露天煤矿排土场水位实时监测系统及其建立和使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种露天煤矿排土场水位实时监测系统，露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分，所述地上部分为位于原来地表上方的堆土场(1)，所述露天煤矿排土场水位实时监测系统包括第一测量井(2)和第二测量井(3)；所述第一测量井(2)竖直设置于所述堆土场(1)的中部，所述第二测量井(3)包括依次连接的竖直段(301)、水平段(302)和自由段(303)；在所述堆土场(1)内部设置有第一隔水层(4)、第二隔水层(5)和第三隔水层(6)。本发明专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统结构简单、成本低、操作简便。

【技术实现步骤摘要】
露天煤矿排土场水位实时监测系统及其建立和使用方法
本专利技术涉及矿山领域，特别是涉及一种露天煤矿排土场水位实时监测系统及其建立和使用方法。
技术介绍
露天采煤直接剥离表土和煤层的上覆岩层，使煤层暴露后开采，并在采区内、外分层堆置剥离的岩土形成排土场。大型排土场是采区岩土混合堆积形成的人工巨型堆垫体。在大型排土场堆积形成过程中，排土场区域水位和水质变化对区域环境评估，对煤矿安全生产预警都有重要的作用。排土场由无到有的过程实际上是整个露天矿区开采的过程，但是现在鲜有研究，有部分团队在排土场周围区域布设几个测井，对水位进行研究，这种布设方式需要多个测井，费用高，其次，并没有直接测试排土场实际水位和水质的变化，这对于科研研究而言并不严谨，不能进行排土场中心向周围区域水位和水质的变化趋势，最后，排土场从无到有，从大到小，也就是开采区域经历开采到开采形成排土场的整个过程的水位和水质变化，目前没有真正做到实时在线监测的，但是这个数据对于科学研究，环境评价和煤矿安全生产预警都有极其重要的参考价值；露天矿的排土场有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点，因此实时监测排土场的水位变化情况，对排土场本身的稳定性具有重要意义。实时监测排土场的水位变化情况主要难点有以下几点：1、排土场区域会经历从无到有，地表经历从低到高的过程，因此测井也会逐步增加，如何实现监测井高度的安全稳定增加，并保证数据的稳定测试和传输是个难点；2、排土场从纵向方向主要分为两个区域，一个是地表以上的堆土场区域，其水位主要补充水源为地表水，其变化大，受天气影响较大，其水位变化对排土场安全性影响极大；第二个是地表以下区域，受矿坑排水影响，其水位与矿坑排水和突水有直接关系，其水质好坏也是重要的参考数据。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在排土场由无到有过程中，即露天矿开采前，开采中和开采后，如何克服现有的技术困难，实现排土场区域水位和水质变化情况，为此，本专利技术提供一种结构简单、成本低、操作简便的露天煤矿排土场水位实时监测系统。一种露天煤矿排土场水位实时监测系统，露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分，所述地上部分为位于原来地表上方的堆土场，所述露天煤矿排土场水位实时监测系统包括第一测量井和第二测量井；所述第一测量井竖直设置于所述堆土场的中部，由多个自密封套管上下连接而成，在最上端的所述自密封套管上设置有透气挡水盖；所述第二测量井包括依次连接的竖直段、水平段和自由段，其中，所述竖直段为设置在地下的钻孔，所述水平段采用自密封套管左右连接而成，所述水平段设置在所述堆土场和原地表之间，所述自由段竖直设置在所述堆土场的外部；在所述堆土场内部设置有第一隔水层、第二隔水层和第三隔水层；在所述第一隔水层的上部设置有多个土壤温湿度监测器，在所述堆土场的上表面和边坡设置有多个自动喷水装置。本专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，在所述第一测量井的下部设置有第一水位传感器和位于其上部的固定套筒，在所述堆土场上方设置有线圈车，在所述线圈车上设置有第一无线传输模块，所述第一水位传感器连接第一线缆的一端，所述第一线缆的另一端穿过所述固定套筒与所述第一无线传输模块相连；在所述第二测量井中，所述自由段由中空橡胶材料制成，在所述竖直段和所述水平段连接处设置有固定滑轮，在所述竖直段的下部设置有第二水位传感器，所述第二水位传感器通过第二线缆与所述自由段外部的第二无线传输模块相连。本专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述自密封套管由两个直径不同的中空管体套接固定而成，所述自密封套管的下部内径与上部外径一致；在所述自密封套管上设置有连通其内部和外部的第一线缆缝；所述固定套筒为圆柱形，在所述固定套筒的外侧壁上设置有多个向内凹陷的第一凹槽，在所述固定套筒的中心设置有上下贯通的通孔；所述固定套筒和所述自密封套管之间采用塑胶固定；在所述固定套筒上设置有连通其内部和外部的第二线缆缝；所述第一水位传感器和所述第二水位传感器的内部从下至上包括依次连接的压力探头、变压装置和第一单片机，所述第一单片机还与所述压力探头相连，在所述第一水位传感器和所述第二水位传感器的底部设置有向上凹陷的第二凹槽，所述第二凹槽的顶部即为所述压力探头的底部，所述变压装置与外部电源相连；所述固定滑轮包括滑轮支撑杆和与所述滑轮支撑杆相连的滑轮，所述滑轮的直径为30mm，宽度为25mm，所述滑轮支撑杆长为60mm，所述滑轮支撑杆竖直设置且与所述水平段的内壁焊接；所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统还包括控制中心，分别与所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块通讯相连。本专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述透气挡水盖包括盖体及固定在其底部的固定侧护板和挡灰侧护板，所述盖体为圆形，所述固定侧护板和所述挡灰侧护板为中空圆柱体，所述固定侧护板的直径小于所述挡灰侧护板；所述固定侧护板的上部设置有多个透气孔，下端与所述自密封套管可拆卸地固定连接。本专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述盖体、所述固定侧护板和所述挡灰侧护板在竖直方向上的轴线重合；所述固定侧护板与所述自密封套管的上端之间为螺纹连接；在所述盖体的上端连接有挡水斜板，所述挡水斜板为直径从上到下逐渐减小的圆柱形，所述挡水斜板与所述盖体之间的角度为115°；在所述挡水斜板与所述盖体之间的连接处连接导水管的上端，所述导水管的下端与距离所述第一测量井1m以外的区域相连通。本专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述第一隔水层为长方形，水平设置在所述堆土场内部，所述第二隔水层为正方形水槽，数量为多个，均匀设置在所述第一隔水层的上部，所述第三隔水层设置在靠近所述堆土场四周边坡的位置。本专利技术所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述第一隔水层包括长方形的隔水树脂软板层和与其四周连接的防滑阻水装置，所述防滑阻水装置包括水平阻水板、多个平行设置的竖直阻水板和多个平行设置的防滑板，所述水平阻水板连接在所述多个竖直阻水板的底端，形成多个阻水槽，所述防滑板为倾斜设置，其上端与所述水平阻水板的底部相连；所述第二隔水层包括大水槽、连接在所述大水槽左右两侧的第一小水槽、连接在所述大水槽前后的第二小水槽；所述第三隔水层包括隔水树脂硬板和均匀固定在其上的多个护水槽，所述隔水树脂硬板为倾斜设置，与所述堆土场的边坡平行，在所述堆土场边坡和所述隔水树脂硬板之间水平设置有多个船型的所述护水槽，其一端固定在所述隔水树脂硬板上；所述第三隔水层的数量为多个，沿所述堆土场的四周边坡均匀设置，处于同一个侧面的多个所述第三隔水层平行设置，相邻两个所述第三隔水层之间具有一定间隔，在所述第一隔水层上种植根系较长的植物，所述第二隔水层上种植有根系较短的植物；所述隔水树脂软板层、所述水平阻水板、所述竖直阻水板和所述防滑板均由隔水树脂软板构成；所述隔水树脂软板为聚氯乙烯透明软板或由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三碱式硫酸铅10g和轻质碳酸钙各10g在惰性气体保护下搅拌，搅拌时温度维持在120℃，充分搅拌后加入软脂酸1.5g、软脂酸钡1.5g和催化剂5g，最后放常温成模；所述隔水树脂硬板为环氧玻璃纤维板或由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分，所述地上部分为位于原来地表上方的堆土场(1)，所述露天煤矿排土场水位实时监测系统包括第一测量井(2)和第二测量井(3)；所述第一测量井(2)竖直设置于所述堆土场(1)的中部，由多个自密封套管(15)上下连接而成，在最上端的所述自密封套管(15)上设置有透气挡水盖；所述第二测量井(3)包括依次连接的竖直段(301)、水平段(302)和自由段(303)，其中，所述竖直段(301)为设置在地下的钻孔，所述水平段(302)采用自密封套管(15)左右连接而成，所述水平段(302)设置在所述堆土场(1)和原地表之间，所述自由段(303)竖直设置在所述堆土场(1)的外部；在所述堆土场(1)内部设置有第一隔水层(4)、第二隔水层(5)和第三隔水层(6)；在所述第一隔水层(4)的上部设置有多个土壤温湿度监测器(7)，在所述堆土场(1)的上表面和边坡设置有多个自动喷水装置(22)。

【技术特征摘要】
1.一种露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分，所述地上部分为位于原来地表上方的堆土场(1)，所述露天煤矿排土场水位实时监测系统包括第一测量井(2)和第二测量井(3)；所述第一测量井(2)竖直设置于所述堆土场(1)的中部，由多个自密封套管(15)上下连接而成，在最上端的所述自密封套管(15)上设置有透气挡水盖；所述第二测量井(3)包括依次连接的竖直段(301)、水平段(302)和自由段(303)，其中，所述竖直段(301)为设置在地下的钻孔，所述水平段(302)采用自密封套管(15)左右连接而成，所述水平段(302)设置在所述堆土场(1)和原地表之间，所述自由段(303)竖直设置在所述堆土场(1)的外部；在所述堆土场(1)内部设置有第一隔水层(4)、第二隔水层(5)和第三隔水层(6)；在所述第一隔水层(4)的上部设置有多个土壤温湿度监测器(7)，在所述堆土场(1)的上表面和边坡设置有多个自动喷水装置(22)。2.根据权利要求1所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：在所述第一测量井(2)的下部设置有第一水位传感器(9)和位于其上部的固定套筒(10)，在所述堆土场(1)上方设置有线圈车(11)，在所述线圈车(11)上设置有第一无线传输模块，所述第一水位传感器(9)连接第一线缆(12)的一端，所述第一线缆(12)的另一端穿过所述固定套筒(10)与所述第一无线传输模块相连；在所述第二测量井(3)中，所述自由段(303)由中空橡胶材料制成，在所述竖直段(301)和所述水平段(302)连接处设置有固定滑轮，在所述竖直段(301)的下部设置有第二水位传感器(13)，所述第二水位传感器(13)通过第二线缆(14)与所述自由段(303)外部的第二无线传输模块相连。3.根据权利要求2所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：所述自密封套管(15)由两个直径不同的中空管体套接固定而成，所述自密封套管(15)的下部内径与上部外径一致；在所述自密封套管(15)上设置有连通其内部和外部的第一线缆缝(17)；所述固定套筒(10)为圆柱形，在所述固定套筒(10)的外侧壁上设置有多个向内凹陷的第一凹槽(16)，在所述固定套筒(10)的中心设置有上下贯通的通孔(19)；所述固定套筒(10)和所述自密封套管(15)之间采用塑胶固定；在所述固定套筒(10)上设置有连通其内部和外部的第二线缆缝(18)；所述第一水位传感器(9)和所述第二水位传感器(13)的内部从下至上包括依次连接的压力探头(901)、变压装置(902)和第一单片机(903)，所述第一单片机(903)还与所述压力探头(901)相连，在所述第一水位传感器(9)和所述第二水位传感器(13)的底部设置有向上凹陷的第二凹槽(904)，所述第二凹槽(904)的顶部即为所述压力探头(901)的底部，所述变压装置(902)与外部电源相连；所述固定滑轮包括滑轮支撑杆和与所述滑轮支撑杆相连的滑轮，所述滑轮的直径为30mm，宽度为25mm，所述滑轮支撑杆长为60mm，所述滑轮支撑杆竖直设置且与所述水平段(302)的内壁焊接；所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统还包括控制中心，分别与所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块通讯相连。4.根据权利要求1所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：所述透气挡水盖包括盖体(101)及固定在其底部的固定侧护板(102)和挡灰侧护板(103)，所述盖体(101)为圆形，所述固定侧护板(102)和所述挡灰侧护板(103)为中空圆柱体，所述固定侧护板(102)的直径小于所述挡灰侧护板(103)；所述固定侧护板(102)的上部设置有多个透气孔(104)，下端与所述自密封套管(15)可拆卸地固定连接。5.根据权利要求4所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：所述盖体(101)、所述固定侧护板(102)和所述挡灰侧护板(103)在竖直方向上的轴线重合；所述固定侧护板(102)与所述自密封套管(15)的上端之间为螺纹连接；在所述盖体(101)的上端连接有挡水斜板(105)，所述挡水斜板(105)为直径从上到下逐渐减小的圆柱形，所述挡水斜板(105)与所述盖体(101)之间的角度为115°；在所述挡水斜板(105)与所述盖体(101)之间的连接处连接导水管(106)的上端，所述导水管(106)的下端与距离所述第一测量井(2)1m以外的区域相连通。6.根据权利要求1所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：所述第一隔水层(4)为长方形，水平设置在所述堆土场(1)内部，所述第二隔水层(5)为正方形水槽，数量为多个，均匀设置在所述第一隔水层(4)的上部，所述第三隔水层(6)设置在靠近所述堆土场(1)四周边坡的位置。7.根据权利要求6所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其特征在于：所述第一隔水层(4)包括长方形的隔水树脂软板层(401)和与其四周连接的防滑阻水装置，所述防滑阻水装置包括水平阻水板(402)、多个平行设置的竖直阻水板(403)和多个平行设置的防滑板(404)，所述水平阻水板(402)连接在所述多个竖直阻水板(403)的底端，形成多个阻水槽(405)，所述防滑板(404)为倾斜设置，其上端与所述水平阻水板(402)的底部相连；所述第二隔水层(5)包括大水槽(406)、连接在所述大水槽(406)左右两侧的第一小水槽(407)、连接在所述大水槽(406)前后的第二小水槽(408)；所述第三隔水层(6)包括隔水树脂硬板(20)和均匀固定在其上的多个护水槽(21)，所述隔水树脂硬板(20)为倾斜设置，与所述堆土场(1)的边坡平行，在所述堆土场(1)边坡和所述隔水树脂硬板(20)之间水平设置有多个船型的所述护水槽(21)，其一端固定在所述隔水树脂硬板(20)上；所述第三隔水层(6)的数量为多个，沿所述堆土场(1)的四周边坡均匀设置，处于同一个侧面的多个所述第三隔水层(6)平行设置，相邻两个所述第三隔水层(6)之间具有一定间隔，在所述第一隔水层(4)上种植根系较长的植物，所述第二隔水层(5)上种植有根系较短的植物；所述隔水树脂软板层(401)、所述水平阻水板(402)、所述竖直阻水板(403)和所述防滑板(404)均由隔水树脂软板构成；所述隔水树脂软板为聚氯乙烯透明软板或由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三碱式硫酸铅10g和轻质碳酸钙各10g在惰性气体保护下搅拌，搅拌时温度维持在120℃，充分搅拌后加入软脂酸1.5g、软脂酸钡1.5g和催化剂5g，最后放常温成模；所述隔水树脂硬板(20)为环氧玻璃纤维板或由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三碱式硫酸铅1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭苏萍，冯飞胜，付萍杰，杜文凤，王攀，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11