本发明属于有害气体检测，具体是一种姿态可调的围岩有害气体检测装置及方法。
背景技术：
1、在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体，称为围岩。在地幔深处孕育的有害气体通过深大断裂带运移至地层浅部及地表，隧道掘进中有害气体直接或通过次级断裂、节理裂隙等构造逸出进入隧道环境，严重影响隧道安全施工，对于高浓度围岩有害气体喷出情况，隧道施工一般采取超前钻孔排放或注浆封堵等措施，与注浆封堵相比超前钻孔排放并加强通风施工简单，成本较低，然而为提高排放效率，往往需要在掌子面上增加超前钻孔数量，此时大量高浓度有害气体喷出后，通风并不能及时稀释有害气体浓度至安全限值，因此检测人员进洞检测安全风险很高；此外，为了打通隧道前方赋存有害气体的断裂或者气囊，超前钻孔并不一定垂直掌子面，可能会存在各种角度，增加了钻孔有害气体检测难度，目前现有隧道有害气体检测装置大都只能检测气体的组分及浓度，对于气体渗出压力及渗出速度的检测相对不足，如何自动识别超前钻孔角度并调整探测机构姿态伸入钻孔检测有害气体组分、浓度、渗出压力及速度，查明各钻孔内有害气体浓度变化，预判掌子面前方围岩有害气体残余情况，指导超前钻孔排放方案设计是目前有害气体隧道工程亟待解决的关键问题，因此现提出一种姿态可调的围岩有害气体检测装置及方法。
技术实现思路
1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种姿态可调的围岩有害气体检测装置及方法，解决了现有隧道有害气体检测装置大都只能检测气体的组分及浓度，对于气体渗出压力及渗出速度的检测相对不足，如何自动识别超前钻孔角度并调整探测机构姿态伸入钻孔检测有害气体组分、浓度、渗出压力及速度，查明各钻孔内有害气体浓度变化，预判掌子面前方围岩有害气体残余情况的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种姿态可调的围岩有害气体检测装置，包括动力装置，安装于所述动力装置顶部的检测主机，设置于所述动力装置顶部的伸缩杆，装配于所述伸缩杆顶部的姿态调整装置；
3、固装于所述姿态调整装置顶部的驱动组件，连接于所述驱动组件输出轴的传动组件，安装于所述传动组件侧部的密封组件；
4、所述传动组件与掌子面接触并收缩向密封组件内注气；
5、安装于所述密封组件外部对孔洞内壁清理的清理组件，铰接于所述密封组件外部且与所述传动组件连接的支撑组件；
6、所述传动组件包括安装于所述驱动组件输出轴上的注气仓，套设于所述注气仓内部的传动环，安装于所述传动环侧部的注气管，套设于所述注气管内部的套管，连接于所述套管一端的接触环；
7、所述密封组件包括安装于所述注气仓侧部的第一固定管，安装于所述第一固定管外部的橡胶垫，连通于所述橡胶垫与传动环之间的连接管；
8、套设于所述第一固定管一端的第二固定管，安装于所述第二固定管内壁两端的风速计与第二固定管，固装于所述第二固定管内壁的气压传感器，连接于所述第二固定管与第一固定管之间的弹簧，连接于所述第一固定管另一端的连通管；
9、所述连通管的一端与所述检测主机连通。
10、优选地，所述橡胶垫外部呈凹凸状，所述连接管外部呈波纹状，所述连接管一端贯穿注气仓，且与所述传动环、注气仓之间连通。
11、优选地，所述驱动组件推动密封组件使其一端进入掌子面孔洞内，接触环与掌子面接触，接触环推动套管、注气管与传动环对注气仓内气体挤压，并通过连接管进入橡胶垫内存储。
12、优选地，所述支撑组件包括安装于所述第一固定管外部的限位架，铰接于所述第二固定管外部的连接杆，连接于所述连接杆与所述接触环之间的绳索；
13、铰接于所述连接杆一端的支撑块；
14、所述支撑块由六个组成且相互卡合，所述支撑块外部分别固装有橡胶块。
15、优选地，所述驱动组件推动密封组件一端深入孔洞内，接触环与掌子面接触，并缩短与注气仓之间间距，从而通过绳索拉动连接杆带动六个支撑块，使其内径值增大，并与孔洞内壁接触。
16、优选地，所述清理组件包括安装于所述第二固定管外部的推动环，所述推动环用于对橡胶垫内壁密封；
17、安装于所述第一固定管外部的支撑杆，铰接于所述支撑杆顶部的活动杆，所述活动杆与所述第一固定管之间通过弹簧连接；
18、连接于所述第一固定管外部的喷气管，所述喷气管与所述活动杆内壁连接。
19、优选地，所述第一固定管内壁开设有供推动环滑动的槽口，所述喷气管与所述槽口内连通；
20、所述槽口内壁开设有与所述橡胶垫连通的孔洞，所述橡胶垫通过推动环对其连通的孔洞进行密封，所述推动环外部一端开设于凹槽。
21、优选地，所述驱动组件推动第二固定管一端位于孔洞内，并通过传动组件拉动支撑组件扩大内径值与孔洞内壁接触将第二固定管固定于孔洞内，驱动组件继续推动第一固定管，使推动环外部凹槽两端分别与橡胶垫、喷气管连通，使内部气体通过喷气管喷出。
22、优选地，所述驱动组件包括安装于所述姿态调整装置顶部的连接板，设置于所述连接板侧部的三维激光扫描仪、温湿度传感器与高清相机及声学成像仪，装配于所述连接板顶部的气缸。
23、本发明还提供了一种姿态可调的围岩有害气体检测装置的检测方法，包括以下步骤：
24、s1、开启高清相机及声学成像仪，对掌子面超前钻孔进行定位，基于声学成像仪检测结果初步判断渗出有害气体的钻孔位置及数量；
25、s2、选取某一渗出有害气体的钻孔，通过动力装置调节伸缩杆，启动动力装置推动伸缩杆、姿态调整装置、驱动组件、密封组件、传动组件、支撑组件与清理组件靠近孔洞；
26、s3、打开三维激光扫描仪对孔口形态进行精细扫描，获取钻孔直径、钻孔角度参数并输入至姿态调整装置使密封组件与超前钻孔轴线对齐；
27、s4、启动气缸推动支撑组件、密封组件伸入钻孔，关闭电磁阀门，通过接触环与掌子面接触，推动套管、注气管与传动环向橡胶垫内部注气；
28、s5、密封组件与支撑组件深入孔洞内，接触环移动过程中通过绳索拉动连接杆，增大六个支撑块的内径值，并通过橡胶块与孔洞内壁接触对第二固定管一端固定；
29、s6、气缸继续推动密封组件，此时第二固定管一端固定，第一固定管逐渐进入孔洞内，并套接于第二固定管外部，使推动环外部凹槽的两端分别与橡胶垫、喷气管连通，气压进入喷气管内，在橡胶垫内气压的作用下，喷气管弯折角度增大，气体通过喷气管喷出对孔洞内的粉尘进行清理；
30、s7、第一固定管继续移动，推动环凹槽一端脱离喷气管，并通过传动组件继续向密封组件内注气膨胀对孔洞进行密封；
31、s8、打开电磁阀门，开启检测主机，记录有害气体组分及浓度；
32、s9、关闭气压传感器、电磁阀门及检测主机，通过驱动组件回收密封组件与传动组件，使橡胶垫内气体排出，第二固定管回收至孔口，打开风速计，记录有害气体渗出速度；
33、s10、选取下一钻孔，通过动力装置带动驱动组件、密封组件、传动组件、支撑组件与清理组件，靠近钻孔孔口，重复s3-s9，最后完成对所有钻孔有害气体组分、浓度、渗出压力、渗出速度及渗出方向检测。
34、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
35、本发明通过打开三维激光扫描仪对孔口形态进行精细扫描，获取钻孔直径、钻孔角度参数并输入至姿态调整装置使密封组件与超前钻孔轴线对齐，启动气缸推动支撑组件、密封组件伸入钻孔并通过密封组件膨胀对孔洞进行密封，打开电磁阀门，开启检测主机，记录有害气体组分及浓度，关闭气压传感器、电磁阀门及检测主机，通过驱动组件回收密封组件与传动组件，使橡胶垫内气体排出，第二固定管回收至孔口，打开风速计，记录有害气体渗出速度，从而实现自动识别超前钻孔检测有害气体组分、浓度、渗出压力及速度，查明各钻孔内有害气体浓度变化，预判掌子面前方围岩有害气体残余情况，同时能够适配不同角度的孔洞；
36、本发明通过支撑组件将第二固定管固定于掌子面孔洞内，驱动组件继续推动第一固定管移动并逐渐套设于第二固定管外部，第一固定管移动过程中使推动环外部的凹槽的两端分别与橡胶垫与喷气管连通，此时橡胶垫内部气体进入喷气管，并在气压作用下推动喷气管，使其弯折角度逐渐增大呈一百二十度，同时向上推动活动杆拉伸活动杆与第一固定管之间的弹簧，并使喷气管处于连通状态，橡胶垫内部气体通过喷气管喷出，对孔洞内壁的灰尘与碎石进行清理，从而提高密封组件对孔洞密封的效果。
1.一种姿态可调的围岩有害气体检测装置，包括动力装置(100)，其特征在于：安装于所述动力装置(100)顶部的检测主机(200)，设置于所述动力装置(100)顶部的伸缩杆(300)，装配于所述伸缩杆(300)顶部的姿态调整装置(400)，固装于所述姿态调整装置(400)顶部的驱动组件(500)，连接于所述驱动组件(500)输出轴的传动组件(700)，安装于所述传动组件(700)侧部的密封组件(600)；
2.根据权利要求1所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述橡胶垫(601)外部呈凹凸状，所述连接管(602)外部呈波纹状，所述连接管(602)一端贯穿注气仓(701)，且与所述传动环(702)、注气仓(701)之间连通。
3.根据权利要求2所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述驱动组件(500)推动密封组件(600)使其一端进入掌子面孔洞内，接触环(705)与掌子面接触，接触环(705)推动套管(704)、注气管(703)与传动环(702)对注气仓(701)内气体挤压，并通过连接管(602)进入橡胶垫(601)内存储。
4.根据权利要求1所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述支撑组件(800)包括安装于所述第一固定管(603)外部的限位架(805)，铰接于所述第二固定管(605)外部的连接杆(801)，连接于所述连接杆(801)与所述接触环(705)之间的绳索(803)；
5.根据权利要求4所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述驱动组件(500)推动密封组件(600)一端深入孔洞内，接触环(705)与掌子面接触，并缩短与注气仓(701)之间间距，从而通过绳索(803)拉动连接杆(801)带动六个支撑块(802)，使其内径值增大，并与孔洞内壁接触。
6.根据权利要求4所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述清理组件(900)包括安装于所述第二固定管(605)外部的推动环(901)，所述推动环(901)用于对橡胶垫(601)内壁密封；
7.根据权利要求6所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述第一固定管(603)内壁开设有供推动环(901)滑动的槽口，所述喷气管(904)与所述槽口内连通；
8.根据权利要求7所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述驱动组件(500)推动第二固定管(605)一端位于孔洞内，并通过传动组件(700)拉动支撑组件(800)扩大内径值与孔洞内壁接触将第二固定管(605)固定于孔洞内，驱动组件(500)继续推动第一固定管(603)，使推动环(901)外部凹槽两端分别与橡胶垫(601)、喷气管(904)连通，使内部气体通过喷气管(904)喷出。
9.根据权利要求1所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：所述驱动组件(500)包括安装于所述姿态调整装置(400)顶部的连接板(502)，设置于所述连接板(502)侧部的三维激光扫描仪(503)、温湿度传感器(504)与高清相机及声学成像仪(505)，装配于所述连接板(502)顶部的气缸(501)。
10.一种姿态可调的围岩有害气体检测装置的检测方法，采用权利要求8所述的姿态可调的围岩有害气体检测装置，其特征在于：包括以下步骤：
