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一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采空區(qū)塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，屬于礦區(qū)環(huán)境治理領(lǐng)域。從地面打監(jiān)測孔洞直至采空區(qū)底板，在孔洞底部布置鋼基座護(hù)筒，并通過環(huán)形凸起在結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用下錨固于圍巖；常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒和微速沉陷層護(hù)筒分別通過密封圈和滾珠與鋼基座護(hù)筒層層相互嵌套，并通過環(huán)形凸起與所屬層錨固；然后通過第一固定端和第一卷尺、第二固定端和第二卷尺、第三固定端和第三卷尺，借助地面滑輪和配重秤砣組合結(jié)構(gòu)來讀取各層的沉陷數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對采空塌陷區(qū)的監(jiān)測。本發(fā)明能實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度地監(jiān)測采空塌陷區(qū)的沉陷發(fā)展，對礦區(qū)環(huán)境治理提供有力支持。
【專利說明】一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦區(qū)環(huán)境治理領(lǐng)域，尤其是涉及一種采空區(qū)塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤炭礦產(chǎn)資源十分豐富，在煤炭資源開發(fā)為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，對礦區(qū)環(huán)境也造成了非常重大的影響乃至破壞。特別是井工開采形成的采空塌陷區(qū)，是導(dǎo)致礦區(qū)環(huán)境問題的主要原因，嚴(yán)重危害著礦區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，制約著地方社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是礦區(qū)環(huán)境治理的主要內(nèi)容。由于我國煤炭產(chǎn)量的95%來自井工開采，井工開采的采空區(qū)頂板冒落后會形成“三帶”，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，冒落帶和裂隙帶又合稱為冒落裂隙帶，其變形在工作面回采后很快完成，一般情況下，軟弱巖石形成的冒落裂隙帶高度為采厚的9?12倍，中硬巖石為采厚的12?18倍，堅(jiān)硬巖石為采厚的18?28倍。而彎曲下沉帶為冒落裂隙帶至地面的所有部分，其變形要?dú)v經(jīng)相當(dāng)長的一段時(shí)間，按其下沉速度相對不同又可分為三層，即常速沉陷層、慢速沉陷層和微速沉陷層。可見，采空塌陷區(qū)是通過彎曲下沉帶來體現(xiàn)的，即通過對彎曲下沉帶的監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)對采空塌陷區(qū)的監(jiān)測。
[0003]目前，關(guān)于采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測的方法主要有激光測量、水準(zhǔn)測量、全站儀測量、GPS測量以及D-1nSAR測量等，所有這些監(jiān)測方法，如吳立新發(fā)明的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法(申請?zhí)?CN201110026660.3)，其不足均在于:它僅能監(jiān)測地表現(xiàn)已形成的沉陷情況，而無法實(shí)時(shí)、連續(xù)地對地層以下各層沉陷發(fā)展情況進(jìn)行監(jiān)測。另外，GPS (GlobalPositioning System)測量的不足還體現(xiàn)在其只能反映個(gè)別井下監(jiān)測點(diǎn)的變形情況，而不能整體體現(xiàn)沉陷的變化；D_InSAR (Differential Interferometric SyntheticAperture Radar)測量雖整體反映了礦區(qū)的沉陷情況,但不能實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，且還需要國外技術(shù)支持。又如吳張中等發(fā)明的一種采空塌陷區(qū)土體水平變形監(jiān)測系統(tǒng)(申請?zhí)?CN201010242650.9)，它主要是對地表土體在水平方向上的不同變形進(jìn)行監(jiān)測，從而得到變形對預(yù)埋油氣管道的影響，其不足在于只是對表土層的局部層位進(jìn)行沉陷監(jiān)測。所以，要詳細(xì)掌握采空塌陷區(qū)的沉陷規(guī)律，需要發(fā)明一種能夠在采空塌陷區(qū)整體上進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測的系統(tǒng)和方法。通過對采空塌陷區(qū)各層位的監(jiān)測，得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料，進(jìn)而研究采空塌陷區(qū)沉陷規(guī)律，可預(yù)測塌陷區(qū)沉陷情況，從而及時(shí)地對可能影響的地表構(gòu)筑物進(jìn)行保護(hù)，預(yù)防事故發(fā)生；并且可根據(jù)采空塌陷區(qū)的具體沉陷規(guī)律有針對性的采取對應(yīng)措施，為礦區(qū)環(huán)境治理提供有力支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前在采空塌陷區(qū)監(jiān)測方面存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采空區(qū)塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)對采空塌陷區(qū)各層位的實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)地監(jiān)測，得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)預(yù)測采空塌陷區(qū)沉陷情況、及時(shí)保護(hù)采空塌陷區(qū)可能影響的地表構(gòu)筑物、有針對性地對采空塌陷區(qū)采取治理措施。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)由監(jiān)測孔洞、鋼基座護(hù)筒、環(huán)形凸起、防護(hù)片、密封圈、滾珠、常速沉陷層護(hù)筒、墊片、第一固定端、第一卷尺、慢速沉陷層護(hù)筒、第二固定端、第二卷尺、微速沉陷層護(hù)筒、第三固定端、第三卷尺、支撐鋼桿、滑輪、小指針、配重秤砣、環(huán)形鋼圈、圓錐頂蓋組成；其中，所述監(jiān)測孔洞位于煤礦采空區(qū)底板上，鋼基座護(hù)筒位于監(jiān)測孔洞底部；所述環(huán)形凸起分別焊接在鋼基座護(hù)筒、常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒和微速沉陷層護(hù)筒上，并通過結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用分別錨固于各自對應(yīng)的層位中；所述鋼基座護(hù)筒、常速沉陷層護(hù)筒和慢速沉陷層護(hù)筒頂部有防護(hù)片；所述常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒和微速沉陷層護(hù)筒通過密封圈和滾珠分別嵌套于鋼基座護(hù)筒、常速沉陷層護(hù)筒和慢速沉陷層護(hù)筒中；所述常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒和微速沉陷層護(hù)筒底部設(shè)有墊片；所述第一固定端和第二固定端分別焊接在常速沉陷層護(hù)筒和慢速沉陷層護(hù)筒底部，第三固定端焊接在微速沉陷層護(hù)筒的中上部；第一卷尺、第二卷尺、第三卷尺一端分別固定在第一固定端、第二固定端和第三固定端上，另一端通過滑輪與配重秤砣連接；所述小指針固定于配重秤砣上面的滑輪旁邊；所述微速沉陷層護(hù)筒頂端焊接支撐鋼桿，在支撐鋼桿頂部焊接環(huán)形鋼圈，圓錐頂蓋置于環(huán)形鋼圈上。
[0007]所述監(jiān)測方法為:
[0008]I)從地面打監(jiān)測孔洞直至采空區(qū)底板，在監(jiān)測孔洞底部布置鋼基座護(hù)筒，并通過焊接于其上的環(huán)形凸起在結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用下錨固在圍巖中；
[0009]2)常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒和微速沉陷層護(hù)筒分別通過密封圈和滾珠與鋼基座護(hù)筒之間層層相互嵌套，并各自通過環(huán)形凸起與所屬層錨固；
[0010]3)分別通過第一固定端和第一卷尺、第二固定端和第二卷尺、第三固定端和第三卷尺，借助地面滑輪和配重秤砣組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)地讀取采空塌陷區(qū)中常速沉陷層、慢速沉陷層及微速沉陷層的沉陷數(shù)值，得到沉陷變化趨勢圖和不同時(shí)間間隔的沉陷量等監(jiān)測資料。
[0011]進(jìn)一步，所述監(jiān)測孔洞的直徑要大于等于300mm;所述鋼基座護(hù)筒的直徑為200mm，高度為冒落帶和裂隙帶之和；所述常速沉陷層護(hù)筒的直徑為195mm，慢速沉陷層護(hù)筒的直徑為190_，微速沉陷層護(hù)筒的直徑為185_，各護(hù)筒均由不銹鋼材料制成。
[0012]進(jìn)一步，所述鋼基座護(hù)筒、常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒及微速沉陷層護(hù)筒外側(cè)焊接的環(huán)形凸起至少為3圈，以便通過結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用增加護(hù)筒與周圍各層的錨固力；所述鋼基座護(hù)筒、常速沉陷層護(hù)筒、慢速沉陷層護(hù)筒及微速沉陷層護(hù)筒外側(cè)除環(huán)形凸起之外與監(jiān)測孔洞之間的空間填充細(xì)沙或浙青，用以防止局部變形折斷；所述密封圈為橡膠密封圈，起護(hù)筒密封作用，滾珠是直徑為2.5mm的不銹鋼珠，以便各護(hù)筒之間的相對滑動(dòng)；所述防護(hù)片焊接于各護(hù)筒頂部內(nèi)緣，用以防止周邊雜物對密封圈產(chǎn)生的磨損破壞；所述墊片焊接于各護(hù)筒底部外緣，防止?jié)L珠意外滑脫。
[0013]進(jìn)一步，所述第一固定端為常速沉陷層固定端、第二固定端為慢速沉陷層固定端，分別焊接在常速沉陷層護(hù)筒和慢速沉陷層護(hù)筒底部，且要求第一固定端至慢速沉陷層護(hù)筒、第二固定端至微速沉陷層護(hù)筒底部墊片的距離要分別大于慢速沉陷層和微速沉陷層的沉陷長度；所述第三固定端為微速沉陷層固定端，焊接在微速沉陷層護(hù)筒中上部，可節(jié)約一定的材料。
[0014]進(jìn)一步，常速沉陷層護(hù)筒初始布置于鋼基座護(hù)筒頂部，兩護(hù)筒的重疊區(qū)能安放一定滾珠即可；所述慢速沉陷層護(hù)筒初始布置時(shí)要伸入常速沉陷層護(hù)筒一定距離，該延伸長度要大于常速沉陷層護(hù)筒和慢速沉陷層護(hù)筒因沉陷速度不同所產(chǎn)生的相對滑移距離；所述微速沉陷層護(hù)筒初始布置時(shí)要伸入慢速沉陷層護(hù)筒一定距離，該延伸長度要大于慢速沉陷層護(hù)筒和微速沉陷層護(hù)筒因沉陷速度不同所產(chǎn)生的相對滑移距離，如此就不會出現(xiàn)護(hù)筒之間脫節(jié)現(xiàn)象。
[0015]進(jìn)一步，所述第一卷尺、第二卷尺和第三卷尺由柔性不銹鋼材料制成，其上有刻度，最小刻度為1mm ;所述各沉陷層對應(yīng)的滑輪和配重秤砣組合結(jié)構(gòu)相同，其中滑輪為2個(gè)；小指針在配重秤砣上面的滑輪旁邊固定不動(dòng)，便于讀取沉陷監(jiān)測時(shí)的具體數(shù)值，各時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值之差就是該時(shí)間間隔內(nèi)的沉陷量。
[0016]進(jìn)一步，所述支撐鋼桿為4根不銹鋼鋼桿，分別在四個(gè)方向焊接在微速沉陷層護(hù)筒上，用以支撐環(huán)形鋼圈及其上的圓錐頂蓋；所述環(huán)形鋼圈由不銹鋼材料制成，焊接在4根支撐鋼桿上，用以安放圓錐頂蓋；所述圓錐頂蓋為不銹鋼蓋子，可以取下，用以防止雨水、外界雜物等落入裝置內(nèi)。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1、本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn) 了對采空塌陷區(qū)內(nèi)各沉陷層的實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)監(jiān)測。
[0019]2、本發(fā)明具有精度高、可連續(xù)監(jiān)測的特點(diǎn)，可更加準(zhǔn)確有效地預(yù)測采空塌陷區(qū)的發(fā)展、更加科學(xué)準(zhǔn)確地研究采空塌陷區(qū)的沉陷規(guī)律。
[0020]3、通過對本發(fā)明可及時(shí)對塌陷區(qū)可能影響的地表構(gòu)筑物采取保護(hù)措施或有針對性地對采空塌陷區(qū)采取治理措施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為護(hù)筒地面部分立體示意圖。
[0025]圖5為實(shí)施例一的測量部分放大示意圖。
[0026]圖6為實(shí)施例二的測量部分放大示意圖。
[0027]其中:1 一監(jiān)測孔洞，2—鋼基座護(hù)筒，3—環(huán)形凸起，4一防護(hù)片，5—密封圈，6—滾珠，7—常速沉陷層護(hù)筒，8—墊片，9一第一固定端，10—第一卷尺，11 一慢速沉陷層護(hù)筒，
12—第二固定端，13一第二卷尺，14一微速沉陷層護(hù)筒，15一第二固定端，16一第二卷尺，17一支撐鋼桿，18一滑輪，19一小指針,20—配重砰?它,21一環(huán)形鋼圈，22—圓維頂蓋,23一轉(zhuǎn)盤，24一轉(zhuǎn)軸,25—大指針,26一二角支架,27一第一反射鏡,28一第二反射鏡，29一第二反射鏡，30—激光測量器，31—激光光束。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和各實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。[0029]如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)由監(jiān)測孔洞1、鋼基座護(hù)筒2、環(huán)形凸起3、防護(hù)片4、密封圈5、滾珠6、常速沉陷層護(hù)筒7、墊片8、第一固定端9、第一卷尺10、慢速沉陷層護(hù)筒11、第二固定端12、第二卷尺13、微速沉陷層護(hù)筒14、第三固定端15、第三卷尺16、支撐鋼桿17、滑輪18、小指針19、配重秤砣20、環(huán)形鋼圈21、圓錐頂蓋22組成。
[0030]其中，所述監(jiān)測孔洞I位于煤礦采空區(qū)底板上，其直徑要大于等于300mm ;所述鋼基座護(hù)筒2位于監(jiān)測孔洞I底部，其直徑為200mm，高度為冒落帶和裂隙帶之和；所述常速沉陷層護(hù)筒7的直徑為195mm，慢速沉陷層護(hù)筒11的直徑為190mm，微速沉陷層護(hù)筒14的直徑為185_，各護(hù)筒均由不銹鋼材料制成；所述環(huán)形凸起3分別焊接在鋼基座護(hù)筒2、常速沉陷層護(hù)筒7、慢速沉陷層護(hù)筒11和微速沉陷層護(hù)筒14上，其數(shù)量必須在3圈以上，目的在于通過結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用分別錨固于各自對應(yīng)的層位中，并在各護(hù)筒外側(cè)除環(huán)形凸起之外與監(jiān)測孔洞之間的空間填充細(xì)沙或浙青，用以防止局部變形折斷；所述常速沉陷層護(hù)筒7、慢速沉陷層護(hù)筒11和微速沉陷層護(hù)筒14通過密封圈5和滾珠6分別嵌套于鋼基座護(hù)筒2、常速沉陷層護(hù)筒7和慢速沉陷層護(hù)筒11中，其中密封圈5為橡膠密封圈，起密封作用，滾珠6是直徑為2.5mm的不銹鋼珠，以便各護(hù)筒之間的相對滑動(dòng)；所述鋼基座護(hù)筒2、常速沉陷層護(hù)筒7和慢速沉陷層護(hù)筒11頂部內(nèi)緣焊接有防護(hù)片4，用以防止周邊雜物對密封圈產(chǎn)生的磨損破壞，底部外緣焊接有墊片8，防止?jié)L珠意外滑脫；
[0031]所述第一固定端9為常速沉陷層固定端、第二固定端12為慢速沉陷層固定端，分別焊接在常速沉陷層護(hù)筒7和慢速沉陷層護(hù)筒11底部，且要求第一固定端9至慢速沉陷層護(hù)筒11、第二固定端12至微速沉陷層護(hù)筒14底部墊片的距離要分別大于慢速沉陷層和微速沉陷層的沉陷長度；所述第三固定端15為微速沉陷層固定端，焊接在微速沉陷層護(hù)筒14中上部，可節(jié)約一定的材料；所述常速沉陷層護(hù)筒7初始布置于鋼基座護(hù)筒2頂部，兩護(hù)筒的重疊區(qū)能安放一定滾珠即可；所述慢速沉陷層護(hù)筒11初始布置時(shí)要伸入常速沉陷層護(hù)筒7 —定距離，該延伸長度要大于常速沉陷層護(hù)筒7和慢速沉陷層護(hù)筒11因沉陷速度不同所產(chǎn)生的相對滑移距離；所述微速沉陷層護(hù)筒14初始布置時(shí)要伸入慢速沉陷層護(hù)筒11 一定距離，該延伸長度要大于慢速沉陷層護(hù)筒11和微速沉陷層護(hù)筒14因沉陷速度不同所產(chǎn)生的相對滑移距離，如此就不會出現(xiàn)護(hù)筒之間脫節(jié)現(xiàn)象。所述第一卷尺10、第二卷尺13和第三卷尺16由柔性不銹鋼材料制成，其上有刻度，最小刻度為1mm，各卷尺的一端分別固定在第一固定端9、第二固定端12和第三固定端15上,另一端通過滑輪18與配重秤蛇20連接，其中各沉陷層的滑輪18和配重秤砣20組合結(jié)構(gòu)相同，且滑輪18為2個(gè)，同時(shí)在配重秤砣上面的滑輪18旁邊有一固定不動(dòng)的小指針19，便于讀取沉陷監(jiān)測時(shí)的具體數(shù)值，各時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值之差就是該時(shí)間間隔內(nèi)的沉陷量，如圖5所示；所述微速沉陷層護(hù)筒14頂端焊接支撐鋼桿17，支撐鋼桿17有4根，分別在四個(gè)方向焊接在微速沉陷層護(hù)筒14上，用以支撐環(huán)形鋼圈21及其上的圓錐頂蓋22，如圖4所示；所述環(huán)形鋼圈21由不銹鋼材料制成，焊接在4根支撐鋼桿17上，用以安放圓錐頂蓋22 ;所述圓錐頂蓋22為不銹鋼蓋子，用以防止雨水、外界雜物等落入裝置內(nèi)，在必要時(shí)可以取下。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例一的實(shí)施方法為:
[0033]I)從地面打監(jiān)測孔洞I直至采空區(qū)底板，在監(jiān)測孔洞I底部布置鋼基座護(hù)筒2，并通過焊接于其上的環(huán)形凸起3在結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用下錨固在圍巖中；
[0034]2)常速沉陷層護(hù)筒7、慢速沉陷層護(hù)筒11和微速沉陷層護(hù)筒14分別通過密封圈5和滾珠6與鋼基座護(hù)筒2之間層層相互嵌套，并各自通過環(huán)形凸起3與所屬層錨固；
[0035]3)分別通過第一固定端9和第一卷尺10、第二固定端12和第二卷尺13、第三固定端15和第三卷尺16，借助地面滑輪18和配重秤砣20組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)地讀取采空塌陷區(qū)中常速沉陷層、慢速沉陷層及微速沉陷層的沉陷數(shù)值，得到沉陷變化趨勢圖和不同時(shí)間間隔的沉陷量等監(jiān)測資料。
[0036]如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，其與實(shí)施例一的差別是它們的測量部分不同，如圖6所示為實(shí)施例二的測量部分放大示意圖，具體為慢速沉陷層的沉陷監(jiān)測，即第二卷尺13的一端固定在第二固定端12上，另一端纏繞在轉(zhuǎn)盤23上，轉(zhuǎn)盤23通過轉(zhuǎn)軸24固定在三角支架26上，在三角支架26和轉(zhuǎn)軸24連接處有一固定不動(dòng)的大指針25，便于讀取沉陷監(jiān)測時(shí)的具體數(shù)值，各時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值之差就是該時(shí)間間隔內(nèi)的沉陷量；在具體實(shí)施過程中，隨著慢速沉陷層護(hù)筒11的沉陷，第二卷尺13逐漸下降，通過大指針25讀取對應(yīng)第二卷尺13上的數(shù)值，其變化量即為沉陷量，常速沉陷層及微速沉陷層的沉陷監(jiān)測原理與此相同。
[0037]實(shí)施例二的實(shí)施方法在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上稍有變化，為:
[0038]I)從地面打監(jiān)測孔洞I直至采空區(qū)底板，在監(jiān)測孔洞I底部布置鋼基座護(hù)筒2，并通過焊接于其上的環(huán)形凸起3在結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用下錨固在圍巖中；
[0039]2)常速沉陷層護(hù)筒7、慢速沉陷層護(hù)筒11和微速沉陷層護(hù)筒14分別通過密封圈5和滾珠6與鋼基座護(hù)筒2之間層層相互嵌套，并各自通過環(huán)形凸起3與所屬層錨固；
[0040]3)分別通過第一固定端9和第一卷尺10、第二固定端12和第二卷尺13、第三固定端15和第三卷尺16，借助地面三角支架26、轉(zhuǎn)軸24和轉(zhuǎn)盤23組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)地讀取采空塌陷區(qū)中常速沉陷層、慢速沉陷層及微速沉陷層的沉陷數(shù)值，得到沉陷變化趨勢圖和不同時(shí)間間隔的沉陷量等監(jiān)測資料。
[0041]如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，其與實(shí)施例一和實(shí)施例二的差別是，實(shí)施例三采用的是激光測量，即在實(shí)施例一和實(shí)施例二的基礎(chǔ)上，把第一固定端9、第二固定端12及第三固定端15分別改變成第一反射鏡27、第二反射鏡28及第三反射鏡29，不需要卷尺和地面測量組合結(jié)構(gòu)部分，換成激光測量器30，其原理是，激光測量器30通過發(fā)射激光光束31分別至第一反射鏡27、第二反射鏡28和第三反射鏡29，通過計(jì)算激光光程的變化，即可得到相應(yīng)的沉陷量。實(shí)施例三和實(shí)施例一或?qū)嵤├啾?，雖然也實(shí)現(xiàn)了采空塌陷區(qū)各層的沉陷量監(jiān)測，但在監(jiān)測連續(xù)性上存在一定的弱勢。
[0042]實(shí)施例三的實(shí)施方法為:
[0043]I)從地面打監(jiān)測孔洞I直至采空區(qū)底板，在監(jiān)測孔洞I底部布置鋼基座護(hù)筒2，并通過焊接于其上的環(huán)形凸起3在結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用下錨固在圍巖中；
[0044]2)常速沉陷層護(hù)筒7、慢速沉陷層護(hù)筒11和微速沉陷層護(hù)筒14分別通過密封圈5和滾珠6與鋼基座護(hù)筒2之間層層相互嵌套，并各自通過環(huán)形凸起3與所屬層錨固；
[0045]3)激光測量器30分別通過對第一反射鏡27、第二反射鏡28和第三反射鏡29的激光測距，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)地讀取采空塌陷區(qū)中常速沉陷層、慢速沉陷層及微速沉陷層的沉陷數(shù)值，得到沉陷變化趨勢圖和不同時(shí)間間隔的沉陷量等監(jiān)測資料。
[0046]作為上述實(shí)施例一和實(shí)施例二的補(bǔ)充，該監(jiān)測系統(tǒng)可配置攝像和數(shù)據(jù)存儲、傳輸系統(tǒng)，通過對第一卷尺10、第二卷尺13及第三卷尺16的攝像，并實(shí)時(shí)傳輸至客戶終端，加上配置的圖像存儲功能，這樣就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對采空塌陷區(qū)巖層沉陷的監(jiān)測。
[0047]作為上述實(shí)施例三的補(bǔ)充，該監(jiān)測系統(tǒng)可配置數(shù)據(jù)存儲、傳輸系統(tǒng)，即可把測量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至客戶終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對采空塌陷區(qū)各層沉陷的監(jiān)測。
[0048]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其保護(hù)范圍進(jìn)行限制，凡根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的任何簡單修改或等同替換，均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的有效范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，該系統(tǒng)由監(jiān)測孔洞(I)、鋼基座護(hù)筒(2)、環(huán)形凸起(3)、防護(hù)片(4)、密封圈(5)、滾珠(6)、常速沉陷層護(hù)筒(7)、墊片(8)、第一固定端(9)、第一卷尺(10)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)、第二固定端(12)、第二卷尺(13)、微速沉陷層護(hù)筒(14)、第三固定端(15)、第三卷尺(16)、支撐鋼桿(17)、滑輪(18)、小指針(19)、配重秤砣(20)、環(huán)形鋼圈(21)、圓錐頂蓋(22)組成。 所述監(jiān)測孔洞(I)位于煤礦采空區(qū)底板上，鋼基座護(hù)筒(2)位于監(jiān)測孔洞(I)底部；所述環(huán)形凸起(3)分別焊接在鋼基座護(hù)筒(2)、常速沉陷層護(hù)筒(7)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)和微速沉陷層護(hù)筒(14)上，并通過結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用分別錨固于各自對應(yīng)的層位中；所述鋼基座護(hù)筒(2)、常速沉陷層護(hù)筒(7)和慢速沉陷層護(hù)筒(11)頂部有防護(hù)片(4);所述常速沉陷層護(hù)筒(7)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)和微速沉陷層護(hù)筒(14)通過密封圈(5)和滾珠(6)分別嵌套于鋼基座護(hù)筒(2)、常速沉陷層護(hù)筒(7)和慢速沉陷層護(hù)筒(11)中；所述常速沉陷層護(hù)筒(7)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)和微速沉陷層護(hù)筒(14)底部設(shè)有墊片(8);所述第一固定端(9)和第二固定端(12)分別焊接在常速沉陷層護(hù)筒(7)和慢速沉陷層護(hù)筒(11)底部，第三固定端(15)焊接在微速沉陷層護(hù)筒(14)的中上部；所述第一卷尺(10)、第二卷尺(13)、第三卷尺(16) —端分別固定在第一固定端(9)、第二固定端(12)和第三固定端(15)上,另一端通過滑輪(18)與配重秤砣(20)連接；所述小指針(19)固定于配重秤砣(20)上面的滑輪(18)旁邊；所述微速沉陷層護(hù)筒(14)頂端焊接支撐鋼桿(17)，在支撐鋼桿(17)頂部焊接環(huán)形鋼圈(21)，圓錐頂蓋(22)置于環(huán)形鋼圈(21)上。 所述監(jiān)測方法為: 1)從地面打監(jiān)測孔洞(I)直至采空區(qū)底板，在監(jiān)測孔洞(I)底部布置鋼基座護(hù)筒(2)，并通過焊接于其上的環(huán)形凸起(3)在結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿作用下錨固在圍巖中； 2)常速沉陷層護(hù)筒(7)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)和微速沉陷層護(hù)筒(14)分別通過密封圈(5)和滾珠(6)與鋼基座護(hù)·筒(2)之間層層相互嵌套，并各自通過環(huán)形凸起(3)與所屬層錨固； 3)分別通過第一固定端(9)和第一卷尺(10)、第二固定端(12)和第二卷尺(13)、第三固定端(15)和第三卷尺(16)，借助地面滑輪(18)和配重秤砣(20)組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、小尺度(毫米級)地讀取采空塌陷區(qū)中常速沉陷層、慢速沉陷層及微速沉陷層的沉陷數(shù)值，得到沉陷變化趨勢圖和不同時(shí)間間隔的沉陷量等監(jiān)測資料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述監(jiān)測孔洞(I)的直徑要大于等于300mm ;所述鋼基座護(hù)筒(2)的直徑為200mm，高度為冒落帶和裂隙帶之和；所述常速沉陷層護(hù)筒(7)的直徑為195mm，慢速沉陷層護(hù)筒(11)的直徑為190_，微速沉陷層護(hù)筒(14)的直徑為185_，各護(hù)筒均由不銹鋼材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述鋼基座護(hù)筒(2)、常速沉陷層護(hù)筒(7)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)及微速沉陷層護(hù)筒(14)外側(cè)焊接的環(huán)形凸起(3)至少為3圈；所述密封圈(5)為橡膠密封圈,滾珠(6)是直徑為2.5mm的不銹鋼珠；所述防護(hù)片(4)焊接于各護(hù)筒頂部內(nèi)緣；所述墊片(8)焊接于各護(hù)筒底部外緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述鋼基座護(hù)筒(2)、常速沉陷層護(hù)筒(7)、慢速沉陷層護(hù)筒(11)及微速沉陷層護(hù)筒(14)外側(cè)除環(huán)形凸起(3)之外與監(jiān)測孔洞(I)之間的空間填充細(xì)沙或浙青。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述第一固定端(9)為常速沉陷層固定端、第二固定端(12)為慢速沉陷層固定端，分別焊接在常速沉陷層護(hù)筒(7)和慢速沉陷層護(hù)筒(11)底部，第三固定端(15)為微速沉陷層固定端，焊接在微速沉陷層護(hù)筒(14)中上部，其中第一固定端(9)至慢速沉陷層護(hù)筒(11)、第二固定端(12)至微速沉陷層護(hù)筒(14)底部墊片(8)的距離要分別大于慢速沉陷層和微速沉陷層的沉陷長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述常速沉陷層護(hù)筒(7)初始布置于鋼基座護(hù)筒(2)頂部；所述慢速沉陷層護(hù)筒(11)初始布置時(shí)要伸入常速沉陷層護(hù)筒(7)—定距離，該延伸長度要大于常速沉陷層護(hù)筒(7)和慢速沉陷層護(hù)筒(11)因沉陷速度不同所產(chǎn)生的相對滑移距離；所述微速沉陷層護(hù)筒(14)初始布置時(shí)要伸入慢速沉陷層護(hù)筒(11) 一定距離，該延伸長度要大于慢速沉陷層護(hù)筒(11)和微速沉陷層護(hù)筒(14)因沉陷速度不同所產(chǎn)生的相對滑移距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述第一卷尺(10)、第二卷尺(13)和第三卷尺(16)由柔性不銹鋼材料制成，其上有刻度，最小刻度為1mm;所述各沉陷層對應(yīng)的滑輪(18)和配重秤砣(20)組合結(jié)構(gòu)相同，其中滑輪(18)為2個(gè)；所述小指針(19 )在配重秤砣(20 )上面的滑輪(18 )旁邊固定不動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采空塌陷區(qū)沉陷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述支撐鋼桿(17)為4根不銹鋼鋼桿，分別在四個(gè)方向焊接在微速沉陷層護(hù)筒(14)上；所述環(huán)形鋼圈(21)由不銹鋼材料制成，焊接在4根支撐鋼桿(17)上；所述圓錐頂蓋(20)為不銹鋼蓋子，可以取下。
【文檔編號】G01C5/00GK103528563SQ201310500677
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】李重情, 劉澤功, 劉健, 盛恒, 郭忠凱, 王祥春 申請人:安徽理工大學(xué)