CN110118516B - 开采沉陷区地表裂缝测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量测验技术领域，公开了一种开采沉陷区地表裂缝测量方法，包括以下步骤：S1：在开采沉陷区选取若干测定点，通过定位平台以获取测定点的经纬度信息；S2：将经纬度信息发送给定位平台的后台终端，后台终端将实时图像反馈给移动终端，以显示地表裂缝在开采沉陷区的走向；S3：使用刻度尺测量地表裂缝的长度；S4：准备测量架和两根测量轴，沿地表裂缝的宽度方向使用刻度尺测量其宽度；S5：将两根测量轴继续向地表裂缝内伸入，且使得两根测量轴构成楔形，使用角度尺测量楔形的两个内夹角的数值，以测定地表裂缝的深度。本发明可对地表裂缝的参数进行测量，且绘制具体的走向图，以便于操作人员对地表裂缝进行研究。

Description

开采沉陷区地表裂缝测量方法

技术领域

本发明涉及测量测验技术领域，具体涉及一种开采沉陷区地表裂缝测量方法。

背景技术

地下大量矿产资源的开采形成了大面积的地下采空区，使上覆岩层发生移动与破坏，导致地表大面积沉陷，专业上称之为开采沉陷区。

开采沉陷区的地表受到拉伸变形影响，可能会产生裂缝，裂缝深度和宽度与松散层的厚度、性质有关。若松散层为塑性较大的粘土，地表拉伸变形值超过6～10mm/m时，地表出现裂缝；松散层为塑性较小的砂质粘土、粘土质砂时，地表拉伸变形值超过2～3mm/m，地表即可产生裂缝。当采深和采厚比较小时，推进工作面前方地表可能出现垂直于推进方向的裂缝，地表裂缝的形状为楔形，开口大，随深度增加而减小，到一定深度尖灭。

地表裂缝的长度、宽度、深度以及走向会影响开采沉陷区的房屋建筑的稳定性、地表隔水层的保水性，申请人为了研究地表裂缝对房屋建筑和地表水的影响程度，需要对开采沉陷区的裂缝的长度、宽度、深度以及走向进行测量。

现有技术中为了对深度进行测量，使用大地电磁测深法、瞬态瑞雷波及地震映像等对地表裂缝的深度进行测量，测量过后还需要对数据进行精确的分析，分析的工作量较大，降低了测量效率。同时，为了对地表裂缝的走向、长度测量，操作人员通常会使用GPS-RTK设备进行测量，然而GPS-RTK设备的成本较高，且需要在地表裂缝的多处位置安装GPS-RTK设备，工作效率较低。

发明内容

本发明意在提供一种开采沉陷区地表裂缝测量方法，以对地表裂缝的长度、宽度、深度以及走向进行测量，以提高开采沉陷区地表裂缝测量的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种开采沉陷区地表裂缝测量方法，

S1：在开采沉陷区选取若干测定点，在移动终端上安装定位平台，并将移动终端移动至测定点，通过定位平台以获取测定点的经纬度信息；

S2：将经纬度信息发送给定位平台的后台终端，后台终端根据经纬度信息获取开采沉陷区的实时图像，后台终端将实时图像反馈给移动终端，以显示地表裂缝在开采沉陷区的走向；

S3：沿地表裂缝的走向，使用刻度尺测量地表裂缝的长度；

S4：使用测量装置对地表裂缝的深度进行测量，测量装置包括测量架和两根测量轴，将测量轴分别转动安装在测量架的两侧，沿地表裂缝的倾斜面将测量架两侧的测量轴伸入到地表裂缝内，并将测量架移动至地表裂缝的宽度最大处，沿地表裂缝的宽度方向使用刻度尺测量其宽度；

S5：将两根测量轴继续向地表裂缝内伸入，且使得两根测量轴构成楔形，两根测量轴与测量架构成楔形后，使用角度尺测量楔形的两个内夹角的数值，以测定地表裂缝的深度；

S6：重复以上步骤，对其他地表裂缝进行测量。

本发明的原理以及有益效果：

S1、S2：在开采沉陷区选择测定点，并通过定位平台对测定点的经纬度信息进行测定，经纬度信息反馈至定位平台的后台终端，以使得后台终端将实时图像反馈至移动终端，以显示地表裂缝在开采沉陷区的走向，可通过地表裂缝的走向以确定地表裂缝的延伸方向。

S3：沿地表裂缝的走向，通过刻度尺进行测量，可以快速获得长度参数，方便快捷。与传统的GPS-RTK测量相比，测量长度和走向时，需要多个GPS-RTK设备不仅成本高，GPS-RTK设备安装费时费力，对于开采沉陷区的地表裂缝测量而言工作效率不高，本方案通过移动终端和定位平台测量地表裂缝的走向，测量成本更低，工作效率更高，更便于申请人携带。

S4、S5：在测定地表裂缝的深度时，传统技术利用大地电磁测深法、瞬态瑞雷波及地震映像等对地表裂缝的深度进行测量，以获取地表裂缝的深度参数。但是，以上传统技术需要分析较为庞大的参数才能得到地表裂缝的具体深度，不仅参数分析时间长，而且需要较多的分析人员，工作率不高，本申利用请开采沉陷区地表裂缝测量装置进行测量，并通过开采沉陷区地表裂缝测量装置的测量架和两根测量轴构成楔形，将楔形的两个内夹角测量出，然后快速得出地表裂缝的深度数值，大大的缩减了测量时间以及数据分析时间。

通过S1～S5的测量，可以将地表裂缝的长度、宽度、深度以及走向进行测量，能够简便、快速的获取地表裂缝的各项参数，以提高地表裂缝的测量的工作效率。

进一步，S1中，在测定点至少获取两次该测定点的经纬度信息。至少获取两次该测定点的经纬度信息，以降低经纬度信息的误差几率。

进一步，所述测定点至少为两个，且相邻两个测定点至少相距100m。选取多个测定点，以降低开采沉陷区地理位置的偏差，相邻两个测定点的相距至少100m，以保证后台终端反馈的实时图像的范围基本准确。

进一步，S3中，测量地表裂缝长度时，至少测量五次地表裂缝的长度，并取地表裂缝长度的平均值。至少五次地表裂缝测量，降低地表裂缝长度的偏差。

进一步，S4中，测量轴伸入到地表裂缝时，将地表裂缝斜面上的凸起推入到地表裂缝的深处。凸起容易使得测量轴与地表裂缝的斜面不能相贴，造成测量误差，从而在测量轴伸入到地表裂缝的过程中将凸起去除，提高测量的精确性。

进一步，所述测量轴的底部为锥形。测量轴的底部为锥形，锥形的尖端容易将石子等凸起破坏或使得凸起的端部受力，从而便于测量轴将凸起推入到地表裂缝的深处。

进一步，S4中，将测量架移动至地表裂缝的宽度最大处时，将测量架的下部插入到土壤表面。将测量架的下部插入到土壤表面，可以起到稳定作用，提高整个测量架和测量轴的稳定性。

进一步，S4中，使用刻度尺至少测量五次地表裂缝的宽度，并取地表裂缝宽度的平均值。多次测量，降低刻度尺的测量误差。

进一步，S5中，使用角度尺至少测量五次两个内角的角度值，且每个内角的角度值取平均值。角度尺多次测量，降低角度尺的测量误差。

进一步，S2中，使用移动终端中的拍照平台对地表裂缝拍照储存。对地表裂缝拍照储存，以便于操作人员对地表裂缝进行记录，同时，便于操作人员后期研究地表裂缝的走向。

附图说明

图1为本发明实施例一中测量架的轴视图；

图2为本发明实施例一中开采沉陷区地表裂缝测量方法的正向局部剖视图；

图3为本发明实施例一中开采沉陷区地表裂缝测量方法的俯视图；

图4为本发明实施例二中开采沉陷区地表裂缝测量方法的正向局部剖视图；

图5为本发明实施例的开采沉陷区地表裂缝形状横截面示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：测量架1、测量轴2、副测量轴3、单相电机4、滑槽5、滑轴6、液压缸7、支撑轴8、下轴9、螺杆10、下端点11、限位块13、限位架14、滚轮15、拉绳16。

实施例一：

一种开采沉陷区地表裂缝测量方法，包括以下步骤：

S1：在开采沉陷区选取五个测定点，相邻两个测定点相距120m，在移动终端上安装定位平台，本实施例中移动终端的品牌为：honor/荣耀，型号为：畅玩6X。定位平台为：奥维互动地图。操作人员将移动终端移动至每个测定点，将移动终端连接网络，并开启移动终端自带的GPS后台，本实施例中的网络为中国移动(FDD-LTE)。开启定位平台获取测定点的经纬度信息，本实施例中获取五次测定点的经纬度信息，将经纬度信息发送给定位平台的后台终端，后台终端根据经纬度信息获取开采沉陷区的实时图像，后台终端将实时图像发送给移动终端，以显示地表裂缝在开采沉陷区的走向。

S2:沿地表裂缝的走向，通过卷尺直接测量地表裂缝的长度，对地表裂缝的长度测量五次，并且取地表裂缝长度的平均值进行记录。并使用移动终端的拍照平台对地表裂缝拍照储存，以便于操作人员后期研究地表裂缝的走向。

S3：对地表裂缝的宽度和深度进行测量，具体的使用开采沉陷区地表裂缝测量装置，基本如附图1和附图2所示，包括测量架1和分别位于测量架1两侧的测量单元。如附图2和附图3所示，测量架1垂直于纸面的两侧均设置有滑槽5。测量单元包括与测量架1水平滑动连接且沿纵向贯穿测量架1的测量轴2、与测量轴2相切且横截面为圆形的支撑轴8。具体的，测量轴2上焊接有横截面为圆形的滑轴6，滑轴6伸入到滑槽5内与滑槽5水平滑动连接，如此达到测量轴2可沿滑槽5水平滑动的目的。支撑轴8位于测量轴2远离测量架1中心的一侧，并且支撑轴8与测量轴2相切。支撑轴8的远离测量轴2的一侧设置有动力件，动力件为气缸、液压缸7、丝杠中的任意一种，本实施例中为液压缸7，液压缸7通过紧固螺栓紧固在测量架1上。液压缸7的输出轴上设置有通孔，支撑轴8伸入到通孔内，并使用销钉穿过通孔将支撑轴8卡紧在通孔内，如此达到液压缸7的输出轴与支撑轴8固定连接的目的。支撑轴8可在滑槽5内滑动，测量轴2可通过滑轴6在滑槽5内转动。还包括位于两根测量轴2之间的两根副测量轴3，测量轴2、副测量轴3均包括中空的上轴、中空的下轴9，上轴的上端均固定有驱动件，驱动件为伺服电机、步进电机、单相电机4或变频电机中的任意一种，本实施例中驱动件为单相电机4。上轴内设有与单相电机4的输出轴焊接的螺杆10，螺杆10下端延伸至下轴9内，且螺杆10与下轴9螺纹连接。副测量轴3的外周套设有横截面为长方形的限位架14，测量轴2的下轴9的横截面为锥形。上轴设置有滑道，下轴9上焊接有伸入滑道内的限位轴。当单相电机4带动螺杆10转动时，通过限位轴对下轴9限位，使得下轴9不会与螺杆10同步转动，从而使得螺杆10带动下轴9向下滑动。

还包括与测量架1可拆卸连接的角度尺，测量架1内设置有凹槽，角度尺放置于凹槽内以达到可拆卸连接的目的。角度尺的品牌为：施泰力Starrett，型号为：C183，该角度尺自带测量长度的刻度尺。为了对测量架1进行定位，测量架1两侧的底部均焊接有限位块13，限位块13的横截面为锥形。

S4：将测量架1水平移动至地表裂缝的中部的地表裂缝宽度最大处，并将限位块13插入到地表内，如此固定测量架1，并将测量轴2和副测量轴3伸入到地表裂缝内。根据地表裂缝开口的宽度滑动支撑轴8，具体的，如附图2所示，启动液压缸7，左侧的液压缸7带动左侧支撑轴8向左侧滑动，右侧的液压缸7带动右侧的支撑轴8向右侧滑动，再人工移动左侧测量轴2与左侧的支撑轴8相切，移动右侧的测量与右侧的支撑轴8相切。然后通过角度尺测量出地表裂缝的宽度d，且至少测量五次，并且宽度d取地表裂缝长度的平均值。

沿支撑轴8转动左侧的测量轴2，并且使得左侧的测量轴2与地表裂缝的倾斜面相贴，并且启动左侧测量轴2上的单相电机4，单相电机4带动螺杆10转动，螺杆10带动左侧测量轴2的下轴9延伸且延伸至附图5所示的地表裂缝的下端点11，此时关闭座测量轴2上的单相电机4，在左侧测量轴2的下轴9延伸过程中，横截面为锥形的下轴9会将地表裂缝倾斜面上的凸起推到地表裂缝的深处，如此以保证左侧的测量轴2与地表裂缝的倾斜面相贴。再移动左侧的副测量轴3，并启动左侧的副测量轴3上的单相电机4，单相电机4通过螺杆10带动左侧的副测量轴3的下轴9向下延伸且与左侧的测量轴2相抵，如此使得左侧的测量轴2与地表裂缝的倾斜面相贴。根据以上原理使得右侧的测量轴2达到地表裂缝的下端点11与右侧的测量轴2相抵。

S5：通过以上工作使得测量装置构建一个与如附图5所示地表裂缝类似的形状，如此操作人员可以通过角度尺来测量左侧的测量轴2与测量架1的内夹角α，并通过角度尺测量右侧的测量轴2与测量架1的内夹角β，内夹角α、内夹角β测量五次且每个内角的角度值取平均值，将测得夹角α的平均值和夹角β的平均值以及地表裂缝的宽度d的平均值代入公式：h＝tanαtanβ·d/(tanα+tanβ)中，如此可以具体计算出地表裂缝的深度h。完成测量之后，启动单相电机4带动螺杆10反向转动，螺杆10带着下轴9复位，完成宽度和深度的测量。

本实施例中，开采沉陷区所形成的地表裂缝横截面一般为楔形，其深度为5m～20m，使用现有的大地电磁测深法、瞬态瑞雷波及地震映像等进行测量成本较高。申请人通过研究，使用两根测量轴分别沿地表裂缝的两侧的倾斜面伸入到地表裂缝内，并通过两根测量轴、测量架构件一个与地表裂缝的类似的楔形，然后通过人工测量出两根测量轴与测量架的之间的内夹角可参考附图5，然后经过公式：

h＝tanαtanβ·d/(tanα+tanβ)可尽量准确的计算出地表裂缝的深度。与大地电磁测深法、瞬态瑞雷波及地震映像等测量方式相比，本方案通过直接测量的方式可以避免探测精度受到周边物理磁场的影响，同时克服了探测数据处理复杂的问题。本方案的制造成本较低，与昂贵的探测仪器相比，制造成本较低，从而节约了测量成本。

S6：重复以上步骤，对其他地表裂缝进行测量。

实施例二：

与实施例一的不同之处在于，

S4中，如附图4所示，在左侧的测量轴2的下轴9上设置有按钮开关，通过螺钉将按钮开关固定在左侧的测量轴2的右侧壁上。

根据实施例二中的原理，同时控制左侧的测量轴2与右侧的测量轴2延伸至如附图5所示的下端点11时，右侧的测量轴2会挤压按钮开关，按钮开关会控制所有的单相电机4关闭，如此可以减少人工对单相电机4的操作步骤。

如附图4所示，测量架1的两侧还设置有拉动件，本实施例中拉动件包括滚轮15和缠绕在滚轮15上的拉绳16，拉绳16的一端固定在测量轴2上。当测量轴2需要转动时，通过人工直接拉动两根测量轴2而不容易把控调节测量轴2转动的角度。本实施例中，通过滚轮15转动可以使得拉绳16继续缠绕在滚轮15上使得滚轮15到测量轴2的距离变短，此时拉绳16会带动测量轴2以支撑轴8为支撑转动。如此通过滚轮15转动的行程来控制测量轴2转动的角度，尽量使得测量轴2转动与如附图5所示的地表裂缝的倾斜面贴合。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在开采沉陷区选取若干测定点，在移动终端上安装定位平台，并将移动终端移动至测定点，通过定位平台以获取测定点的经纬度信息；

S2：将经纬度信息发送给定位平台的后台终端，后台终端根据经纬度信息获取开采沉陷区的实时图像，后台终端将实时图像反馈给移动终端，以显示地表裂缝在开采沉陷区的走向；

S3：沿地表裂缝的走向，使用刻度尺测量地表裂缝的长度；

S4：使用测量装置对地表裂缝的深度进行测量，测量装置包括测量架和两根测量轴，将测量轴分别转动安装在测量架的两侧，沿地表裂缝的倾斜面将测量架两侧的测量轴伸入到地表裂缝内，并将测量架移动至地表裂缝的宽度最大处，沿地表裂缝的宽度方向使用刻度尺测量其宽度，至少测量五次地表裂缝的宽度d，并取地表裂缝宽度的平均值；

S5：将两根测量轴继续向地表裂缝内伸入，且使得两根测量轴构成楔形，两根测量轴与测量架构成楔形后，角度尺来测量一侧测量轴与测量架的内夹角α，并通过角度尺测量另一侧测量轴与测量架的内夹角β，内夹角α、内夹角β测量五次且每个内角的角度值取平均值，将测得夹角α的平均值和夹角β的平均值以及地表裂缝的宽度d的平均值代入公式：h＝tanαtanβ·d/(tanα+tanβ)中，以测定地表裂缝的深度；

S6：重复以上步骤，对其他地表裂缝进行测量。

2.根据权利要求1所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：S1中，在测定点至少获取两次该测定点的经纬度信息。

3.根据权利要求1所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：所述测定点至少为两个，且相邻两个测定点至少相距100m。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：S3中，测量地表裂缝长度时，至少测量五次地表裂缝的长度，并取地表裂缝长度的平均值。

5.根据权利要求4所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：S4中，测量轴伸入到地表裂缝时，将地表裂缝斜面上的凸起推入到地表裂缝的深处。

6.根据权利要求5所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：所述测量轴的底部为锥形。

7.根据权利要求6所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：S4中，将测量架移动至地表裂缝的宽度最大处时，将测量架的下部插入到土壤表面。

8.根据权利要求4所述的开采沉陷区地表裂缝测量方法，其特征在于：S2中，使用移动终端中的拍照平台对地表裂缝拍照储存。

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