CN102494740B - 一种尾矿库浸润线测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾矿库浸润线测量方法和装置，具体为：在矿尾坝被监测的剖面上布置若干个测量点，每个测量点处均设置有深入坝体内的检测孔，通过测量检测孔内的水位，得到各个测量点的水位来绘出浸润线。本发明结构简单、测量方法简单，重复测量性能好，内部均为机械结构，不会有现有技术中各种电子产品存在测量值受信号强弱影响的缺陷，并且其长期在水里测量精度不会受到影响。

Description

一种尾矿库浸润线测量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种尾矿库浸润线测量方法和装置。

背景技术

尾矿坝的坝体和坝基层总是透水的，当上游式尾矿坝坝体挡水时，在上下游水位差的作用下，水流将通过坝身和坝基(包括两岸)向下游渗透，渗透的水流在坝体内的自由水面，叫浸润面，它与垂直坝轴线的剖面交线称为浸润线。

浸润线测量方法通常利用水压力传感器测量某一深度的水压力，而后根据水压力及传感器所处的深度反算出当前水位。目前，市场上普遍采用的水压力传感器包括：电阻式水压力传感器及振弦式水压力传感器两类。

电阻式水压力传感器：外部压力的变化通过机械装置转化，使传感器内部电阻值发生变化从而计算出传感器所受压力，优点是价格便宜，测量方便，但长期使用过程中会发生较大零漂，重复测量性能较差，其内部有大量整流测量电路，长期浸泡在水里容易发生故障

振弦式水压力传感器：传感器内部为一钢弦，测量时通过激发电流使钢弦产生振动，其振动频率会随外部压力改变而变化，优点是测量值不受信号强弱影响，内部基本为机械装置，长期在水里工作精度不会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量简单、精度高的尾矿库浸润线测量方法，本发明的另一目的是提供一种实施上述方法的装置。

为实现上述目的，本发明一种尾矿库浸润线测量方法，具体为：在被监测矿尾库坝的剖面上布置若干个测量点，每个测量点处均设置有深入坝体内的检测孔，通过测量检测孔内的水位，得到各个测量点的水位来绘出浸润线。

进一步，所述检测孔为竖直孔。

一种尾矿库浸润线测量装置，包括套管(5)和设置在其顶部的水位记录装置(1)，其中，套管(5)安装在测量点处设置的检测孔内，水位记录装置(1)包括钢丝线(3)和浮子(6)，浮子(6)与钢丝线(3)下端连接，浮子(6)漂浮在套管(5)内的水面上，并且钢丝线(3)处于均衡拉直绷紧状态，浮子(6)随着套管(5)内水面高低而上下移动，同时，钢丝线(3)随着浮子(6)的上下移动而产生滑移量，通过测量该滑移量来检测地下水位的涨落量，以用来计算和绘出浸润线。

进一步，所述钢丝线(3)处于均衡拉直绷紧状态是指：所述钢丝线(3)对所述浮子(6)的拉力不变，所述钢丝线(3)的绷紧状态不变；所述套管(5)上均布设置有透水孔(65)。

进一步，所述水位记录装置(1)包括圈数记录轮(9)、角度记录轮(10)和定滑轮(11)，其中角度记录轮(10)包括相互同轴固定连接的主动轮(29)和第二记数轮(30)，所述钢丝线(3)的上端固定连接有重锤(4)，所述钢丝线(3)挂装在主动轮(29)和定滑轮(11)上，所述钢丝线(3)上下移动时将带动主动轮(29)转动，并且主动轮(29)转动一圈将带动圈数记录轮(9)转动一个刻度。

进一步，所述第二记数轮(30)的圆周面上设置有数刻盘(37)，该数刻盘(37)将圆周面分为360等分，并在等分位置上设置有0、10、20、30......350的刻数值，每一个刻数值表示该刻数值位置与0刻数值位置所对应的圆心角。

进一步，所述主动轮(29)的圆周面上设置有一个凸齿(33)，所述圈数记录轮(9)包括相互同轴固定连接的第一记数轮(21)和齿轮(22)，第一记数轮(21)的圆周面上设置有刻度盘(25)，凸齿(33)与齿轮(22)相配合，所述主动轮(29)转动一圈，凸齿(33)将拨动齿轮(22)转动一个刻度。

进一步，所述水位记录装置(1)整体设置在密封装置(2)内，该密封装置(2)包括上盖板(12)、前盖板(13)、后盖板(14)、底板(15)、左侧板(16)和右侧板(17)，底板(15)上设置有用于所述钢丝线(3)穿过的钢丝线穿引槽(60)；所述第一记数轮(21)和齿轮(22)通过记录轮安装轴(18)安装到左侧板(16)上；所述定滑轮(11)通过定滑轮安装轴(20)安装到左侧板(16)上；所述主动轮(29)和第二记数轮(30)通过角度记录轮安装轴(19)安装到左侧板(16)和右侧板(17)上。

进一步，所述上盖板(12)上设置有用于数值观察的圈数读数窗口(40)和角度读数窗口(41)，圈数读数窗口(40)对应于所述刻度盘(25)，角度读数窗口(41)对应于所述数刻盘(37)。

进一步，所述测量点所在位置的初始水位H₀，通过所述圈数读数窗口(40)读取所述圈数记录轮(9)对应的圈数n₀，通过所述角度读数窗口(41)读取所述角度记录轮(10)对应的角度α₀；在后续的测量过程中，第i次测量通过所述圈数读数窗口(40)读取所述圈数记录轮(9)对应的圈数为n_i，通过所述角度读数窗口(41)读取所述角度记录轮(10)对应的角度为α_i，则第i次测量间隔时间内，测点处发生的位移量s_i为：

$s_i=2\mathrm{\π}[(n_i-n_0)+\frac{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_0)}{360}]r$

则第i次测点的水位为：

$H_i=H_0+s_i=H_0+s_i=H_0+2\mathrm{\π}[(n_i-n_0)+\frac{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_0)}{360}]r$

式中，r为主动轮(29)的半径，s_i为正表示地下水位上涨，为负表示地下水位下降，根据各测量点的地下水位所在的位置，即可确定浸润线的位置。

本发明结构简单、测量方法简单，重复测量性能好，内部均为机械结构，不会有现有技术中各种电子产品存在测量值受信号强弱影响的缺陷，并且其长期在水里测量精度不会受到影响。

附图说明

图1为尾矿库润线测试示意图；

图2为本发明尾矿库浸润线测量装置结构示意图；

图3为水位记录装置内部结构示意图；

图4为图3中A-A向剖视示意图；

图5为图3中B-B向剖视示意图；

图6为第一记数轮侧视结构示意图；

图7为第一记数轮主视结构示意图；

图8为图3中C-C向剖视示意图；

图9为齿轮侧视结构示意图；

图10为齿轮主视结构示意图；

图11为图9中D-D向剖视示意图；

图12为主动轮左视示意图；

图13为主动轮主视示意图；

图14为主动轮俯视示意图；

图15为图12中E-E向剖视示意图；

图16为第二记数轮左视示意图；

图17为第二记数轮主视示意图；

图18为第二记数轮俯视示意图；

图19为图16中F-F向剖视示意图；

图20为定滑轮左视示意图；

图21为定滑轮主视示意图；

图22为图21中G-G向剖视示意图；

图23为上盖板左视示意图；

图24为上盖板主视示意图；

图25为上盖板俯视示意图；

图26为图24中H-H向剖视示意图；

图27为图24中I-I向剖视示意图；

图28为左侧板左视示意图；

图29为左侧板主视示意图；

图30为左侧板俯视示意图；

图31为图28中J-J向剖视示意图；

图32为图28中K-K向剖视示意图；

图33为图29中M-M向剖视示意图；

图34为右侧板左视示意图；

图35为右侧板主视示意图；

图36为右侧板俯视示意图；

图37为图34中N-N向剖视示意图；

图38为图35中O-O向剖视示意图；

图39为底板左视示意图；

图40为底板主视示意图；

图41为底板俯视示意图；

图42为图40中P-P向剖视示意图；

图43为前盖板和后盖板左视示意图；

图44为前盖板和后盖板主视示意图；

图45为前盖板和后盖板俯视示意图；

图46为图44中Q-Q向剖视示意图；

图47为图44中R-R向剖视示意图；

图48为套管结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1所示，本发明一种尾矿库浸润线测量方法，具体为：在矿尾坝被监测的剖面上布置若干个测量点，每个测量点处均设置有深入坝体内的检测孔，通过测量检测孔内的水位，得到各个测量点的水位来绘出浸润线102。其中，检测孔为竖直孔，该竖直孔中设置有套管5。

即：在需要监测的矿尾库坝剖面上布置多个测量点，每个测量点上先打孔下套管，将尾矿库浸润线测量点安装到套管内。通过测量套管内水位，计算出各个测点的水位后，即可绘出浸润线102。

单个测点测量套孔内水位的原理如图1所示，浮子6受力包括：地下水8对其产生的浮力F、钢丝线3对其施加的拉力f以及自身的重力G₁，重锤4受力包括拉力f以及自身的重力G₂。在这个受力系统中，存在如下力的平衡：

G₁-F＝G₂    (1)

而：F＝ρgv₀＝ρgsh₀    (2)

式(2)中：ρ为水的密度；g为重力加速度；s为浮子6的底面积；h₀为浮子6浸入水体中的高度。从式(2)中可以看出，ρ、g、s均为不变量，浮子6所受浮力直接与h₀有关。当地下水位7下降或者上升Δh后，浮子6浸入水体中的高度也将在水位7变化的瞬间下降或者上升Δh，这样就打破了(1)式的力的平衡状态，由于动滑轮两端应力不平衡，势必会导致钢丝线滑动，直到达到新的力的平衡状态。而要达到新的力的平衡状态，必须满足式(1)和式(2)，也就是说，必须当浮子6再次浸入水体中的高度达到h₀时，才能达到新的应力平衡，在这个过程中，钢丝线滑动的位移是Δh。因而，测到了钢丝线的滑移量就测到了地下水位的涨落量。

如图2所示，本发明尾矿库浸润线测量装置，包括水位记录装置1，密封装置2，钢丝线3，重锤4，套管5和浮子6。其中：

水位记录装置1和密封装置2装配后如图3、图4、图5所示。其中水位记录装置1由圈数记录轮9、角度记录轮10和定滑轮11组装而成。

密封装置2由上盖板12、前盖板13、后盖板14、底板15、左侧板16和右侧板17装配而成。

圈数记录轮9由第一记数轮21和齿轮22组装而成。第一记数轮21如图6、图7、图8所示，其上有轴孔23、4个安装螺孔24和刻度盘25。

齿轮22如图9、图10、图11所示，其上有轴孔26、4个安装螺孔27和30个凸齿28。

角度记录轮10由主动轮29和第二记数轮30组装而成。

主动轮29如图12-图15所示，其上有轴孔31、4个螺孔32、1个凸齿33和凹槽34。

第二记数轮30如图16-图19所示，其上有轴孔35、4个螺孔36和读数刻盘37。读数刻盘37将整个圆盘分为360等分，并在相应位置刻有数字0，10，20，......350，数字10表示所刻数值位置与0所刻数值位置对应的圆心角为10°，其他数值表示意义与此相同。

定滑轮11如图20-图22所示，其上有轴孔38和凹槽39。

上盖板12如图23-图27所示，为一个半圆环，在其顶部有圈数读数窗口40、角度读数窗口41、均布在半圆环上有12个安装螺孔42以及刻线43。安装好后，圈数读数窗口40下方正好是圈数记录轮9的刻度盘25，通过圈数读数窗口40可以读出刻度盘25上对应的数值；角度读数窗口41下方正好是记数轮29的读数刻盘37，刻线43对准读数刻盘37上的数值作为角度读数。

左侧板16如图28-图33所示，其上有圈数记录轮安装孔44、角度记录轮安装孔45、定滑轮安装孔46、3个底板安固定螺孔47、6个上盖板固定螺孔48、3个前盖板固定螺孔49和3个后盖板固定螺孔50。

右侧板17如图34-图38所示，其上有角度记录轮安装孔51、3个底板安固定螺孔52、6个上盖板固定螺孔53、3个前盖板固定螺孔54和3个后盖板固定螺孔55。

底板15如图39-图42所示，其上有3个左侧板安装螺孔56、3个右侧板安装螺孔57、3个前盖板安装螺孔58、3个后盖板安装螺孔59、钢丝线穿引槽60和4个底板固定螺孔61。

前盖板13和后盖板14如图43-图47所示，其上有3个左侧板安装螺孔62，3个右侧板安装螺孔63和3个底板安装螺孔64。

套管5如图48所示，其上均布设置有透水孔65，便于地下水渗流到套管5内，使得套管5内外的水位相等。

本发明尾矿库浸润线测量装置，测试装置安装步骤：

1)在需要测试浸润线的尾矿库坝体100的子坝101的相应位置打钻孔，钻孔到位后下套管5，尾矿库坝体100外围的水面为水面103。

2)根据套管长度和地下水深度，确定合适的钢丝线3的长度，钢丝线一端与浮子6相连，另一端与重锤4相连，浮子6和重锤4放入套管5内。

3)在尾矿库坝体表面钻孔所在位置制作安装平台，钢丝线3穿过底板15上的钢丝线穿引槽60，将钢丝线3固定在一个临时固定的装置上，使之不会掉入套管5内，利用4个螺钉分别通过底板固定螺孔61将底板15固定在安装平台上。

4)4个螺钉分别穿过第一记数轮21上的螺孔24和齿轮22上的螺孔27，使第一记数轮21和齿轮22固定成为一个整体，组成圈数记录轮9。记录轮安装轴18穿过第一记数轮21上的轴孔23和齿轮22上的轴孔26后安装到圈数记录轮安装孔44内，使圈数记录轮9安装到左侧板16上。

5)定滑轮安装轴20穿过定滑轮11上的轴孔38后安装到定滑轮安装孔46内，将定滑轮11安装到左侧板16上。

6)角度记录轮安装轴19穿过主动轮29上的轴孔31后安装到定滑轮安装孔45内，将主动轮29安装到左侧板16上；将与浮子6相连的钢丝线3的一端通过定滑轮11上的凹槽39，绕过主动轮29上的凹槽34，钢丝线3的具体安装参见图3。

7)将第二记数轮30安装到角度记录轮安装轴19上，并对中螺孔，利用4个螺钉穿过主动轮29上的螺孔32和第二记数轮30上的螺孔36，使将第二记数轮30与主动轮29保持同轴旋转，形成角度记录轮10。

8)角度记录轮安装轴19穿过右侧板17上的角度记录轮安装孔51，对中螺孔，利用3个螺钉穿过右侧板17上的底板安固定螺孔52和底板15上的右侧板安装螺孔57，使右侧板17固定到底板15上。

9)利用3个螺钉穿过前盖板13上的底板安装螺孔64和底板15上的前盖板安装螺孔58；利用3个螺钉穿过前盖板13上的左侧板安装螺孔62和左侧板16上的前盖板固定螺孔49；利用3个螺钉穿过前盖板13上的右侧板安装螺孔63和右侧板17上的前盖板固定螺孔54。同样安装后盖板。

10)利用12个螺钉穿过上盖板12上的安装螺孔42，使其分别拧入左侧板16上的上盖板固定螺孔48和右侧板17上的上盖板固定螺孔53。

安装完成后记录下测点所在位置的初始水位H₀，通过圈数读数窗口40读取圈数记录轮9对应的圈数n₀，通过角度读数窗口41读取角度记录轮10对应的角度α₀。在后续的测量过程中，假设第i次测量通过圈数读数窗口40读取圈数记录轮9对应的圈数为n_i，通过角度读数窗口41读取角度记录轮10对应的角度为α_i，则第i次测量间隔时间内，测点处发生的位移量s_i为：

$s_i=2\mathrm{\π}[(n_i-n_0)+\frac{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_0)}{360}]r---\left(3\right)$

则第i次测点的水位为：

$H_i=H_0+s_i=H_0+s_i=2\mathrm{\π}[(n_i-n_0)+\frac{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_0)}{360}]r---\left(4\right)$

式中，r为主动轮29的半径，单位mm。s_i为正表示地下水位上涨，为负表示地下水位下降。根据各测点的地下水位所在的位置，即可确定浸润线102的位置。

Claims (7)

1.一种尾矿库浸润线测量装置，其特征在于，在被监测尾矿库坝的剖面上布置若干个测量点，每个测量点处均设置有深入坝体内的检测孔，通过测量检测孔内的水位，得到各个测量点的水位来绘出浸润线，该测量装置包括套管(5)和设置在其顶部的水位记录装置(1)，其中，套管(5)安装在测量点处设置的检测孔内，水位记录装置(1)包括钢丝线(3)和浮子(6)，浮子(6)与钢丝线(3)下端连接，浮子(6)漂浮在套管(5)内的水面上，并且钢丝线(3)处于均衡拉直绷紧状态，浮子(6)随着套管(5)内水面高低而上下移动，同时，钢丝线(3)随着浮子(6)的上下移动而产生滑移量，通过测量该滑移量来检测地下水位的涨落量，以用来计算和绘出浸润线；所述水位记录装置(1)包括圈数记录轮(9)、角度记录轮(10)和定滑轮(11)，其中角度记录轮(10)包括相互同轴固定连接的主动轮(29)和第二记数轮(30)，所述主动轮(29)的圆周面上设置有一个凸齿(33)，所述圈数记录轮(9)包括相互同轴固定连接的第一记数轮(21)和齿轮(22)，第一记数轮(21)的圆周面上设置有刻度盘(25)，凸齿(33)与齿轮(22)相配合，所述主动轮(29)转动一圈，凸齿(33)将拨动齿轮(22)转动一个刻度。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述钢丝线(3)处于均衡拉直绷紧状态是指：所述钢丝线(3)对所述浮子(6)的拉力不变，所述钢丝线(3)的绷紧状态不变；所述套管(5)上均布设置有透水孔(65)。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述钢丝线(3)的上端固定连接有重锤(4)，所述钢丝线(3)挂装在主动轮(29)和定滑轮(11)上，所述钢丝线(3)上下移动时将带动主动轮(29)转动，并且主动轮(29)转动一圈将带动圈数记录轮(9)转动一个刻度。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第二记数轮(30)的圆周面上设置有数刻盘(37)，该数刻盘(37)将圆周面分为360等分，并在等分位置上设置有0、10、20、30......350的刻数值，每一个刻数值表示该刻数值位置与0刻数值位置所对应的圆心角。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述水位记录装置(1)整体设置在密封装置(2)内，该密封装置(2)包括上盖板(12)、前盖板(13)、后盖板(14)、底板(15)、左侧板(16)和右侧板(17)，底板(15)上设置有用于所述钢丝线(3)穿过的钢丝线穿引槽(60)；所述第一记数轮(21)和齿轮(22)通过记录轮安装轴(18)安装到左侧板(16)上；所述定滑轮(11)通过定滑轮安装轴(20)安装到左侧板(16)上；所述主动轮(29)和第二记数轮(30)通过角度记录轮安装轴(19)安装到左侧板(16)和右侧板(17)上。

6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述上盖板(12)上设置有用于数值观察的圈数读数窗口(40)和角度读数窗口(41)，圈数读数窗口(40)对应于所述刻度盘(25)，角度读数窗口(41)对应于所述数刻盘(37)。

7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述测量点所在位置的初始水位H₀，通过所述圈数读数窗口(40)读取所述圈数记录轮(9)对应的圈数n₀，通过所述角度读数窗口(41)读取所述角度记录轮(10)对应的角度α₀；在后续的测量过程中，第i次测量通过所述圈数读数窗口(40)读取所述圈数记录轮(9)对应的圈数为n_i，通过所述角度读数窗口(41)读取所述角度记录轮(10)对应的角度为α_i，则第i次测量间隔时间内，测点处发生的位移量s_i为：

$s_i=2\mathrm{\π}[(n_i-n_0)+\frac{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_0)}{360}]r$

则第i次测点的水位为：

$H_i=H_0+s_i=H_0+2\mathrm{\π}[(n_i-n_0)+\frac{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_0)}{360}]r$

式中，r为主动轮(29)的半径，s_i为正表示地下水位上涨，为负表示地下水位下降，根据各测量点的地下水位所在的位置，即可确定浸润线的位置。

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