CN109990759A - 一种采空区深部地层沉降监测装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沉降监测装置，具体是一种采空区深部地层沉降监测装置及其制作方法。本发明解决了现有沉降监测装置不适于对采空区深部地层进行沉降监测的问题。一种采空区深部地层沉降监测装置，包括开设于岩土体上的钻孔、外层套管、细沙基础层、下承托盘、内层套管、刚杆、上承托盘、水泥填充层、细沙填充层、水泥砂浆填充层、安装台、垫板、磁性表座、百分表；其中，外层套管穿设于钻孔内，且外层套管的轴线与钻孔的轴线重合；外层套管的外侧面与钻孔的孔壁接触；外层套管的下端面与钻孔的孔底接触；外层套管的上端面与钻孔的孔口齐平。本发明适用于采空区深部地层的沉降监测。

Description

一种采空区深部地层沉降监测装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及沉降监测装置，具体是一种采空区深部地层沉降监测装置及其制作方法。

背景技术

在采空区塌陷灾害的防治及预警中，对采空区深部地层进行沉降监测具有十分重要的作用和意义。然而在现有技术条件下，常用的沉降监测装置（插入式沉降监测装置、贴附式沉降监测装置）由于自身结构所限，并不适于对采空区深部地层进行沉降监测，具体阐述如下：一、插入式沉降监测装置在工作时，需要利用锤击等方式将测头插入岩土体中。然而，由于采空区深部地层的岩土体十分破碎，插入岩土体中的测头极易从裂缝中掉落。因此，插入式沉降监测装置并不适于对采空区深部地层进行沉降监测。二、贴附式沉降监测装置在工作时，需要利用重力将测头贴附于岩土体表面。然而，由于采空区深部地层的岩土体十分破碎，贴附于岩土体表面的测头极易从裂缝中掉落。因此，贴附式沉降监测装置并不适于对采空区深部地层进行沉降监测。基于此，有必要发明一种全新的沉降监测装置，以解决现有沉降监测装置不适于对采空区深部地层进行沉降监测的问题。

发明内容

本发明为了解决现有沉降监测装置不适于对采空区深部地层进行沉降监测的问题，提供了一种采空区深部地层沉降监测装置及其制作方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种采空区深部地层沉降监测装置，包括开设于岩土体上的钻孔、外层套管、细沙基础层、下承托盘、内层套管、刚杆、上承托盘、水泥填充层、细沙填充层、水泥砂浆填充层、安装台、垫板、磁性表座、百分表；其中，外层套管穿设于钻孔内，且外层套管的轴线与钻孔的轴线重合；外层套管的外侧面与钻孔的孔壁接触；外层套管的下端面与钻孔的孔底接触；外层套管的上端面与钻孔的孔口齐平；细沙基础层的下端面与钻孔的孔底接触；细沙基础层的侧面与外层套管的内侧面下端接触；下承托盘的轴线与外层套管的轴线重合；下承托盘的下端面与细沙基础层的上端面接触；下承托盘的侧面与外层套管的内侧面之间留有填充间隙；内层套管穿设于外层套管内，且内层套管的轴线与外层套管的轴线重合；内层套管的外侧面与外层套管的内侧面之间留有填充间隙；内层套管的下端面与下承托盘的上端面之间留有填充间隙；内层套管的上端面超出外层套管的上端面；刚杆穿设于内层套管内，且刚杆的轴线与内层套管的轴线重合；刚杆的下端面超出内层套管的下端面，且刚杆的下端面与下承托盘的上端面中央固定；刚杆的上端面超出内层套管的上端面；上承托盘的下端面中央与刚杆的上端面固定；水泥填充层分别包覆细沙基础层的上端面、下承托盘的侧面、下承托盘的上端面、外层套管的内侧面，且水泥填充层的上端面与内层套管的下端面之间留有填充间隙；细沙填充层分别包覆水泥填充层的上端面、内层套管的下端面、内层套管的外侧面、外层套管的内侧面，且细沙填充层的上端面低于外层套管的上端面；水泥砂浆填充层分别包覆细沙填充层的上端面、内层套管的外侧面、外层套管的内侧面，且水泥砂浆填充层的上端面与外层套管的上端面齐平；安装台固定于钻孔的孔口边缘；垫板固定于安装台的上表面；磁性表座固定于垫板的上表面；百分表的套筒固定于磁性表座上，且百分表的套筒的轴线与刚杆的轴线重合；百分表的测头朝下，且百分表的测头与上承托盘的上端面中央固定。

具体工作过程如下：当采空区深部地层发生沉降时，采空区深部地层的岩土体发生变形，使得钻孔的孔底发生位移，由此使得细沙基础层和下承托盘一起发生位移。此时，下承托盘带动刚杆发生位移，刚杆带动上承托盘发生位移，上承托盘带动百分表的测头发生位移（安装台、垫板、磁性表座、百分表的套筒均保持不动），由此使得百分表的读数发生变化。通过观察百分表的读数变化，即可读取钻孔的孔底位移量，由此实现采空区深部地层的沉降监测。在此过程中，内层套管的作用是约束刚杆，由此防止因刚杆变形引起的监测误差，从而保证监测的准确性。

一种采空区深部地层沉降监测装置的制作方法（该方法用于制作本发明所述的一种采空区深部地层沉降监测装置），该方法是采用如下步骤实现的：

a.在岩土体上开设钻孔；然后，在钻孔内穿设外层套管，并保证外层套管的轴线与钻孔的轴线重合、外层套管的外侧面与钻孔的孔壁接触、外层套管的下端面与钻孔的孔底接触、外层套管的上端面与钻孔的孔口齐平；然后，向外层套管内注入细沙并形成细沙基础层；细沙基础层的下端面与钻孔的孔底接触，且细沙基础层的侧面与外层套管的内侧面下端接触；

b.选取刚杆；然后，在刚杆的下端面固定下承托盘，并保证下承托盘的轴线与刚杆的轴线重合；然后，将刚杆和下承托盘一并插入外层套管内，并保证下承托盘的下端面与细沙基础层的上端面接触、下承托盘的轴线与外层套管的轴线重合、下承托盘的侧面与外层套管的内侧面之间留有填充间隙、刚杆的上端面超出外层套管的上端面；然后，向外层套管内注入水泥并形成水泥填充层；水泥填充层分别包覆细沙基础层的上端面、下承托盘的侧面、下承托盘的上端面、外层套管的内侧面，且水泥填充层的上端面低于外层套管的上端面；

c.在刚杆上套设内层套管，并保证内层套管的轴线与刚杆的轴线重合、内层套管的下端面与水泥填充层的上端面之间留有填充间隙、内层套管的上端面超出外层套管的上端面、内层套管的上端面低于刚杆的上端面；然后，向外层套管内注入细沙并形成细沙填充层；细沙填充层分别包覆水泥填充层的上端面、内层套管的下端面、内层套管的外侧面、外层套管的内侧面，且细沙填充层的上端面低于外层套管的上端面；然后，向外层套管内注入水泥砂浆并形成水泥砂浆填充层；水泥砂浆填充层分别包覆细沙填充层的上端面、内层套管的外侧面、外层套管的内侧面，且水泥砂浆填充层的上端面与外层套管的上端面齐平；

d.在刚杆的上端面固定上承托盘，并保证上承托盘的轴线与刚杆的轴线重合；然后，在钻孔的孔口边缘建造安装台，并在安装台的上表面固定垫板；然后，在垫板的上表面固定磁性表座，并选取百分表；然后，将百分表的套筒固定于磁性表座上，并保证百分表的套筒的轴线与刚杆的轴线重合、百分表的测头朝下；最后，将百分表的测头与上承托盘的上端面中央固定。

基于上述过程，与现有沉降监测装置相比，本发明所述的一种采空区深部地层沉降监测装置及其制作方法通过采用全新结构，实现了自身与岩土体的紧密结合，由此有效避免了自身从裂缝中掉落，从而有效保证了监测的可靠性和持续性。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有沉降监测装置不适于对采空区深部地层进行沉降监测的问题，适用于采空区深部地层的沉降监测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-岩土体，2-外层套管，3-细沙基础层，4-下承托盘，5-内层套管，6-刚杆，7-上承托盘，8-水泥填充层，9-细沙填充层，10-水泥砂浆填充层，11-安装台，12-垫板，13-磁性表座，14-百分表。

具体实施方式

一种采空区深部地层沉降监测装置，包括开设于岩土体1上的钻孔、外层套管2、细沙基础层3、下承托盘4、内层套管5、刚杆6、上承托盘7、水泥填充层8、细沙填充层9、水泥砂浆填充层10、安装台11、垫板12、磁性表座13、百分表14；其中，外层套管2穿设于钻孔内，且外层套管2的轴线与钻孔的轴线重合；外层套管2的外侧面与钻孔的孔壁接触；外层套管2的下端面与钻孔的孔底接触；外层套管2的上端面与钻孔的孔口齐平；细沙基础层3的下端面与钻孔的孔底接触；细沙基础层3的侧面与外层套管2的内侧面下端接触；下承托盘4的轴线与外层套管2的轴线重合；下承托盘4的下端面与细沙基础层3的上端面接触；下承托盘4的侧面与外层套管2的内侧面之间留有填充间隙；内层套管5穿设于外层套管2内，且内层套管5的轴线与外层套管2的轴线重合；内层套管5的外侧面与外层套管2的内侧面之间留有填充间隙；内层套管5的下端面与下承托盘4的上端面之间留有填充间隙；内层套管5的上端面超出外层套管2的上端面；刚杆6穿设于内层套管5内，且刚杆6的轴线与内层套管5的轴线重合；刚杆6的下端面超出内层套管5的下端面，且刚杆6的下端面与下承托盘4的上端面中央固定；刚杆6的上端面超出内层套管5的上端面；上承托盘7的下端面中央与刚杆6的上端面固定；水泥填充层8分别包覆细沙基础层3的上端面、下承托盘4的侧面、下承托盘4的上端面、外层套管2的内侧面，且水泥填充层8的上端面与内层套管5的下端面之间留有填充间隙；细沙填充层9分别包覆水泥填充层8的上端面、内层套管5的下端面、内层套管5的外侧面、外层套管2的内侧面，且细沙填充层9的上端面低于外层套管2的上端面；水泥砂浆填充层10分别包覆细沙填充层9的上端面、内层套管5的外侧面、外层套管2的内侧面，且水泥砂浆填充层10的上端面与外层套管2的上端面齐平；安装台11固定于钻孔的孔口边缘；垫板12固定于安装台11的上表面；磁性表座13固定于垫板12的上表面；百分表14的套筒固定于磁性表座13上，且百分表14的套筒的轴线与刚杆6的轴线重合；百分表14的测头朝下，且百分表14的测头与上承托盘7的上端面中央固定。

具体实施时，所述外层套管2、内层套管5均为PVC套管。所述刚杆6由若干个杆节首尾拼接而成。所述安装台11由砖砌成。所述垫板12为钢质垫板。

一种采空区深部地层沉降监测装置的制作方法（该方法用于制作本发明所述的一种采空区深部地层沉降监测装置），该方法是采用如下步骤实现的：

a.在岩土体1上开设钻孔；然后，在钻孔内穿设外层套管2，并保证外层套管2的轴线与钻孔的轴线重合、外层套管2的外侧面与钻孔的孔壁接触、外层套管2的下端面与钻孔的孔底接触、外层套管2的上端面与钻孔的孔口齐平；然后，向外层套管2内注入细沙并形成细沙基础层3；细沙基础层3的下端面与钻孔的孔底接触，且细沙基础层3的侧面与外层套管2的内侧面下端接触；

b.选取刚杆6；然后，在刚杆6的下端面固定下承托盘4，并保证下承托盘4的轴线与刚杆6的轴线重合；然后，将刚杆6和下承托盘4一并插入外层套管2内，并保证下承托盘4的下端面与细沙基础层3的上端面接触、下承托盘4的轴线与外层套管2的轴线重合、下承托盘4的侧面与外层套管2的内侧面之间留有填充间隙、刚杆6的上端面超出外层套管2的上端面；然后，向外层套管2内注入水泥并形成水泥填充层8；水泥填充层8分别包覆细沙基础层3的上端面、下承托盘4的侧面、下承托盘4的上端面、外层套管2的内侧面，且水泥填充层8的上端面低于外层套管2的上端面；

c.在刚杆6上套设内层套管5，并保证内层套管5的轴线与刚杆6的轴线重合、内层套管5的下端面与水泥填充层8的上端面之间留有填充间隙、内层套管5的上端面超出外层套管2的上端面、内层套管5的上端面低于刚杆6的上端面；然后，向外层套管2内注入细沙并形成细沙填充层9；细沙填充层9分别包覆水泥填充层8的上端面、内层套管5的下端面、内层套管5的外侧面、外层套管2的内侧面，且细沙填充层9的上端面低于外层套管2的上端面；然后，向外层套管2内注入水泥砂浆并形成水泥砂浆填充层10；水泥砂浆填充层10分别包覆细沙填充层9的上端面、内层套管5的外侧面、外层套管2的内侧面，且水泥砂浆填充层10的上端面与外层套管2的上端面齐平；

d.在刚杆6的上端面固定上承托盘7，并保证上承托盘7的轴线与刚杆6的轴线重合；然后，在钻孔的孔口边缘建造安装台11，并在安装台11的上表面固定垫板12；然后，在垫板12的上表面固定磁性表座13，并选取百分表14；然后，将百分表14的套筒固定于磁性表座13上，并保证百分表14的套筒的轴线与刚杆6的轴线重合、百分表14的测头朝下；最后，将百分表14的测头与上承托盘7的上端面中央固定。

Claims (6)

1.一种采空区深部地层沉降监测装置，其特征在于：包括开设于岩土体（1）上的钻孔、外层套管（2）、细沙基础层（3）、下承托盘（4）、内层套管（5）、刚杆（6）、上承托盘（7）、水泥填充层（8）、细沙填充层（9）、水泥砂浆填充层（10）、安装台（11）、垫板（12）、磁性表座（13）、百分表（14）；其中，外层套管（2）穿设于钻孔内，且外层套管（2）的轴线与钻孔的轴线重合；外层套管（2）的外侧面与钻孔的孔壁接触；外层套管（2）的下端面与钻孔的孔底接触；外层套管（2）的上端面与钻孔的孔口齐平；细沙基础层（3）的下端面与钻孔的孔底接触；细沙基础层（3）的侧面与外层套管（2）的内侧面下端接触；下承托盘（4）的轴线与外层套管（2）的轴线重合；下承托盘（4）的下端面与细沙基础层（3）的上端面接触；下承托盘（4）的侧面与外层套管（2）的内侧面之间留有填充间隙；内层套管（5）穿设于外层套管（2）内，且内层套管（5）的轴线与外层套管（2）的轴线重合；内层套管（5）的外侧面与外层套管（2）的内侧面之间留有填充间隙；内层套管（5）的下端面与下承托盘（4）的上端面之间留有填充间隙；内层套管（5）的上端面超出外层套管（2）的上端面；刚杆（6）穿设于内层套管（5）内，且刚杆（6）的轴线与内层套管（5）的轴线重合；刚杆（6）的下端面超出内层套管（5）的下端面，且刚杆（6）的下端面与下承托盘（4）的上端面中央固定；刚杆（6）的上端面超出内层套管（5）的上端面；上承托盘（7）的下端面中央与刚杆（6）的上端面固定；水泥填充层（8）分别包覆细沙基础层（3）的上端面、下承托盘（4）的侧面、下承托盘（4）的上端面、外层套管（2）的内侧面，且水泥填充层（8）的上端面与内层套管（5）的下端面之间留有填充间隙；细沙填充层（9）分别包覆水泥填充层（8）的上端面、内层套管（5）的下端面、内层套管（5）的外侧面、外层套管（2）的内侧面，且细沙填充层（9）的上端面低于外层套管（2）的上端面；水泥砂浆填充层（10）分别包覆细沙填充层（9）的上端面、内层套管（5）的外侧面、外层套管（2）的内侧面，且水泥砂浆填充层（10）的上端面与外层套管（2）的上端面齐平；安装台（11）固定于钻孔的孔口边缘；垫板（12）固定于安装台（11）的上表面；磁性表座（13）固定于垫板（12）的上表面；百分表（14）的套筒固定于磁性表座（13）上，且百分表（14）的套筒的轴线与刚杆（6）的轴线重合；百分表（14）的测头朝下，且百分表（14）的测头与上承托盘（7）的上端面中央固定。

2.根据权利要求1所述的一种采空区深部地层沉降监测装置，其特征在于：所述外层套管（2）、内层套管（5）均为PVC套管。

3.根据权利要求1所述的一种采空区深部地层沉降监测装置，其特征在于：所述刚杆（6）由若干个杆节首尾拼接而成。

4.根据权利要求1所述的一种采空区深部地层沉降监测装置，其特征在于：所述安装台（11）由砖砌成。

5.根据权利要求1所述的一种采空区深部地层沉降监测装置，其特征在于：所述垫板（12）为钢质垫板。

6.一种采空区深部地层沉降监测装置的制作方法，该方法用于制作如权利要求1所述的一种采空区深部地层沉降监测装置，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

a.在岩土体（1）上开设钻孔；然后，在钻孔内穿设外层套管（2），并保证外层套管（2）的轴线与钻孔的轴线重合、外层套管（2）的外侧面与钻孔的孔壁接触、外层套管（2）的下端面与钻孔的孔底接触、外层套管（2）的上端面与钻孔的孔口齐平；然后，向外层套管（2）内注入细沙并形成细沙基础层（3）；细沙基础层（3）的下端面与钻孔的孔底接触，且细沙基础层（3）的侧面与外层套管（2）的内侧面下端接触；

b.选取刚杆（6）；然后，在刚杆（6）的下端面固定下承托盘（4），并保证下承托盘（4）的轴线与刚杆（6）的轴线重合；然后，将刚杆（6）和下承托盘（4）一并插入外层套管（2）内，并保证下承托盘（4）的下端面与细沙基础层（3）的上端面接触、下承托盘（4）的轴线与外层套管（2）的轴线重合、下承托盘（4）的侧面与外层套管（2）的内侧面之间留有填充间隙、刚杆（6）的上端面超出外层套管（2）的上端面；然后，向外层套管（2）内注入水泥并形成水泥填充层（8）；水泥填充层（8）分别包覆细沙基础层（3）的上端面、下承托盘（4）的侧面、下承托盘（4）的上端面、外层套管（2）的内侧面，且水泥填充层（8）的上端面低于外层套管（2）的上端面；

c.在刚杆（6）上套设内层套管（5），并保证内层套管（5）的轴线与刚杆（6）的轴线重合、内层套管（5）的下端面与水泥填充层（8）的上端面之间留有填充间隙、内层套管（5）的上端面超出外层套管（2）的上端面、内层套管（5）的上端面低于刚杆（6）的上端面；然后，向外层套管（2）内注入细沙并形成细沙填充层（9）；细沙填充层（9）分别包覆水泥填充层（8）的上端面、内层套管（5）的下端面、内层套管（5）的外侧面、外层套管（2）的内侧面，且细沙填充层（9）的上端面低于外层套管（2）的上端面；然后，向外层套管（2）内注入水泥砂浆并形成水泥砂浆填充层（10）；水泥砂浆填充层（10）分别包覆细沙填充层（9）的上端面、内层套管（5）的外侧面、外层套管（2）的内侧面，且水泥砂浆填充层（10）的上端面与外层套管（2）的上端面齐平；

d.在刚杆（6）的上端面固定上承托盘（7），并保证上承托盘（7）的轴线与刚杆（6）的轴线重合；然后，在钻孔的孔口边缘建造安装台（11），并在安装台（11）的上表面固定垫板（12）；然后，在垫板（12）的上表面固定磁性表座（13），并选取百分表（14）；然后，将百分表（14）的套筒固定于磁性表座（13）上，并保证百分表（14）的套筒的轴线与刚杆（6）的轴线重合、百分表（14）的测头朝下；最后，将百分表（14）的测头与上承托盘（7）的上端面中央固定。