CN102788569B - 一种地质变形及滑塌预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地质变形及滑塌预警系统，旨在提供的系统避免了常规监测地质变形需钻孔、安装复杂，一般的人不可能做到，在地质变形产生较大错动、倾斜后位移监测失效，费用巨大，要人现场值守的缺陷。地质变形经预测可能滑塌，如开挖土石方前，挖掘隧道、煤矿时，该地质变形及滑塌预警系统可以沿山体起伏几百米布置、沿隧道、煤矿壁布置或布置在可能塌陷的地表面。当地质开始有变形趋势及变形滑塌的各个阶段时，只要地质变形开始有裂缝、移动，该系统就会自动唤醒进行测量，通过预报仪内设置的预报判断专家系统可以预报地质变形的阶段，并通过数据收发器将预报和数据发送到手机和接收器。

Description

一种地质变形及滑塌预警系统

技术领域

本发明公开一种地质变形及滑塌预警系统，旨在提供的系统解决地质变形及滑塌预报的问题。安装该地质变形及滑塌预警系统后，当山体开始有滑塌趋势的各个阶段时，只要山体变形开始有裂缝、位移，该系统就会启动测量到，通过预报仪内设置的预报判断专家系统可以预报变形的各个阶段，并通过数据收发器将预报和数据发送到手机和外部数据收发器。

背景技术

现有的山体变形测量，采用的是我们称之为表面位移监测法的一些常规监测，包括全站仪、经纬仪、水准仪以及GPS监测，其后，人们还陆续试验了声波测试法、雨量预报法及地下水位计测量法等传统的监测方法，但效果都不甚理想，并很难对隧道、煤矿等的塌方进行监测。传统的监测方法主要是在现场两点间布有一定的传感器或仪表，再通过人工定时读取数据。但因不能实时采集有用信息，且需要工作人员的昼夜值守，并不能随时预测预报，不仅消耗人力资源，其安全可靠性也得不到有效保障。而通过深部位移监测法，即钻孔倾斜仪进行检测，虽然能够确定滑面位置,但产生较大错动后，倾斜位移监测失效，后期滑坡位移数据无法获得，并且钻孔、安装复杂，一般的人不可能安装，费用巨大，更不适合未发现裂缝前安装，而且安装位置的局限性很大，不能大面积监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、易安装、一学就会、免值守、可大面积监测、可以免维护3—5年，只要山体不变形免维护时间将更长的自动预报地质变形及滑塌预警系统。本发明设计一种地质变形及滑塌预警系统，包括固定柱、约束桩、绳、预报仪、绳张紧器，其特征在于：所述的固定柱与约束桩分别固定到山体或洞壁上预测地质不变形处和山体或洞壁上预测地质可能变形处，绳一端固定到该固定柱上，将绳通过数个约束桩在沿地质变形的表面垂直方向进行约束，约束桩与绳相对移动，绳的另一端通过另一约束桩约束到山体或洞壁上，绳张紧器装于绳之间或末端，将绳绷紧在山体或洞壁表面；预报仪固定到预测地质可能变形的山体或洞壁上，将固定在预报仪上测量山体或洞壁与绳相对位移的传感器测量头紧贴在绷直的绳上，使其能随绳相对移动。所述的约束桩有若干个，所述的预报仪至少有一个以上。其特征在于：预报仪由位移传感器、微动开关和数据处理器与数据收发器、电源组成。其特征在于：预报仪由微动开关和数据处理器与数据收发器、电源组成。其特征在于：预报仪增加土壤湿度传感器。其特征在于：将绳通过数个约束桩在沿山体或洞壁表面的垂直方向进行约束，采用在约束桩上打洞将绳穿过约束桩或将绳约束在约束桩上安装的滚轮或者钩环上。其特征在于：绳张紧器由弹性元件组成。其特征在于：绳张紧器由绳及悬挂重物组成。其特征在于：固定柱与约束桩是分别浇注于山体或洞壁中的钢筋水泥桩或者固定在山体或洞壁岩石上，或者是坚硬材料打入山体或洞壁中，或者是固定于山体中的树干、或者是约束桩固定于槽口向上的槽体上，槽内装填重物，将槽置于浅层泥土中。其特征在于：预报仪的位移传感器外露部分和发射天线位于一密闭容器外，位移传感器内部和数据处理器与数据收发器、电源均位于一个防腐蚀、防进水的密闭容器内。一种地质变形及滑塌预警系统检测预报方法，其特征在于：当山体或洞壁有位移时，绳相对触发预报仪上的微动开关，预报仪被自动启动，预报仪上的数据处理器采集位移信号，并计算出位移速度与位移加速度，根据数据评定出地质变形的各个阶段和意外触动，通过数据收发器发出数据、预报地质变形、意外触动、电池电量，并可通过数据收发器，从外部发送数据对预报仪已设定的程序进行修改。一种地质变形及滑塌预警系统的布置方法，其特征在于：固定柱与约束桩分别固定到山体或洞壁上预测地质不变形处和山体或洞壁上预测地质可能变形处，绳一端固定到该固定柱上，将绳通过数个约束桩在沿地质变形的表面垂直方向进行约束，约束桩与绳相对移动，绳的另一端通过另一约束桩约束到山体或洞壁上，绳张紧器装于绳之间或末端，将绳绷紧在山体或洞壁表面；预报仪固定到预测地质可能变形的山体或洞壁上，将固定在预报仪上测量山体或洞壁与绳相对位移的传感器测量头紧贴在绷直的绳上，使其能随绳相对移动，在同一根绳上沿起伏山体或洞壁可以布置数个约束桩，一个或数个预报仪。

本发明与现有技术相比较有如下有益效果：

1.      易安装、监测范围大：山体经预测可能变形滑塌，如开挖土石方前，可以沿山体起伏几百米或上千米布置、沿隧道、煤矿可能塌方的洞壁布置或沿可能塌陷的地面布置。一套系统可以监测上万平方米的山体。只要读过小学的人，按说明书一看就会安装、使用，不需要专业的人士，易推广。

2.      免值守：该系统安装调试好后就不需要人守候、值班，如山体有移动，系统会自动发送数据和预报到手机上。

3.      免维护：该系统安装3-5年内只要电池未耗尽，系统都能忠实监测，但有人为、动物和山石触及了该系统、电池将耗尽，系统都会自动报告给安装者。

4.      自动预报：只要山体开始移动，该系统才会被自动唤醒，并按山体的移动规律和设置的程序将测量后预测的结果自动发到安装者的手机上。预报山体变形的各个阶段（如山体滑坡：蠕动变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段和临崩阶段）。

附图说明

图1是本发明的安装结构示意图（用于山坡）；图2是本发明约束桩（钢管）、绳（钢绳）、预报仪安装放大图。

具体实施方式

下面结合图1、2对本发明作进一步描述（对山体滑坡进行预警）：本发明包括固定柱（钢管）1、约束桩（钢管）2、绳（钢绳）3、预报仪4、绳张紧器（拉簧）5，其特征是，所述的固定柱（钢管）1打入到山体上预测不会滑坡处，绳（钢绳）3一端固定到该固定柱（钢管）1上，约束桩（钢管）2打入到山体上预测可能滑坡处，从固定柱（钢管）1沿山体预测滑坡的方向（也可以沿山体预测滑坡的方向的垂直方向），将绳（钢绳）3穿过约束桩（钢管）2上的孔在沿山体表面的垂直方向进行约束，但允许约束桩（钢管）2随山体相对绳（钢绳）3滑动，且绳（钢绳）3最好沿山体表面布置在一个铅垂平面内。在同一个山体预测滑坡方向的起伏山体表面可以沿途安装数个约束桩（钢管）2，这样监控的范围更大。绳（钢绳）3的另一端联接一根拉簧（弹性元件），将拉簧另一端通过打入山体上预测可能滑坡处的另一个约束桩（钢管）2联接起来，通过绳、拉簧和约束桩（钢管）2组成的绳（钢绳）张紧器5将绳（钢绳）3绷紧在预测可能滑坡的山体上；将一个或几个预报仪4分别固定到约束桩（钢管）2上。将固定在预报仪4上测量山体相对绳（钢绳）3位移的传感器滚轮6外表紧贴到绷直的绳（钢绳）3上，使其在绳（钢绳）3表面滚动。从而预报仪4可以测量山体相对绳（钢绳）3的位移。当位移超过一定值，即排除土地干裂等位移量，按该值在预报仪4内安装一个微动开关（每移动一定距离触动一次开关），传感器滚轮轴上带动一个拨片触动微动开关后，预报仪4才唤醒，开始检测，预报仪上的数据处理器采集位移信号，并计算出位移速度与位移加速度，根据滑坡规律积累的速度和加速度经验数据，经过数据处理器进行分析判断，评定滑坡的四个阶段（蠕动变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段和临崩阶段）和意外触动、电将耗尽，通过数据收发器（可以是手机收发器）发出数据、预报滑坡、意外触动和电将耗尽，以此不断循环。数据和预报将自动发送到手机上。该数据和预报可以同时发送到政府建立的滑坡监测平台上进行集中监测。由于预报仪4已进行了密封和防腐处理，该系统均可以安装在地表以下较浅的泥土里，避免人为和动物触动。如预报仪4被意外触动可触发安装在预报仪4盒表面的一微动开关，系统将识别为意外触动。发送完毕，该预报仪自动进入睡眠待机状态。这样可以大大节约预报仪4的电力，使预报仪4长时间处于等待状态，监控的时间可以更长。如位移测量精度要求不高，可以采用预报仪4内安装的微动开关（每移动一定距离触动一次开关），计算触动开关的次数乘以两次触动间的距离，该距离可以是一定的，以此测得位移。在预报仪上也可以增加土壤湿度传感器，并安装在预报仪附近的土壤里，这样可以增强预报的准确度。对于将约束桩（钢管）2固定于槽口向上的槽体上，槽内装填重物，将槽置于浅层泥土中可以监测泥石流。

本发明第二种实施结构如下描述（对隧道或煤矿的顶部塌方进行预警）；

本发明包括固定柱（钢钉）1、约束桩（钢钉）2、绳（钢绳）3、预报仪4、绳张紧器5，其特征是，所述的固定柱（钢钉）1打入到隧道或煤矿的顶部预测不会塌方处，绳（钢绳）3一端固定到该固定柱（钢钉）1上，约束桩（钢钉）2打入到隧道或煤矿的顶部上预测可能滑塌处，从固定柱（钢钉）1沿隧道或煤矿的预测塌方的方向上，将绳（钢绳）3穿过约束桩（钢钉）2上的滚轮在沿洞顶表面的垂直方向进行约束，但允许约束桩（钢钉）2相对绳（钢绳）3滑动，在弯曲的隧道或煤矿洞顶表面可以沿途安装数个约束桩（钢钉）2，这样监控的范围更大。绳（钢绳）3的另一端穿过打入预测可能塌方洞顶上另一个约束桩（钢钉）2的滚轮，并吊挂重物将绳（钢绳）3绷紧在预测可能塌方的洞顶上；将一个或几个预报仪4分别固定到约束桩（钢钉）2上。将固定在预报仪4上测量洞顶相对绳（钢绳）3位移的传感器（拉绳位移传感器）的拉绳端固定到绷直的绳（钢绳）3上，使其随绳（钢绳）3相对预报仪4移动。从而预报仪4可以测量约束桩（钢钉）2相对绳（钢绳）3的位移。采用该位移值通过几何关系可以计算出洞顶的下降量。在隧道和煤矿具备电力，可以采用实时监控，对位移值进行测量。或采用在预报仪4内安装一个微动开关（或位移传感器带开关），洞顶下降，约束桩（钢钉）2相对绳（钢绳）3产生位移，位移达到使一定值触动微动开关，则唤醒预报仪4开始持续检测。预报仪上的数据处理器采集位移信号，并计算出位移速度与位移加速度，根据隧道和煤矿塌方规律积累的速度和加速度经验数据，经过数据处理器进行分析判断，评定塌方的阶段和意外触动，通过数据收发器（可以是有线或无线局域网）发出数据、预报塌方、意外触动、电将耗尽。

Claims (11)

1.一种地质变形及滑塌预警系统，包括固定柱、约束桩、绳、预报仪、绳张紧器，其特征在于：所述的固定柱与约束桩分别固定到山体或洞壁上预测地质不变形处和山体或洞壁上预测地质可能变形处，绳一端固定到该固定柱上，将绳通过数个约束桩在沿地质变形的表面垂直方向进行约束，约束桩与绳相对移动，绳的另一端通过另一约束桩约束到山体或洞壁上，绳张紧器装于绳之间或末端，将绳绷紧在山体或洞壁表面；预报仪固定到预测地质可能变形的山体或洞壁上，将固定在预报仪上测量山体或洞壁与绳相对位移的传感器测量头紧贴在绷直的绳上，使其能随绳相对移动。

2.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：所述的约束桩有若干个，所述的预报仪至少有一个以上。

3.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：预报仪由位移传感器、微动开关、数据处理器、数据收发器、电源组成。

4.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：预报仪由微动开关、数据处理器、数据收发器、电源组成。

5.根据权利要求3或4所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：预报仪增加土壤湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：将绳通过数个约束桩在沿山体或洞壁表面的垂直方向进行约束，采用在约束桩上打洞将绳穿过约束桩或将绳约束在约束桩上安装的滚轮或者钩环上。

7.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：绳张紧器由弹性元件组成。

8.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：绳张紧器由绳及悬挂重物组成。

9.根据权利要求1所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：固定柱与约束桩是分别浇注于山体或洞壁中的钢筋水泥桩，或者固定在山体或洞壁岩石上，或者是坚硬材料打入山体或洞壁中，或者是固定于山体中的树干，或者是约束桩固定于槽口向上的槽体上，槽内装填重物，将槽置于浅层泥土中。

10.根据权利要求3所述的一种地质变形及滑塌预警系统，其特征在于：预报仪的位移传感器外露部分和发射天线位于一密闭容器外，位移传感器内部和数据处理器与数据收发器、电源均位于一个防腐蚀、防进水的密闭容器内。

11.一种地质变形及滑塌预警系统的布置方法，其特征在于：固定柱与约束桩分别固定到山体或洞壁上预测地质不变形处和山体或洞壁上预测地质可能变形处，绳一端固定到该固定柱上，将绳通过数个约束桩在沿地质变形的表面垂直方向进行约束，约束桩与绳相对移动，绳的另一端通过另一约束桩约束到山体或洞壁上，绳张紧器装于绳之间或末端，将绳绷紧在山体或洞壁表面；预报仪固定到预测地质可能变形的山体或洞壁上，将固定在预报仪上测量山体或洞壁与绳相对位移的传感器测量头紧贴在绷直的绳上，使其能随绳相对移动，在同一根绳上沿起伏山体或洞壁可以布置数个约束桩，一个或数个预报仪。