器C，电机C带动红外测距传感器C前后转动；

所述传动系统还包括大容量蓄电池，蓄电池为主轴电机、电机A、电机B和电机C 提供动力，所述主轴电机、电机A、电机B和电机C均与数据处理模块连接，数据处 理模块可根据需要分别控制主轴电机、电机A、电机B和电机C的转动方向和转动角 度，进而控制观测设备主体的转动角度，以及红外测距传感器A、红外测距传感器B和 红外测距传感器C的转动角度。

优选的，所述固定装置为空心的圆柱体，其内壁带有螺纹，与巷道顶部的锚杆螺纹连接，从而将整个设备悬挂固定在巷道顶部。

优选的，所述观测设备主体外壳采用防爆设计，以适应井下复杂的环境。

优选的，所述测量系统还包括报警灯，报警灯与数据传输模块连接，当所测得的位移量达到危险值后报警灯闪烁报警，以便于及时采取相应措施保证安全；

所述报警灯位于观测设备主体正下方偏左一侧。

一种悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，包括以下步骤：

(1)选取所测巷道，确定巷道的参数，在巷道中间位置的顶板中心处竖直向上打一根锚杆，巷道的参数包括巷道长度、高度和宽度；

(2)将悬挂式巷道位移观测设备安装固定在顶部的锚杆上，设备的左右两侧正对巷道的左右两帮，并测量设备距顶板的距离；

(3)利用采集仪对准设备显示屏，输入巷道参数以及数据自动采集时间等参数，设备自动调整两侧红外测距传感器A、B的倾角α，完成初始校准；

本步骤中，采集仪上包含有红外输出端和红外接收端，红外输出端用于传输指令控 制设备的调整和转动，红外接收端用于接收设备测量处理后的数据，采集仪为手持式，需要对准设备才能完成采集和指令传输。

(4)每隔一定时间采集一次数据，根据导出的数据绘制巷道位移三维曲线，观察数据变化规律。

优选的，步骤(4)中，一般3天采集一次数据，对于变形量大的巷道，可以1天 采集一次数据。

优选的，以一条巷道表面的一条测线作为测量的基准，测线上的位移量作为整个巷 道表面的位移量，测量某一长度巷道的位移量时，首先将观测设备主体安装在所测巷道长度方向中间处的顶部锚杆上，以巷道表面的测线为测量基准，假设所测巷道长度是L， 高度是H，宽度是B，测线离巷道底板高度为x，观测设备主体宽度是A，安装后距离 巷道顶部距离是H₁，观测设备主体距离巷道左右两帮和巷道底板距离的测量值分别是 l_左测、l_右测和l_底测(l_左测、l_右测和l_底测3个数值是3个红外测距传感器分别所测量的实时 数值，为变化量)，则观测设备主体左右两侧的红外测距传感器A、B与水平面夹角α 设置为：

观测设备主体安装后，巷道参数、设备参数固定后，α值为固定值，巷道帮部表面的位移，主要为鼓帮形式的变形，一般来说，中间的变形量最大，上下的变形量较小， 所以，通常以巷道中部变形量作为评估巷道帮部变形量的标准，为了普适性，本发明可 测量帮部任一高度方向上的变形量；

观测设备主体的旋转角度θ_帮为：

观测设备主体底部红外测距传感器C的旋转角度θ_底为：

则观测设备主体的旋转角度范围为：

观测设备主体底部红外测距传感器C旋转角度范围为：

观测设备主体和底部的红外测距传感器C的旋转角度变化规律均符合正弦函数，转 动一个周期可将巷道表面位移数据测量两次(一个周期是指从0到-θ再到0再到θ然后再回到0，在转动范围内来回扫了一次)，取两次测量的平均值作为本次测量的数据，转 动周期T要视所测量巷道的长度而定，假设转动的角速度为W(rad/s)，则，

优选的，巷道左帮的位移量ΔB_左为：

同理，巷道右帮的位移量ΔB_右为：

巷道顶底板的相对位移量ΔH为：

巷道两帮的相对位移量ΔB为：

至此，得到了巷道左右两帮的位移量、巷道两帮的相对位移量以及巷道顶底板的相 对位移量。

优选的，在得到巷道位移量数据后，以位移量Δε为Z轴，其中Δε泛指上述ΔB_左、ΔB_右、ΔH、ΔB中的任一位移量，以时间t为X轴，以巷道长度L为Y轴，建立三维 坐标系，则得到巷道不同位置处的位移量Δε变化规律、巷道中心线上某点位移量随时 间的变化规律、巷道位移量随时间的变化规律、巷道位移量变化的速率，从而实现对巷 道位移量的长期动态监测。

本发明在测量时，红外测距传感器A和红外测距传感器B在第一次安装好后，倾 角α就固定不变了，红外测距传感器A、B、C的转动与观测设备主体的转动互不干扰； 后续测量只是观测设备主体以及底部红外测距传感器C的转动，根据现场实际情况，转 动的角速度以及周期也会设成定值。

值得注意的是：

(1)本发明的观测设备主体安装在巷道顶部中心的锚杆上，单纯就一条巷道而言，巷道顶部的下沉可以认为是均匀的，即只发生竖直方向上的沉降，如果非要考虑巷道顶 部倾斜，可以在设备上加装一个倾角传感器，假设观测设备主体由于顶板不均匀下沉发 生歪斜，前后和左右的倾斜角度分别为a、b(规定左倾和前倾为正)，那么最终的帮部 相对位移量结果应为：

最终的顶底板相对位移量为：

(2)本发明以帮部来说，先测量的点(或测线)在变形后必然会移位，再次测量 时红外测距仪测的点就不是当时的点(或测线)，而是比变形前的点(或测线)要靠上 或靠下本发明的测线是一条有宽度的矩形条带区域而不是一条单纯的直线，用这个矩形 长条带区域内的散点的位移量反映帮部的位移量，所以，并不会影响测量结果。

本发明未详尽之处，均可参见现有技术。

本发明的有益效果为：

(1)本发明能够一次安装就可完成整个巷道左右两帮位移量、以及顶底板相对位移量的精准测量。

(2)本发明用巷道中心线的位移量数据来反映巷道表面位移量，而不是在巷道上的间隔测点，数据更加的详细可靠。

(3)本发明能够长期的对巷道位移进行动态监测，只需每隔一段时间进行数据采集即可，采集的数据皆为现成的数据，不需要再人工进行计算，绘制的曲线反映位移量 规律更加直观，操作简单上手容易，能够节省大量的测量和计算时间，提高井下的工作 效率。

(4)本设备悬挂安装在巷道顶部的锚杆上，不影响巷道的正常通行与施工作业，保证井下工程及施工工人的安全，并且本设备设置有报警灯，能够及时警示，便于及时 采取相应措施，保证安全。

(5)本发明的设备采用旋转扫描的测量方式，每个周期测量巷道位移两次，耗时短。

附图说明

图1为本发明的悬挂式巷道位移观测设备的整体结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为本发明的悬挂式巷道位移观测设备的使用状态图；

图4为本发明的悬挂式巷道位移观测设备的测量原理图；

图5为一种悬挂式巷道位移观测设备的数据三维坐标系示意图；

图6为本发明悬挂式巷道位移观测设备的数据调用图；

图7为本发明的悬挂式巷道位移观测设备的内部结构示意图；

其中，1、固定装置，2、主转动轴，3、观测设备主体，4.1、红外测距传感器A， 4.2、红外测距传感器B，4.3、红外测距传感器C，5、红外接收端，6、红外输出端，7、 显示屏，8，报警灯，9、巷道左帮，10、锚杆，11、巷道顶板，12、巷道右帮，13、巷 道底板，14、主轴电机，15、齿轮，16、电机B，17、电机C，18、电机A，19、单片 机。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体 实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种悬挂式巷道位移观测设备，如图1～7所示，包括观测设备主体3、传动系统和测量系统，观测设备主体3通过固定装置1将观测设备主体1悬挂固定在巷道顶部的锚 杆10上；

观测设备主体1呈长方体，其外部左右两侧均设置有一长方体凹槽，左右两个长方体凹槽内部分别设置有红外测距传感器A 4.1和红外测距传感器B 4.2，长方体凹槽可以为红外测距传感器A 4.1和红外测距传感器B 4.2提供转动空间，观测设备主体3的正 下方设置有红外测距传感器C 4.3，其前后转动不受观测设备主体3转动的影响，在传 动系统的作用下，观测设备主体3能够在水平面内转动，红外测距传感器A 4.1和红外 测距传感器B4.2均能够相对于观测设备主体3上下转动，红外测距传感器C 4.3能够 相对于观测设备主体3前后转动；

如图6所示，测量系统包括红外测距传感器A 4.1、红外测距传感器B 4.2、红外测距传感器C 4.3、数据传输模块、数据处理模块和数据存储模块，数据传输模块、数据 处理模块和数据存储模块均位于观测设备主体3内部，红外测距传感器A 4.1、红外测 距传感器B 4.2和红外测距传感器C 4.3均与数据传输模块连接，数据传输模块与数据 处理模块、数据存储模块均连接，红外测距传感器A 4.1、红外测距传感器B 4.2和红外 测距传感器C4.3测量的信息分别经数据传输模块传递至数据处理模块处理，数据处理 模块处理后的数据经数据传输模块传递至数据存储模块。

本发明的红外测距传感器A、B、C均具有一对红外信号发射与接收二极管，利用 红外测距传感器发射出的一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传 感器后接收信号，然后利用CCD图像器处理发射与接收的时间差数据，经信号处理器 处理后计算出物体的距离，以此来计算观测设备距离巷道中心线的距离，此为较为成熟 的现有技术，可参考现有技术。

数据传输模块用于数据的传输，数据处理模块用于收集和处理数据，数据存储模块 用于存储数据处理模块处理后的数据，数据传输模块、数据处理模块和数据存储模块集成于观测设备主体内部的单片机19上，即集成电路芯片，本发明的数据传输模块、数 据处理模块和数据存储模块均可采用现有技术，此处的型号不作具体限定。

实施例2：

一种悬挂式巷道位移观测设备，如实施例1所示，所不同的是，悬挂式巷道位移观测设备还包括采集系统，采集系统包括显示屏7和采集仪，显示屏7位于观测设备主体 3外部正前方，显示屏7与数据传输模块连接，用于调出和显示数据存储模块存储的数 据，显示屏7还与采集仪连接，用于接收采集仪发出的红外信号。

实施例3：

一种悬挂式巷道位移观测设备，如实施例1所示，所不同的是，显示屏7上设置有红外输出端6和红外接收端5，红外输出端6和红外接收端6均位于显示屏7下方，采 集仪为便携手持式，采集仪的头部也设置有红外输出端和红外接收端，分别用于与显示 屏的红外接收端5和红外输出端6进行红外数据传输，通过采集仪可以输入巷道参数、 数据自动采集时间等。

实施例4：

一种悬挂式巷道位移观测设备，如实施例1所示，所不同的是，传动系统包括主轴电机14、电机A 18、电机B16和电机C17，主轴电机14位于观测设备主体3内部上 方，并通过一主转动轴2连接观测设备主体3，优选的，主转动轴2与观测设备主体3 之间可以通过一齿轮15连接，主轴电机14与固定装置1固定连接，主轴电机14经主 转动轴2带动观测设备主体3在水平面内转动；

电机A 18和电机B16分别位于观测设备主体3内部左右两侧，并分别通过一转动轴连接红外测距传感器A 4.1和红外测距传感器B 4.2，电机A 18和电机B16分别带动 红外测距传感器A4.1和红外测距传感器B 4.2相对于观测设备主体3上下转动；

电机C17位于观测设备主体3内部下方，并通过一转动轴连接红外测距传感器C4.3， 电机C17带动红外测距传感器C 4.3前后转动；

传动系统还包括大容量蓄电池，蓄电池为主轴电机14、电机A 18、电机B16和电 机C17提供动力，主轴电机14、电机A18、电机B16和电机C17均与数据处理模块 连接，数据处理模块可根据需要分别控制主轴电机、电机A、电机B和电机C的转动 方向和转动角度，进而控制观测设备主体的转动角度，以及红外测距传感器A4.1、红 外测距传感器B 4.2和红外测距传感器C 4.3的转动角度。

实施例5：

一种悬挂式巷道位移观测设备，如实施例1所示，所不同的是，固定装置1为空心的圆柱体，其内壁带有螺纹，与巷道顶部的锚杆10螺纹连接，从而将整个设备悬挂固 定在巷道顶板11。

实施例6：

一种悬挂式巷道位移观测设备，如实施例1所示，所不同的是，观测设备主体3外壳采用防爆设计，以适应井下复杂的环境。

测量系统还包括报警灯8，报警灯8与数据传输模块连接，当所测得的位移量达到危险值后报警灯闪烁报警，以便于及时采取相应措施保证安全；

报警灯8位于观测设备主体3正下方偏左一侧。

实施例7：

一种悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，包括以下步骤：

(1)选取所测巷道，确定巷道的参数，在巷道中间位置的顶板中心处竖直向上打一根锚杆10，巷道的参数包括巷道长度、高度和宽度；

(2)将悬挂式巷道位移观测设备安装固定在顶部的锚杆10上，设备的左右两侧正对巷道的左右两帮，即巷道左帮9和巷道右帮12，并测量设备距顶板的距离；

(3)利用采集仪对准设备显示,7，输入巷道参数以及数据自动采集时间等参数，设备自动调整两侧红外测距传感器A、B的倾角α，完成初始校准；

(4)每隔3天采集一次数据，根据导出的数据绘制巷道位移三维曲线，观察数据 变化规律。

实施例8：

一种悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，如实施例7所示，所不同的是，以一条巷道表面的一条测线作为测量的基准，测线上的位移量作为整个巷道表面的位移量，测 量某一长度巷道的位移量时，首先将观测设备主体安装在所测巷道长度方向中间处的顶 部锚杆上，以巷道表面的测线为测量基准，假设所测巷道长度是L，高度是H，宽度是 B，测线离巷道底板13高度为x，观测设备主体3宽度是A，安装后距离巷道顶部11距 离是H₁，观测设备主体3距离巷道左右两帮和巷道底板13距离的测量值分别是l_左测、 l_右测和l_底测(l_左测、l_右测和l_底测3个数值是3个红外测距传感器分别所测量的实时数值， 为变化量)，则观测设备主体左右两侧的红外测距传感器A、B与水平面夹角α设置为：

观测设备主体安装后，巷道参数、设备参数固定后，α值为固定值，巷道帮部表面的位移，主要为鼓帮形式的变形，一般来说，中间的变形量最大，上下的变形量较小， 所以，通常以巷道中部变形量作为评估巷道帮部变形量的标准，为了普适性，本发明可 测量帮部任一高度方向上的变形量；

观测设备主体3的旋转角度θ_帮为：

观测设备主体底部红外测距传感器C 4.3的旋转角度θ_底为：

则观测设备主体3的旋转角度范围为：

观测设备主体底部红外测距传感器C 4.3旋转角度范围为：

观测设备主体和底部的红外测距传感器C的旋转角度变化规律均符合正弦函数，转 动一个周期可将巷道表面位移数据测量两次(一个周期是指从0到-θ再到0再到θ然后再回到0，在转动范围内来回扫了一次)，取两次测量的平均值作为本次测量的数据，转 动周期T要视所测量巷道的长度而定，假设转动的角速度为W(rad/s)，则，

巷道左帮的位移量ΔB_左为：

同理，巷道右帮的位移量ΔB_右为：

巷道顶底板的相对位移量ΔH为：

巷道两帮的相对位移量ΔB为：

至此，得到了巷道左右两帮的位移量、巷道两帮的相对位移量以及巷道顶底板的相 对位移量。

实施例9：

一种悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，如实施例8所示，所不同的是，在得到巷道位移量数据后，以位移量Δε为Z轴，其中Δε泛指上述ΔB_左、ΔB_右、ΔH、ΔB中 的任一位移量，以时间t为X轴，以巷道长度L为Y轴，建立三维坐标系，则得到巷 道不同位置处的位移量Δε变化规律、巷道中心线上某点位移量随时间的变化规律、巷 道位移量随时间的变化规律、巷道位移量变化的速率，从而实现对巷道位移量的长期动 态监测。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种悬挂式巷道位移观测设备，其特征在于，包括观测设备主体、传动系统和测量系统，所述观测设备主体通过固定装置将观测设备主体悬挂固定在巷道顶部的锚杆上；

所述观测设备主体呈长方体，其外部左右两侧均设置有一长方体凹槽，左右两个长方体凹槽内部分别设置有红外测距传感器A和红外测距传感器B，所述观测设备主体的正下方设置有红外测距传感器C，在传动系统的作用下，观测设备主体能够在水平面内转动，红外测距传感器A和红外测距传感器B均能够相对于观测设备主体上下转动，红外测距传感器C能够相对于观测设备主体前后转动；

所述测量系统包括所述红外测距传感器A、红外测距传感器B、红外测距传感器C、数据传输模块、数据处理模块和数据存储模块，所述数据传输模块、数据处理模块和数据存储模块均位于观测设备主体内部，所述红外测距传感器A、红外测距传感器B和红外测距传感器C均与数据传输模块连接，所述数据传输模块与数据处理模块、数据存储模块均连接，红外测距传感器A、红外测距传感器B和红外测距传感器C测量的信息分别经数据传输模块传递至数据处理模块处理，数据处理模块处理后的数据经数据传输模块传递至数据存储模块。

2.根据权利要求1所述的悬挂式巷道位移观测设备，其特征在于，所述悬挂式巷道位移观测设备还包括采集系统，采集系统包括显示屏和采集仪，所述显示屏位于观测设备主体外部正前方，所述显示屏与数据传输模块连接，用于调出和显示数据存储模块存储的数据，所述显示屏还与采集仪连接，用于接收采集仪发出的红外信号。

3.根据权利要求2所述的悬挂式巷道位移观测设备，其特征在于，所述显示屏上设置有红外输出端和红外接收端，红外输出端和红外接收端均位于显示屏下方，所述采集仪为便携手持式，所述采集仪的头部也设置有红外输出端和红外接收端，分别用于与显示屏的红外接收端和红外输出端进行红外数据传输。

4.根据权利要求1所述的悬挂式巷道位移观测设备，其特征在于，所述传动系统包括主轴电机、电机A、电机B和电机C，所述主轴电机位于观测设备主体内部上方，并通过一主转动轴连接观测设备主体，所述主轴电机与固定装置固定连接，主轴电机经主转动轴带动观测设备主体在水平面内转动；

所述电机A和电机B分别位于观测设备主体内部左右两侧，并分别通过一转动轴连接红外测距传感器A和红外测距传感器B，电机A和电机B分别带动红外测距传感器A和红外测距传感器B相对于观测设备主体上下转动；

所述电机C位于观测设备主体内部下方，并通过一转动轴连接红外测距传感器C，电机C带动红外测距传感器C前后转动；

所述传动系统还包括大容量蓄电池，蓄电池为主轴电机、电机A、电机B和电机C提供动力，所述主轴电机、电机A、电机B和电机C均与数据处理模块连接，数据处理模块可根据需要分别控制主轴电机、电机A、电机B和电机C的转动方向和转动角度，进而控制观测设备主体的转动角度，以及红外测距传感器A、红外测距传感器B和红外测距传感器C的转动角度。

5.根据权利要求1所述的悬挂式巷道位移观测设备，其特征在于，所述固定装置为空心的圆柱体，其内壁带有螺纹，与巷道顶部的锚杆螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的悬挂式巷道位移观测设备，其特征在于，所述观测设备主体外壳采用防爆设计；

优选的，所述测量系统还包括报警灯，报警灯与数据传输模块连接；

所述报警灯位于观测设备主体正下方偏左一侧。

7.一种权利要求1所述的悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选取所测巷道，确定巷道的参数，在巷道中间位置的顶板中心处竖直向上打一根锚杆，巷道的参数包括巷道长度、高度和宽度；

(2)将悬挂式巷道位移观测设备安装固定在顶部的锚杆上，设备的左右两侧正对巷道的左右两帮，并测量设备距顶板的距离；

(3)利用采集仪对准设备显示屏，输入巷道参数以及数据自动采集时间，设备自动调整两侧红外测距传感器A、B的倾角α，完成初始校准；

(4)每隔一定时间采集一次数据，根据导出的数据绘制巷道位移三维曲线，观察数据变化规律；

优选的，步骤(4)中，一般3天采集一次数据，对于变形量大的巷道，可以1天采集一次数据。

8.根据权利要求7所述的悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，其特征在于，以一条巷道表面的一条测线作为测量的基准，测线上的位移量作为整个巷道表面的位移量，测量某一长度巷道的位移量时，首先将观测设备主体安装在所测巷道长度方向中间处的顶部锚杆上，以巷道表面的测线为测量基准，假设所测巷道长度是L，高度是H，宽度是B，测线离巷道底板高度为x，观测设备主体宽度是A，安装后距离巷道顶部距离是H₁，观测设备主体距离巷道左右两帮和巷道底板距离的测量值分别是l_左测、l_右测和l_底测，则观测设备主体左右两侧的红外测距传感器A、B与水平面夹角α设置为：

观测设备主体的旋转角度θ_帮为：

观测设备主体底部红外测距传感器C的旋转角度θ_底为：

则观测设备主体的旋转角度范围为：

观测设备主体底部红外测距传感器C旋转角度范围为：

观测设备主体和底部的红外测距传感器C的旋转角度变化规律均符合正弦函数，转动一个周期将巷道表面位移数据测量两次，取两次测量的平均值作为本次测量的数据，转动周期T要视所测量巷道的长度而定，假设转动的角速度为W(rad/s)，则，

9.根据权利要求8所述的悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，其特征在于，巷道左帮的位移量ΔB_左为：

同理，巷道右帮的位移量ΔB_右为：

巷道顶底板的相对位移量ΔH为：

巷道两帮的相对位移量ΔB为：

至此，得到了巷道左右两帮的位移量、巷道两帮的相对位移量以及巷道顶底板的相对位移量。

10.根据权利要求9所述的悬挂式巷道位移观测设备的测量方法，其特征在于，在得到巷道位移量数据后，以位移量Δε为Z轴，其中Δε泛指上述ΔB_左、ΔB_右、ΔH、ΔB中的任一位移量，以时间t为X轴，以巷道长度L为Y轴，建立三维坐标系，则得到巷道不同位置处的位移量Δε变化规律、巷道中心线上某点位移量随时间的变化规律、巷道位移量随时间的变化规律、巷道位移量变化的速率，从而实现对巷道位移量的长期动态监测。

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