一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置制造方法及图纸

一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，包括埋设于开采工作面主断面内的沉陷观测墩，沉陷观测墩中心位置嵌设有竖直连接通道，沉陷观测墩内至少嵌设有三层水平连接通道，水平连接通道贯通到沉陷观测墩的侧面，水平连接通道垂直于竖直连接通道且与竖直连接通道连通，竖直连接通道的顶部与主水平连接通道连通，主水平连接通道伸出沉陷观测墩的位置上设置有与中央处理器连通的数据采集器；三层水平连接通道由上而下依次为第一层水平连接通道、第二层连接通道和第三层连接通道；三层水平连接通道外侧均设置有土壤水分传感器，土壤水分传感器上的数据线分别穿过对应的水平连接通道进入到竖直连接通道，最后经主水平连接通道与数据采集器连通。能够实现动态监测、在一定时间内的无人值守，并且达到多层次无损监测的效果。

A multifunctional monitoring device for mining subsidence land damage in coal mining area

A multifunctional monitoring device for coal mining subsidence land damage, including subsidence observation pier buried in mining face in the main section of the pier subsidence observation center block is provided with a vertical connecting channel, channel three is provided with a connecting block at least subsidence level observation pier, horizontal joint passage to the side pier subsidence observation. Horizontal connecting channel perpendicular to the vertical connecting channel and connected with the vertical connecting channel, connected with the main channel at the top of the vertical horizontal connecting passage is communicated, the main channel extending horizontally connected subsidence observation pier is arranged on the position data collector is communicated with the central processor; three level connection channel from top to bottom in the first layer of horizontal connecting channel the second layer, and third layer connecting channel connecting channel; three level connecting channels are provided with lateral soil moisture sensor, soil moisture The data line on the sensor goes through the corresponding horizontal connection channel to the vertical connection channel, and finally connects with the data collector through the main horizontal connection channel. It can realize dynamic monitoring, unattended in a certain time, and achieve the effect of multilevel nondestructive monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置
本专利技术涉及一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，尤其涉及开采过程地表的移动变形、土壤含水量等土地损伤主要特征的定点监测，实现一定时间内的无人值守。
技术介绍
我国是煤炭资源的消耗大国，煤炭资源在我国一次性能源消费的比例高达70%左右，煤炭资源的开采，不可避免对土地资源造成不同程度的塌陷、损毁、压占，受损土地需经过土地复垦等措施，使之恢复至原有的状态和生产力水平。其中，土地的受损特征、受损程度以及分布规律，是选择复垦工艺和措施的最要依据。由于各地区煤炭资源的赋存条件不同，开采过程中采取的开采工艺也不同，土地的受损特征也具有较为明显的差异性。如中东部高潜水地区的淮南、淮北矿区，井工开采后易形成季节性积水区或常年性积水区，积水掩盖了其他破坏特征，但这也是个渐进的过程，需要进行动态的监测；而在我国煤炭的主产区西部五省，井工开采后，会形成地表的塌陷，地裂缝的产生，由于松散层厚度以及土质的区别，这些表现形式也不尽相同，有的以塌陷为主要表现形式，而有的以地裂缝为主；部分区域还伴生水土流失，土壤质量的退化如含水量的减少等，因此这种土地损伤的监测也需要一定的手段获取。目前，针对于煤炭资源的损毁规律的研究，主要集中在小尺度的现场监测、大尺度的遥感监测、以及基于力学模型的数值模拟以及相似材料模拟试验等手段。相比于其他研究手段，小尺度的现场监测更为精细，获取的数据更具有说服力。然而，煤炭开采是个持续的生产活动，通常一个工作面的开采周期在1年以上，这也就为现场监测带来一定的难题，加之土地损伤特征具有多重指标，诸如移动变形、土壤含水量的变化等，这需要投入大量的人力、时间去完成各项数据的获取。而以往的监测过程，多划定若干个时间节点去监测，造成数据间断性。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置及其施工方法，为土地损伤的监测提供一个新途径。可以进行开采过程地表的移动变形、土壤含水量等土地损伤主要特征的监测，与传统技术相比，沉陷观测墩不再单一的用于定位，而是能够实现多个指标的定点定向监测，能够实现动态监测、在一定时间内的无人值守，并且达到多层次无损监测的效果。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，包括埋设于开采工作面主断面内的沉陷观测墩，沉陷观测墩中心位置嵌设有竖直连接通道，竖直连接通道的底部贯通到沉陷观测墩底部，沉陷观测墩内至少嵌设有三层水平连接通道，水平连接通道贯通到沉陷观测墩的侧面，水平连接通道垂直于竖直连接通道且与竖直连接通道连通，竖直连接通道的顶部与主水平连接通道连通，主水平连接通道伸出沉陷观测墩的位置上设置有数据采集器；所述三层水平连接通道由上而下依次为第一层水平连接通道、第二层连接通道和第三层连接通道；沉陷观测墩侧面对应的第一层水平连接通道、第二层水平连接通道和第三层水平连接通道处均设置有土壤水分传感器，土壤水分传感器上的数据线分别穿过对应的水平连接通道进入到竖直连接通道，最后经主水平连接通道与数据采集器连通；在沉陷观测墩的顶部设置有控制点标志；数据采集器与中央处理器连接。所述沉陷观测墩的顶设置有摄影云台，摄影云台中心与控制点标志在一条铅垂线上，在摄影云台上安置相机或高光谱成像仪；在沉陷观测墩的顶面上设置摄影参考线标识，第一摄影参考线以磁北方向为起始方向，其他摄影参考线以22.5°或45°的间隔，以控制点标志中心为中心呈辐射状设置；高光谱成像仪与中央处理器连接。所述竖直连接通道的顶端距沉陷观测墩的顶面15-20cm；竖直连接通道的直径为8-10cm。所述主水平连接通道的直径为8-10cm。所述第一层水平连接通道包含3个孔径相同分别与沉陷观测墩的3个侧面水平贯通的连接通道，第一层水平连接通道的直径为3-5cm；第二层水平连接通道和第三层水平连接通道均包含4个孔径相同分别与沉陷观测墩的4个侧面水平贯通的连接通道；第二层水平连接通道、第三层水平连接通道与第一层水平连接通道的距离分别为30-40cm、50-60cm；第二层水平连接通道和第三层水平连接通道的直径均为3-5cm。所述第一层水平连接通道与主水平连接通道在同一水平面上，所述第一层水平连接通道内的土壤水分传感器通过连接部件与该层的水平连接通道连接，土壤水分传感器的探头伸出连接部件外垂直插入土层里；第二层水平连接通道和第三层水平连接通道内的土壤水分传感器的探针伸出对应层水平连接通道水平插入土层里。所述连接部件包括圆直角型弯头管，圆直角型弯头管的两端均安装有伸缩套管，圆直角型弯头管一端的伸缩套管设置有与外螺纹，第一水平连接通道设置有与该外螺纹相配的内螺纹；圆直角型弯头管另一端的伸缩套管设置有与土壤水分传感器相配的螺纹。所述土壤水分传感器外部设置有保护罩，土壤水分传感器的探针伸出到保护罩外面；第一层水平连接通道连接的土壤水分传感器的保护罩与圆直角型弯头管另一端的伸缩套管螺纹连接；第二层水平连接通道和第三层水平连接通道内的土壤水分传感器的保护罩与对应的水平连接通道螺纹连接。所述在沉陷观测墩的正下方设置有土应力计，土应力计的数据线穿过竖直连接通道及主水平连接通道与数据采集器电连接。所述土应力计的两端为螺旋状弹簧结构，中间部位含有应力传感器系统，应力传感器系统套设于钢管内，在钢管上还连通有连通管，连通管所竖直连接通道连通，应力传感器系统的数据线穿过连通管，经竖直连接通道和主水平连接通道与数据采集器连接。相对于现有技术，本专利技术有以下优点：1）实现定点定向、多个指标的集成观测：传统监测过程中，地表移动变形和土壤含水量的监测研究多是单独进行的，二者之间的耦合监测现有报道，或者是基于地表移动变形定性分析的基础上，完成后者的监测工作，很少将二者在开采过程中进行共同处理。本专利技术不仅将沉陷观测墩作为地表移动变形的观测基点，而是将其作为一种水分传感器、土应力计的定位标志和连接载体，可以将开土壤含水量、土体应力变化等主要特征指标与地表移动变形结合起来，完成多个指标的集成观测；同时，还中尺度下研究开采沉陷对植被等生态要素的影响高光谱图像的拍摄提供方位基准。2）实现动态监测、一定时间内的无人值守：以往的监测过程中，一般要制定监测的时间节点，会造成数据的某些时间的空白，而且需要监测人员必须到现场，才能完成监测工作。本专利技术通过高精度的传感器以及多通道数据采集器，结合工作面开采计划和日平均开采速度，通过设置数据采集的频次，进行动态持续监测，在一定时间内实现无人值守，进而实现数据在开采全过程的全覆盖。3）实现监测过程中多层次的无损监测：以往的土壤含水量的测定多用烘干法，需要现场开挖剖面，而且每次采样都需要开挖一个新剖面，对土地原始状态有一定的破坏性，而且被开挖的剖面对下次的测量工作有一定的影响。本专利技术采用3个层次的高精度水分传感器，监测采动过程中土壤含水量的变化，精度上虽略低于烘干法，但通过同期数据的横向对比和不同时期的纵向对比，可以反映出开采沉陷对土壤含水量的影响规律；并且，这种监测手段是长期的、数据是连续的、工作方式是无损的。附图说明图1本专利技术中土应力计结构与埋设示意图。图2本专利技术中沉陷观测墩的剖面图。图3本专利技术中连接部件结构示意图。图4是本专利技术采动过程中沉陷观测墩的高程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，其特征在于：包括埋设于开采工作面主断面内的沉陷观测墩，沉陷观测墩中心位置嵌设有竖直连接通道，竖直连接通道的底部贯通到沉陷观测墩底部，沉陷观测墩内至少嵌设有三层水平连接通道，水平连接通道贯通到沉陷观测墩的侧面，水平连接通道垂直于竖直连接通道且与竖直连接通道连通，竖直连接通道的顶部与主水平连接通道连通，主水平连接通道伸出沉陷观测墩的位置上设置有数据采集器；所述三层水平连接通道由上而下依次为第一层水平连接通道、第二层连接通道和第三层连接通道；沉陷观测墩侧面对应的第一层水平连接通道、第二层水平连接通道和第三层水平连接通道处均设置有土壤水分传感器，土壤水分传感器上的数据线分别穿过对应的水平连接通道进入到竖直连接通道，最后经主水平连接通道与数据采集器连通；在沉陷观测墩的顶部设置有控制点标志；数据采集器与中央处理器连接。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，其特征在于：包括埋设于开采工作面主断面内的沉陷观测墩，沉陷观测墩中心位置嵌设有竖直连接通道，竖直连接通道的底部贯通到沉陷观测墩底部，沉陷观测墩内至少嵌设有三层水平连接通道，水平连接通道贯通到沉陷观测墩的侧面，水平连接通道垂直于竖直连接通道且与竖直连接通道连通，竖直连接通道的顶部与主水平连接通道连通，主水平连接通道伸出沉陷观测墩的位置上设置有数据采集器；所述三层水平连接通道由上而下依次为第一层水平连接通道、第二层连接通道和第三层连接通道；沉陷观测墩侧面对应的第一层水平连接通道、第二层水平连接通道和第三层水平连接通道处均设置有土壤水分传感器，土壤水分传感器上的数据线分别穿过对应的水平连接通道进入到竖直连接通道，最后经主水平连接通道与数据采集器连通；在沉陷观测墩的顶部设置有控制点标志；数据采集器与中央处理器连接。2.根据权利要求1所述的煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，其特征在于：沉陷观测墩的顶设置有摄影云台，摄影云台中心与控制点标志在一条铅垂线上，在摄影云台上安置相机或高光谱成像仪；在沉陷观测墩的顶面上设置摄影参考线标识，第一摄影参考线以磁北方向为起始方向，其他摄影参考线以22.5°或45°的间隔，以控制点标志中心为中心呈辐射状设置；高光谱成像仪与中央处理器连接。3.根据权利要求1所述的煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，其特征在于：竖直连接通道的顶端距沉陷观测墩的顶面15-20cm；竖直连接通道的直径为8-10cm。4.根据权利要求1所述的煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，其特征在于：主水平连接通道的直径为8-10cm。5.根据权利要求1所述的煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，其特征在于：第一层水平连接通道包含3个孔径相同分别与沉陷观测墩的3个侧面水平贯通的连接通道，第一层水平连接通道的直径为3-5cm；第二层水平连接通道和第三层水平连接通道均包含4个孔径相同分别与沉陷观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新静，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41