CN110780354A - 一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置及方法，其装置包括磁圈、磁电感应器、信号放大器以及信号处理装置，岩溶或采空区顶板上具有利用钻孔设备钻出的垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔，磁圈包括多个磁圈，多个磁圈等距间隔设于所述钻孔的孔壁上，磁电感应器向下通过钻孔并穿过每一个磁圈悬吊于岩溶或者采空区顶板下表面以下一定距离。监测方法为：当岩溶或采空区顶板底层垮落时，信号处理器自动采集分析磁圈掉落的时间和顶板的垮落的厚度，并计算出顶板垮落频率和顶板岩层剩余的厚度，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落频率时，信号处理器控制报警器报警并将报警系统通过GPRS无线发射器发送到移动终端。

Description

一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置及方法
技术领域
本发明涉及岩溶与采空区顶板垮落监测，特别是一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置及方法。
背景技术
岩溶区域广泛分布于我国的贵州、云南、广西、重庆、四川、湖北、山东等省份，其面积约占我国国土面积的1/3。随着近年来城市化步骤不断加快，人地矛盾越发尖锐导致城市建设和规划不得不向岩溶地区扩展，地铁工程、城市道路交通工程、地下商城等地下工程项目逐年增加，地面沉降，地面塌陷等问题不断凸显，不仅影响了周围自然环境，还造成了严重的经济损失。其中岩溶塌陷是地下工程在岩溶地区修建过程中较为常发的地质灾害，由于其在空间上具有隐蔽性，在时间上具有渐进性和突发性，后果上具有严重性和治理难度大等特点，严重威胁着当地人民群众的生命财产安全。
其次，煤炭资源开发占据我国固体矿产资源开发的90％以上，大规模的开采造成地下大面积的采空区。当采空区的范围足够大时，附近的岩层会发生缓慢的蠕动破坏，一旦超过顶板的强度，便会引起坍塌，引起了整个地区的地表下沉、地表开裂，公路坍塌断裂等现象，甚至居住区建筑由于地基不均匀沉降产生裂缝甚至倾斜，丘陵地区由于岩层缺失导致的山体崩塌、滑坡，一些地区出现了居民房屋发生了坍塌和面积达数千平方米的巨大塌陷坑，带来的损失不可估量。
基于上述背景，如何监测岩溶与采空区顶板垮落是本领域技术人员的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置及方法，以解决上述技术背景中所提出的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置，包括磁圈、磁电感应器以及信号处理装置，所述岩溶或采空区顶板上具有利用钻孔设备钻出的垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔，所述磁圈包括多个磁圈，多个磁圈等距间隔设于所述钻孔的孔壁上，所述磁电感应器向下通过钻孔并穿过每一个磁圈悬吊于岩溶或者采空区顶板下表面以下一定距离，所述信号处理装置设于地面并与磁电感应器电性连接。
进一步的，所述信号处理装置包括信号放大器、信号处理器、报警器以及GPRS无线发射器，所述信号放大器与磁电感应器电性连接，所述信号处理器与信号放大器电性连接，所述报警器与GPRS无线发射器与信号处理器电性连接。
进一步的，所述信号处理装置还电性连接有太阳能电池板。
一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的方法，具体包括：
1)、人工在信号处理器中设置岩溶或采空区顶板岩层厚度、磁圈在岩层钻孔中的间距、以及报警器报警时顶板岩层临界厚度和垮落临界频率信息；
2)、当岩溶或采空区顶板底层垮落时，磁电感应器将感应电流转换为电信号传送给信号放大器做放大处理，放大后的信号再传输到信号处理器；
3)、信号处理器自动采集分析磁圈掉落的时间和顶板的垮落的厚度，并计算出顶板垮落频率和顶板岩层剩余的厚度，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落频率时，信号处理器控制报警器报警并将报警信号通过GPRS无线发射器发送到移动终端。
本发明的有益效果是：本发明通过将磁圈等距设在垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔的孔壁上，并在钻孔中悬吊一个磁电感应器，当岩溶或采空区顶板垮落时，磁圈随着一起下落，磁圈在下落过程中，使磁电感应器产生感应电流，磁电感应器将感应电流转换为电信号后经信号放大器放大传输给信号处理装置的信号处理器，信号处理器自动采集分析磁圈掉落的时间和顶板的垮落的厚度，并计算出顶板垮落频率和顶板岩层剩余的厚度，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落的频率达到预设的临界垮落频率时，信号处理器控制报警器报警并将报警系统通过GPRS无线发射器发送到移动终端，最终达到监测岩溶或采空区顶板垮落程度的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-磁圈，2-磁电感应器，3-信号处理装置，4-钻孔，5-太阳能电池板，31-信号放大器，32-信号处理器，33-报警器，34-GPRS无线发射器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例：
一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置，包括磁圈1、磁电感应器2以及信号处理装置3，所述岩溶或采空区顶板上具有利用钻孔设备钻出的垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔4，所述磁圈1包括多个磁圈，多个磁圈1等距间隔设于所述钻孔4的孔壁上，所述磁电感应器4向下通过钻孔4并穿过每一个磁圈1悬吊于岩溶或者采空区顶板下表面以下一定距离，所述信号处理装置3设于地面并与磁电感应器2电性连接。
进一步的，所述信号处理装置3包括信号放大器31、信号处理器32、报警器33以及GPRS无线发射器34，所述信号放大器31与磁电感应器2电性连接，所述信号处理器32与信号放大器31电性连接，所述报警器33与GPRS无线发射器34与信号处理器32电性连接。
优选的，所述信号处理装置3还电性连接有太阳能电池板5，所述太阳能电池板5为信号处理装置3提供电能。
一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的方法，具体包括：
1)、人工在信号处理器32中设置岩溶或采空区顶板岩层厚度、磁圈1在岩层钻孔中的间距、以及报警器33报警时顶板岩层临界厚度和垮落临界频率信息；
2)、当岩溶或采空区顶板底层垮落时，磁电感应器2将感应电流转换为电信号传送给信号放大器31做放大处理，放大后的信号再传输到信号处理器32；
3)、信号处理器32自动采集分析磁圈掉落的时间和顶板的垮落的厚度，并计算出顶板垮落频率和顶板岩层剩余的厚度，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落频率时，信号处理器32控制报警器33报警并将报警信号通过GPRS无线发射器34发送到移动终端。
具体的，在需要监测的岩溶或采空区顶板上通过钻孔设备钻出垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔4，随后将磁电感应器2向下通过钻孔4并穿过每一个磁圈1悬吊于岩溶或者采空区顶板下表面以下一定距离，磁电感应器2与岩溶或者采空区顶板下表面的距离以10-15cm为宜，当装置安装好后，在信号处理器32中设置岩溶或采空区顶板岩层厚度、磁圈在岩层钻孔中的间距、以及报警器报警时顶板岩层临界厚度和垮落临界频率信息，需要说明的是，岩溶或采空区顶板，是分层从最下面开始垮落，当岩层垮落时，固定在该垮落岩层上的磁圈1也随岩层一起往下掉落，掉落过程中，磁电感应器2切割垮落磁圈1的磁感线，从而产生感应电流，磁电感应器2将感应电流转换为电信号后经信号放大器31放大后传输给信号处理器32，信号处理器32自动采集分析磁圈2掉落的时间，并以电信号的强弱计算出顶板的垮落的厚度和顶板岩层剩余的厚度，随后再以每两次垮落的时间间隔计算出顶板垮落频率，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落频率达到预设的临界垮落频率时，信号处理器32控制报警器33报警并将报警系统通过GPRS无线发射器34发送到移动终端，最终达到监测岩溶或采空区顶板垮落程度的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置，包括磁圈(1)、磁电感应器(2)、以及信号处理装置(3)，其特征在于，所述岩溶或采空区顶板上具有利用钻孔设备钻出的垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔(4)，所述磁圈(1)包括多个磁圈，多个磁圈(1)等距间隔设于所述钻孔(4)的孔壁上，所述磁电感应器(2)向下通过钻孔并穿过每一个磁圈(2)悬吊于岩溶或者采空区顶板下表面以下一定距离，所述信号处理装置(3)设于地面并与磁电感应器(2)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置，其特征在于，所述信号处理装置(3)包括信号放大器(31)、信号处理器(32)、报警器(33)以及GPRS无线发射器(34)，所述信号放大器(31)与磁电感应器(2)电性连接，所述信号处理器(32)与信号放大器(31)电性连接，所述报警器(33)与GPRS无线发射器(34)与信号处理器(32)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置，其特征在于，所述信号处理装置(3)还电性连接有太阳能电池板(5)。
4.一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的方法，具体包括：
1)、人工在信号处理器(32)中设置岩溶或采空区顶板岩层厚度、磁圈(1)在岩层钻孔(4)中的间距、以及报警器(33)报警时顶板岩层临界厚度和垮落临界频率信息；
2)、当岩溶或采空区顶板底层垮落时，磁电感应器(2)将感应电流转换为电信号传送给信号放大器(31)做放大处理，放大后的信号再传输到信号处理器(32)；
3)、信号处理器(32)自动采集分析磁圈(1)掉落的时间和顶板的垮落的厚度，并计算出顶板垮落频率和顶板岩层剩余的厚度，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落频率时，信号处理器(32)控制报警器(33)报警并将报警信号通过GPRS无线发射器(34)发送到移动终端。
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