【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及一种采动覆岩离层监测系统、监测方法及分层沉降监测标。
技术介绍
1、金属矿和非金属矿山开采后会在深部岩土体内遗留大体积的采空区，采动会导致采场的应力重分布，进而导致覆岩的变形。由于上覆岩层的层状结构和物理力学性质的差异，覆岩变形速度和变形量往往存在差异，此时相邻岩层之间就会产生水平裂隙。当水平裂隙发育到一定规模，形成离层空间。离层空间是一把双刃剑，探测不明时，大规模的离层空间作为流体的理想储存区域，例如奥陶水、瓦斯等，会造成离层突水或瓦斯爆炸事故。同样的大面积的厚硬岩层悬空，积聚大量弹性势能，突然破断容易引发冲击矿压事故。利用合理时，例如进行离层注浆充填工程，既消纳了粉煤灰等固体废弃物，又减少了地表沉降量。以上这些案例均涉及到离层位置和发育规模的监测。所以，为了实现地下空间的有效利用和采空塌陷的防治，有必要监测不同深度和层位的岩层竖向运移情况，从而获得覆岩离层的发育层位、时机、体量等重要数据。
2、目前，行业内使用的覆岩变形监测设备包括：布里渊分布式光纤、土体沉降仪、钻孔电视仪、多点位移计等，各有优势，但在覆岩大变形监测领域中还是有较大的局限性。例如：分布式光纤布设难度较大、允许变形量和量程极小，容易扯断；土体沉降仪的沉降磁环的钢爪难以嵌入岩壁，容易产生滑移，监测数据容易产生较大误差；钻孔窥视仪在覆岩剧烈移动时无法收回的风险极高，工程人员要冒着设备损失的风险使用；多点位移计的测点数目有限，业内最高规格的多点位移计测点数量仅有六个；以上监测设备的费用较高，且均不能同时满足大变形、高精
技术实现思路
1、专利技术目的：提供一种采动覆岩离层监测系统、监测方法及分层沉降监测标，以解决现有技术存在的上述问题。
2、技术方案：一种采动覆岩离层监测系统，包括地表自动化监测模块、孔内监测数据提取模块和沉降套管底部辅助安装模块三个组成部分。
3、其中，所述地表自动化监测模块置于地表地面处，用于进行监测数据的处理与储存；所述孔内监测数据提取模块与所述地表自动化监测模块通过相应的通信线缆连接，并通过射频识别技术对相应的监测标进行识别与数据收集作业；所述沉降套管底部辅助安装模块与所述孔内监测数据提取模块相连，可对设备安装、数据监测与提取过程中的紧急情况进行处理。
4、在进一步的实施例中，所述地表自动化监测模块包括电动绞车、计米器、电脑、井架和滑轮五个设备组件；所述计米器与所述电脑连接，可进行相应深度数据的测量与记录；所述计米器与所述电动绞车通过所述通信线缆与所述孔内监测数据提取模块相连；所述通信线缆绕过井口搭设的所述井架和所述滑轮与所述孔内监测数据提取模块相连。
5、在进一步的实施例中，所述孔内监测数据提取模块设有相应的分层沉降监测标，通过射频识别监测所述分层沉降监测标的作业位置即可获取相应的岩层位移数据，且所述分层沉降标设有相应的高频无源电子标签。
6、在进一步的实施例中，所述沉降套管底部辅助安装模块包括辅助安装导头，所述辅助安装导头为圆弧形导头，且焊接有具有预定作业长度的钢筋，所述钢筋的作业面表面预定位置处设有相应导头提拉点。
7、在进一步的实施例中，一种采动覆岩离层监测系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤：
8、s1、将具有预定作业长度的沉降套管依次相连，并在预定作业位置处通过螺栓固定的方式对限位环进行固定；接着将分层沉降监测标套于所设沉降套管外，并再次在所述沉降套管的预定作业位置处再次通过螺栓固定的方式设置所述限位环；
9、s2、依次重复s1中的步骤对多个所述限位环与所述分层沉降监测标进行作业位置的固定与限位，此时所述分层沉降监测标可在多个所述限位环之间进行灵活的滑动；
10、s3、将多个所述分层沉降监测标所设的涡卷弹簧通过插销依次串联，使所述涡卷弹簧处于收紧状态，存储弹性势能；
11、s4、将圆弧形导头焊接相连的钢筋贯穿过所述沉降套，并使所述圆弧形导头与所述沉降套管螺纹连接，完成辅助安装组件的装配；
12、s5、将通过上述s1至s4步骤装配完成后的监测装置整体放置于矿井钻孔内，当下放至预定作业位置处时，向上抽拉连接多个所述涡卷弹簧的插销，当所述插销与所述涡卷弹簧抽离的瞬间，所述涡卷弹簧的弹片瞬间张开，弹片紧贴钻孔孔壁，使得所述分层沉降监测标与岩层位置相对固定，同步运行；
13、s6、在预定时间间隔内多次通过读写器对所述分层沉降监测标的作业位置进行读取与记录，以获取相应岩层的竖向移动距离数据。
14、在进一步的实施例中，上述采动覆岩离层监测系统在覆岩离层监测场景下的应用。
15、在进一步的实施例中，一种采动覆岩离层分层沉降监测标，其特征在于包括分层沉降标安装基础、无源电子标签和涡卷弹簧三个部分；所述分层沉降标安装基础分为上下两个半圆弧形端部和薄壁圆筒中轴部；所述分层沉降标安装基础的上下两个半圆弧形端部的作业面表面设置有平行与中轴线的圆形安装基础销轴固定孔；所述涡卷弹簧置于所述分层沉降标安装基础的薄壁圆筒中轴部处。
16、在进一步的实施例中，所述分层沉降标安装基础的薄壁圆筒中轴部设有相应的安装基础内壁固定孔，所述涡卷弹簧的内圈位置处设有相应的涡卷弹簧内圈固定孔；将所述涡卷弹簧内圈固定孔和所述安装基础内壁固定孔轴线重合、对齐并通过相应的固紧件将所述涡卷弹簧固定与所述分层沉降标安装基础的薄壁圆筒中轴部处；所述涡卷弹簧作业方向的外端处设有涡卷弹簧外钩。
17、在进一步的实施例中，所述无源电子标签具有预定的柔性，所述无源电子标签的电路和芯片附着于其柔性基底上，且所述无源电子标签的柔性基底带有背胶，可粘贴与所述分层沉降标安装基础的中轴部内壁凹槽处。
18、在进一步的实施例中，所述的采动覆岩离层分层沉降监测标在覆岩离层监测场景下的应用。
19、有益效果：本专利技术涉及一种采动覆岩离层监测系统、监测方法及分层沉降监测标，涉及岩土工程领域。本专利技术采用地表自动化监测模块、孔内监测数据提取模块以及沉降套管底部辅助安装模块，分模块作业的方式可对覆岩离层监测实现二十四小时不间断的数据测量和异常预警。并通过特制的分层沉降监测标配合射频识别技术提高监测系统的量程和精度。现有技术中的设备在超量程情况，比如20～30cm时，监测系统就会出现拉断破坏的情况，而本专利技术中的监测系统可达到50cm，精度达到厘米级，同时测点布置间距最密集可达到20cm，频率不低于两个小时一次。同时分层沉降监测标成本低、可靠性高、原理和操作简单，尤其适用于坚硬光滑的岩层钻孔内监测，可以调节弹簧和安装基础的形式来适配不同孔径的安装需求，安装方案还能够克服采动影响下的不稳定钻孔容易陷孔和堵孔的安装难题。
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1.一种采动覆岩离层监测系统，其特征是包括：
2.根据权利要求1所述的一种采动覆岩离层监测系统，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种采动覆岩离层监测系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种采动覆岩离层监测系统，其特征在于：
5.如权利要求1至4中任一项所述的采动覆岩离层监测系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤：
6.如权利要求1至4中任一项所述的采动覆岩离层监测系统在覆岩离层监测场景下的应用。
7.一种采动覆岩离层分层沉降监测标，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的一种采动覆岩离层分层沉降监测标，其特征在于：
9.根据权利要求7所述的一种采动覆岩离层分层沉降监测标，其特征在于：
10.如权利要求7至9中任一项所述的采动覆岩离层分层沉降监测标在覆岩离层监测场景下的应用。
【技术特征摘要】
1.一种采动覆岩离层监测系统，其特征是包括：
2.根据权利要求1所述的一种采动覆岩离层监测系统，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种采动覆岩离层监测系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种采动覆岩离层监测系统，其特征在于：
5.如权利要求1至4中任一项所述的采动覆岩离层监测系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤：
6.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡非，刘旺，张瑞，关崇伟，李嘉麒，郭世儒，倪宏阳，刘媛，瞿虎，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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