CN109827628A - 一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下水监测领域，具体地说是一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，该装置主要包括：安装在壳体外围的防护构件，安装在壳体顶端的电缆线存储构件，安装在电缆线存储构件下方的电路板构件，安装在电路板构件底端的压力传感器构件，安装在监测设备内部边侧的温度传感器构件，安装在采空区临近监测洞室内的声光报警器；本发明特征在于：通过压力传感器构件和温度传感器构件不间断采集数据，经电路板构件将水压水温转化为水位水量数据，通过电缆线实时传递多个数据至声光报警器，当某个水位水量值达到临界值或水量急剧增大时触发报警器达到实时预警作用；本发明能够有效监测地下采空区水位水量动态变化，可以起到实时预警作用。

Description

一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置

技术领域

本发明涉及地下水监测设备领域，具体是一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置。

背景技术

目前，随着我国煤矿开采深度不断加深，地下采空区各种水害事故不断频发，如采空区顶板突水。地下采空区水害事故对煤矿安全生产以及矿工安全施工造成很大威胁，而且对煤矿经济效益和生态环境造成严重影响；当工作面临近采空区时，顶板易发生顶板突水等事故，往往数分钟内采空区的水可能淹没临近工作面；因此，根据现有情况急需设计一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，可以有效对采空区临近工作面的地下水害事故进行实时提前预报，减少生产和人员的伤害。通过现有地下水监测设备的使用发现，存在监测设备无法进行动态数据的监测，当地下水量突然变大时不能有效发出警示信号，而且因采空区顶板坍塌冲击和地下水淹没，可能导致监测装置损坏等缺点。如实用新型专利(CN207908004 U)公开了地下水位测量探头及地下水位测量装置，如实用新型专利(CN207261044 U)公开了一种用于采空区密闭墙体内水位观测的装置，都没有有效的解决上述存在的问题。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置；该装置通过记录地下水压水温，使用电路板转化为水位水量，经过电缆线传输数据到采空区临近报警洞室处，当水位、水量值达到临界值或水量突然急剧增大时，通过声光报警器发出预警信号。本发明可以有效的对地下采空区水位水量进行实时动态监测，且具有耐高压耐腐蚀，可在地面对采空区情况进行实时监控等优点。

本发明专利目的采用如下技术方案：

1.一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：主要包括防护构件，压力传感器构件，温度传感器构件，壳体构件，电缆线存储构件，电路板构件，报警构件，缓冲器构件。

2.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述压力传感器构件采用扩散硅压力变送器DATA-52传感器，通过螺纹构件安装在监测设备内部电路板构件下方，用防水密封胶条将压力传感器同壳体密封固定，通过防水胶将空心塑料球同压力传感器构件粘接，间接测得水压力。

3.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述温度传感器构件采用多个ELAL101温度传感器，通过螺纹构件安装在监测设备内部边侧，用防水密封胶条将温度传感器同壳体密封固定，通过电缆线将温度传感器构件同电路板构件连接，测得平均水温。

4.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述电路板构件安装在电缆线存储构件下方，通过压力传感器和温度传感器记录压力和温度数据，通过转换器转换为水位，水量和水量变化速率数据，输出数据到数据储存器和声光报警器。

5.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述壳体构件外层为环氧树脂，中间层为高强度合金，内层为防水密封脂。所述防护构件呈伞状分层焊接安装在壳体外围，由高强度合金材料构成，外部渡铝，防止在水中腐蚀。

6.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述报警构件包括声光报警器，安装在采空区临近监测洞室内用电缆线传输信息，通过电路判断当某个监测设备水位、水量值达到临界值或水量突然急剧增加时，开始发出声光警报。

7.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述缓冲器构件上层为钢板，下层为缓冲材料，减少因坍塌冲击对监测设备造成损坏。所述电缆线储存构件安装在监测设备顶端，电缆线通过钢管埋置底板，防止因采空区坍塌冲击导致监测设备发生较大位移导致电缆线断裂。

8.优选的，本发明提供一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，所述电路板通过压力传感器5秒采集一次水压值，在转换器1中通过函数：h＝(P-P0)/ρ·g，得出采空区实时水位值；

--其中h为采空区实时水位值，P为压力传感器测得数据，P0为采空区气压值，ρ为水密度，g为重力加速度。

在转换器2中通过函数：H＝M/(K-1)·cosα得出采空区垮落高度；

--其中H为垮落高度，K为冒落岩石碎胀系数，M为采高，cosα为煤层倾角的余弦值。

通过函数:V＝R²·π·(h-H)得出采空区实时水量值；

--其中V为采空区实时水量值，R为采空区1/4宽度，h为采空区实时水位值，H为采空区垮落高度。

温度传感器5秒采集一次温度值，转换器3通过函数(T1+T2+T3)/3求出温度平均值，即实际水温T；记录水温T变化1℃水量变化值V0＝△h·π·R²，通过记录T值变化量△T得出新增水量△T·V0，同时记录温度变化速率来判断新增裂隙大小程度和水量变化程度。

--其中V0为温度每增加1℃水量变化值；△T为水量变化值；△h为水位变化值；R为监测装置监测半径。

将经电路板转化数据通过电缆线分别输出至工作面声光报警器和地面电脑。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.本发明装置有良好的防水性和抗压性，可以适应各种复杂地下环境。

2.本发明可以进行实时数据动态监测，当地下采空区水量突然变大或水位、水量值达到临界值时可以有效发出警示信号，及时提醒人员撤退。

3.本发明可以在地面对采空区进行实时监测，大量减少工作人员危险性。

4.本发明现场操作简便，易于上手，对工人专业要求程度低。

附图说明

图1是本发明装置构件配置图

图2是本发明主要装置示意图

图3是本发明壳体材料分布图

图4是本发明监测设备分布图

图5是本发明电路原理示意图

图中：1-电缆线；2-电路板；3-压力传感器；4-塑料空心小球；5-温度传感器；6-外防护板；7-缓冲器；8-通水孔；9-壳体；10-通水孔；11-声光报警器；12-环氧树脂；13-高强度合金；14-防水密封脂；15-监测设备；16-采空区

具体实施方式

为使本发明专利的特征和优点更加明显易懂，特下文举例，作详细说明如下：

一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，参见图1至图4，本发明实施例均包括：防护构件，压力传感器构件，温度传感器构件，壳体构件，电缆线存储构件，电路板构件，报警构件，缓冲器构件；在本实施例中，主要在地下采空区水监测中使用。

本发明装置在采空区中如图4放置，形成动态监测网络；在采空区16底板不密封打孔埋放或直接放置采空区16底板固定，当某个监测设备的压力传感器3产生数据时开始记录数据。

如图1所示，监测设备中防护构件包括防护板6采用高强度合金材料，通过焊接分层固定于壳体9外围；压力传感器构件包括压力传感器3和空心塑料小球4，压力传感器3采用扩散硅压力变送器DATA-52传感器，通过螺纹构件安装在电路板2底端，用防水胶将空心塑料小球4和压力传感器3粘接，同时用防水密封胶条将压力传感器4同壳体9密封固定，间接测得水压数据；温度传感器构件包括多个温度传感器5，采用ELAL101温度传感器，通过螺纹构件安装在壳体9内部边侧，通过防水密封胶条将温度传感器5同壳体9密封固定；电缆线储存构件包括电缆线1，当采空区顶板发生坍塌导致监测设备发生位移时，监测设备内储存的电缆线1可自动向外拉伸，防止电缆线1因坍塌而被拉断；缓冲器7上层为钢板，下层为缓冲材料，减少因采空区顶板坍塌冲击导致设备的损坏。如图3所示，壳体9外层材料为环氧树脂12，中间层为高强度合金13，内层为防水密封脂14；

如图2所示，所述多个监测设备经压力传感器3和温度传感器5采集数据，通过电路板2转化水压水温数据信号为水位水量数据信号，经电缆线1传递信号到声光报警器11以及地面电脑进行数据记录；声光报警器11接受信号，通过电路比较当某个监测设备的水位值达到临界水位值或总水量值达到临界值或水量变化速率突然急剧增大时，声光报警器11发出声光报警。

如图5所示，所述电路板2通过通过压力传感器3，每5秒采集一次水压值，在转换器1中通过函数：h＝(P-P0)/ρ·g，得出采空区实时水位值；

--其中h为采空区实时水位值，P为压力传感器测得数据，P0为采空区气压值，ρ为水密度，g为重力加速度。

在转换器2中通过函数：H＝M/(K-1)·cosα得出采空区16垮落高度；

--其中H为采空区垮落高度，K为冒落岩石碎胀系数，M为采高，cosα为煤层倾角的余弦值。

通过函数:V＝R²·π·(h-H)得出采空区实时水量值；

--其中V为采空区实时水量值，R为采空区1/4宽度，h为采空区实时水位值，H为采空区垮落高度。

温度传感器5，每5秒采集一次温度值，转换器3通过函数(T1+T2+T3)/3求出温度平均值，即实际水温T；记录水温T变化1℃水量变化值V0＝△h·π·R²，通过记录T值变化量△T得出新增水量△T·V0，同时记录温度变化速率来判断新增裂隙大小程度和水量变化程度。

--其中V0为温度每增加1℃水量变化值，△T为水量变化值，△h为水位变化值，R为监测装置监测半径。

将经电路板2转化水位水量数据通过电缆线1分别输出至声光报警器11和地面电脑；声光报警器接受数据通过电路比较，当某个监测设备的水位值h达到临界水位值或总水量值V达到临界值或水量变化速率突然急剧增大时，声光报警器11发出声光报警；同时地面电脑接受数据并进行实时记录保存。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其他各种形式的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，凡依本专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：主要包括防护构件，压力传感器构件，温度传感器构件，壳体构件，电缆线存储构件，电路板构件，报警构件，缓冲器构件。

2.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：所述压力传感器构件采用扩散硅压力变送器DATA-52传感器，通过螺纹构件安装在监测设备内部电路板下方，用防水密封胶条将压力传感器同壳体密封固定，通过防水胶将空心塑料球同压力传感器构件粘接，间接测得孔底水压力。

3.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：温度传感器构件采用多个ELAL101温度传感器，通过螺纹构件构件安装在监测设备内部边侧，用防水密封胶条将水温传感器同壳体密封固定，通过电线将温度传感器构件同电路板构件连接，测得平均实际水温。

4.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：所述电路板构件安装在电缆线储存构件下方，通过压力传感器和温度传感器记录压力和温度数据，经电路板转换器转换为水位和水量数据，输出数据到数据储存器和声光报警器。

5.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：所述壳体构件外层为环氧树脂，中间层为高强度合金，内层为防水密封脂。所述防护构件呈伞状分层焊接安装在壳体外围，由高强度合金材料构成，外部渡铝，防止在水中腐蚀。

6.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：所述报警构件为声光报警器，安装在采空区临近监测洞室内，通过电路判断当某个监测设备的水位、水量值达到临界值或水量突然急剧增加时，开始发出声光警报。

7.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：所述电缆线存储构件安装在监测设备顶端，当采空区顶板坍塌监测设备发生位移时电缆线存储构件内的电缆线可以自动向外延伸防止电缆线扯断。

8.根据权利要求1所述的一种地下采空区水位水量动态监测预警方法与装置，其特征在于：所述壳体构件外侧为铁片，中间层为环氧树脂，内层为防水密封脂；所述缓冲构件下层为钢板，上层为缓冲材料，减少因采空区顶板垮落冲击而坍塌造成设备损坏。