CN112747793B - 一种矿山地表沉陷岩移观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山地表监测技术领域，且公开了一种矿山地表沉陷岩移观测装置，包括探测杆、位移传感器组、压力传感器组、距离传感器组、微振传感器组、振动传感器组、外壳以及固定在外壳内的控制主机，探测杆的上端与外壳的下端中心处固定连接，探测杆内开设有圆柱形结构的空腔，探测杆的左右两端均通过矩形通孔与位移传感器组固定连接，空腔内竖直设有转轴，转轴的上端通过第一密封轴承与空腔的上侧中心处转动连接，空腔内固定连接有圆板。该矿山地表沉陷岩移观测装置，可以在布控后不受地表外外部因素干扰长时间对矿山地表进行观测，还可以在地表浅层处观测矿山的地质，实现检测矿山深层塌陷情况。

Description

一种矿山地表沉陷岩移观测装置

技术领域

本发明涉及矿山地表监测技术领域，具体为一种矿山地表沉陷岩移观测装置。

背景技术

矿产资源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，挖掘矿山内的矿体后引发的矿山地质环境问题也十分突出，采空区的地面塌陷，山体开裂、崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、矿震、尾矿库溃坝以及海水入侵等矿山地质环境问题，矿区采空塌陷是矿山地质环境问题之一，其产生的原因是由于地下开采造成地表的塌陷及伴随而发生的地表水、浅层地下水的漏失现象，地下的矿体被采动、掘后，矿体上部覆岩的力学平衡被打破，因此会引起地表塌陷以及表层岩移动等地质环形问题，现有针对采空塌陷的监测方法主要是通过在地表布控由线缆和传感器组成的形变探测器，完成对地表沉陷岩移的地质环境问题进行观测。

目前，采用形变探测的手段只能在地表进行沉陷和岩移的观测，无法在地表浅层处实施观测，无法观测到地层塌陷后出现的架空现象，进而无法观测到矿山深层塌陷的地质环形变化现象，并且传统的形变探测手段布控困难，并且容易受到地面外部因素的干扰。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种矿山地表沉陷岩移观测装置，具布控后不受地表外外部因素干扰，能够在地表浅层处进行观测矿山的地质环境，而且能够检测矿山深层塌陷的地质环形变化等优点，解决了传统形变探测手段无法在地表浅层处实施观测，无法观测到地层塌陷后出现的架空现象，并且传统的形变探测手段布控困难，并且容易受到地面外部因素的干扰的问题。

(二)技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种矿山地表沉陷岩移观测装置，包括探测杆、位移传感器组、压力传感器组、距离传感器组、微振传感器组、振动传感器组、外壳以及固定在外壳内的控制主机，所述探测杆的上端与外壳的下端中心处固定连接，所述探测杆内开设有圆柱形结构的空腔，所述探测杆的左右两端均通过矩形通孔与位移传感器组固定连接，所述空腔内竖直设有转轴，所述转轴的上端通过第一密封轴承与空腔的上侧中心处转动连接，所述空腔内固定连接有圆板，所述圆板的中心处通过圆孔滑动套接有丝杆，所述丝杆的上端与转轴的下端固定连接，所述空腔内滑动套接有环形块，所述环形块的内侧通过内螺纹与丝杆的杆壁螺纹连接，所述环形块的边缘处连接有固定机构，所述环形块的上端连接有传动机构，所述传动机构压力传感器组连接，所述探测杆的下端通过圆口滑动套接有导向管，所述导向管的上端管口处内沿延伸至空腔内并与丝杆的杆壁滑动套接，所述导向管的下端固定连接有圆盘，所述圆盘的上端与微振传感器组固定连接，所述圆盘的下端与距离传感器组固定连接，所述外壳的上端中心处通过第二密封轴承转动连接有传动轴，且传动轴的上端固定连接有手轮，所述传动轴的下端延伸至外壳内并穿过第一滚动轴承与转轴的上端固定连接。

优选的，所述固定机构包括均匀开设在环形块边缘处的多个直角缺口，多个所述直角缺口内均通过旋转轴转动连接有固定块，所述探测杆的杆壁上开设有多个均匀分布的条形通孔，多个所述条形通孔内均固定连接有销钉，所述固定块一端延伸至条形通孔内开设有条形孔，所述固定块通过条形孔与销钉的侧壁滑动连接，所述固定块的边角处开设有弧形面，所述探测杆的杆壁上位于外壳的下方固定连接有橡胶圈。

优选的，所述传动机构包括均匀固定在环形块上端的多个制动板，多个所述制动板相背的一侧均开设有倾斜面，所述探测杆的杆壁上均匀开设有多个矩形通孔，多个所述矩形通孔内均滑动套接有矩形杆，所述矩形杆的一端与压力传感器组固定连接，所述矩形杆的另一端延伸至空腔内并固定连接有连接板，所述连接板的一侧固的一侧固定连接有第一弹簧，所述第一弹簧远离连接板的一端与空腔的侧壁固定连接。

优选的，所述矩形杆的杆壁上对称固定连接有两个限位板，两个所述限位板相对的一侧分别与制动板相对的两侧滑动连接，所述制动板的边角处开设倾斜面后呈倒梯形结构，所述空腔内设有圆环，所述圆环的内侧与多个所述制动板的侧壁固定连接。

优选的，所述空腔内滑动套接有环形板，所述环形板的内侧与导向管的上端管口处外沿固定连接，所述环形板的侧壁通过导向孔滑动连接有两个竖直设置的导向杆，两个所述导向杆的上端均与圆板的下端固定连接，所述导向杆的下端与空腔的下侧固定连接。

优选的，所述振动传感器组与空腔的下侧固定连接，且振动传感器组位于环形板的下方，所述丝杆的杆壁上滑动套接有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与圆板的下端固定连接，所述第二弹簧的另一端与环形板的上端固定连接。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种矿山地表沉陷岩移观测装置，具备以下有益效果：

1、本发明在使用的时候，在检测点地表进行打孔，打孔后将探测杆放置在孔洞内，然后用手转动手轮使传动轴旋转，传动轴旋转带动转轴使丝杆旋转，丝杆旋转时带动带动环形块移动，环形块移动时带动固定机构与孔壁配合对观测装置进行固定，并且传动机构带动压力传感器组伸出探测杆外与孔壁接触，进而能够使得压力传感器组产生一组基础数据，在基础数据数据发生变化以及位移传感器组检测到来自孔壁侧向压力的数据时，即可判断矿山地表是否发生岩移，并且探测杆的位置固定后，设置在圆盘上的距离传感器组与孔洞底部接触，在地层深处发生塌陷时，距离传感器组能够检测塌陷区域的塌陷深度数据，进而能够有效的检测矿山地表深处的地质环境，而且设置在圆盘上的微振传感器组能够检测到地表深处的振动幅度和频率，进而能够使得观测装置能够在地表浅层进行立体检测矿山地质环境，而且检测过程中不受地面外部因素的干扰。

2、本发明设置有传动机构，在使用时，环形块随着丝杆的转动下移，下移的环形块带动制动板移动，制动板移动时挤压连接板，连接板受力带动矩形杆使压力传感器组伸出探测杆外并与孔洞侧壁接触，从而能够在布控观测装置时不易损伤压力传感器组，并且在圆板和距离传感器组与孔洞底部接触时，圆板停止下移并相对推动导向管在探测杆下端滑动，此时导向管上的环形板挤压第一弹簧收缩，进而使得环形板远离振动传感器组，在地表浅层处发生坍塌时，圆板下方的支撑力突然消失，此时第一弹簧推动环形板下移并撞击压力振动传感器组，并且距离传感器也随之出现检测信号的变化，从而能够利用不同的检测方式准确观测矿山地表塌陷的地质环形变化。

3、本发明设置有固定机构，在使用时，丝杆旋转带动环形块下移，环形块下移时推动旋转轴使固定块摆动，固定块摆动时受到轴销的限位，逐渐变成水平状态，进而使得多个固定块同时摆动后，探测杆的杆径在监测孔洞内增大，从而能够快速将观测装置固定在检测孔洞内，并且固定后，探测杆杆壁上的橡胶圈与孔洞的开口处卡接完成对检测孔洞的密封，使孔洞内不易浸入大量的雨水导致各个监测传感器组件的损坏。

附图说明

图1为本发明提出的一种矿山地表沉陷岩移观测装置结构示意图；

图2为本发明提出的一种矿山地表沉陷岩移观测装置中探测杆的内部结构示意图；

图3为本发明提出的一种矿山地表沉陷岩移观测装置固定机构和传动机构的结构示意图；

图4为本发明提出的一种矿山地表沉陷岩移观测装置图2中环形板、圆板和圆盘的结构示意图；

图5为本发明提出的一种矿山地表沉陷岩移观测装置图3中A处的结构放大图。

图中：1、探测杆；2、压力传感器组；3、位移传感器组；4、橡胶圈；5、外壳；6、手轮；7、距离传感器组；8、圆盘；9、微振传感器组；10、导向管；11、导向杆；12、第二弹簧；13、环形板；14、圆板；15、固定块；16、环形块；17、制动板；18、圆环；19、转轴；20、丝杆；21、振动传感器组；22、第一弹簧；23、矩形杆；24、限位板；25、连接板；26、销钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种矿山地表沉陷岩移观测装置，包括探测杆1、位移传感器组3、压力传感器组2、距离传感器组7、微振传感器组9、振动传感器组21、外壳5以及固定在外壳5内的控制主机，控制主机通过导线分别电性连接位移传感器组3、压力传感器组2、距离传感器组7、微振传感器组9和振动传感器组21，此技术在生活中已被广泛的使用，本领域技术人员已经知晓，故不再做过多赘述，探测杆1的上端与外壳5的下端中心处固定连接，探测杆1内开设有圆柱形结构的空腔，探测杆1的左右两端均通过矩形通孔与位移传感器组3固定连接，空腔内竖直设有转轴19，转轴19的上端通过第一密封轴承与空腔的上侧中心处转动连接，空腔内固定连接有圆板14，圆板14的中心处通过圆孔滑动套接有丝杆20，丝杆20的上端与转轴19的下端固定连接，空腔内滑动套接有环形块16，环形块16的内侧通过内螺纹与丝杆20的杆壁螺纹连接，环形块16的边缘处连接有固定机构，环形块16的上端连接有传动机构，传动机构压力传感器组2连接，探测杆1的下端通过圆口滑动套接有导向管10，导向管10的上端管口处内沿延伸至空腔内并与丝杆20的杆壁滑动套接，导向管10的下端固定连接有圆盘8，圆盘8的上端与微振传感器组9固定连接，圆盘8的下端与距离传感器组7固定连接，外壳5的上端中心处通过第二密封轴承转动连接有传动轴，且传动轴的上端固定连接有手轮6，传动轴的下端延伸至外壳5内并穿过第一滚动轴承与转轴19的上端固定连接。

本发明在使用的时候，在检测点地表进行打孔，打孔后将探测杆1放置在孔洞内，然后用手转动手轮16使传动轴旋转，传动轴旋转带动转轴19使丝杆20旋转，丝杆20旋转时带动带动环形块16移动，环形块16移动时带动固定机构与孔壁配合对观测装置进行固定，并且传动机构带动压力传感器组2伸出探测杆1外与孔壁接触，进而能够使得压力传感器组2产生一组基础数据，在基础数据数据发生变化以及位移传感器组3检测到来自孔壁侧向压力的数据时，即可判断矿山地表是否发生岩移，并且探测杆1的位置固定后，设置在圆盘8上的距离传感器组7与孔洞底部接触，在地层深处发生塌陷时，距离传感器组7能够检测塌陷区域的塌陷深度数据，进而能够有效的检测矿山地表深处的地质环境，而且设置在圆盘8上的微振传感器组9能够检测到地表深处的振动幅度和频率，进而能够使得观测装置能够在地表浅层进行立体检测矿山地质环境，而且检测过程中不受地面外部因素的干扰。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

传动机构包括均匀固定在环形块16上端的多个制动板17，多个制动板17相背的一侧均开设有倾斜面，探测杆1的杆壁上均匀开设有多个矩形通孔，多个矩形通孔内均滑动套接有矩形杆23，矩形杆23的一端与压力传感器组2固定连接，矩形杆23的另一端延伸至空腔内并固定连接有连接板25，连接板25的一侧固的一侧固定连接有第一弹簧22，第一弹簧22远离连接板25的一端与空腔的侧壁固定连接，矩形杆23的杆壁上对称固定连接有两个限位板24，两个限位板24相对的一侧分别与制动板17相对的两侧滑动连接，制动板17的边角处开设倾斜面后呈倒梯形结构，空腔内设有圆环18，圆环18的内侧与多个制动板17的侧壁固定连接，空腔内滑动套接有环形板13，环形板13的内侧与导向管10的上端管口处外沿固定连接，环形板13的侧壁通过导向孔滑动连接有两个竖直设置的导向杆11，两个导向杆11的上端均与圆板14的下端固定连接，导向杆11的下端与空腔的下侧固定连接，振动传感器组21与空腔的下侧固定连接，且振动传感器组21位于环形板13的下方，丝杆20的杆壁上滑动套接有第二弹簧12，第二弹簧12的一端与圆板14的下端固定连接，第二弹簧12的另一端与环形板13的上端固定连接

本发明设置有的传动机构，在使用时，环形块16随着丝杆20的转动下移，下移的环形块16带动制动板17移动，制动板17移动时挤压连接板25，连接板25受力带动矩形杆23使压力传感器组2伸出探测杆1外并与孔洞侧壁接触，从而能够在布控观测装置时不易损伤压力传感器组2，并且在圆板8和距离传感器组7与孔洞底部接触时，圆板8停止下移并相对推动导向管10在探测杆1下端滑动，此时导向管10上的环形板13挤压第一弹簧22收缩，进而使得环形板13远离振动传感器组21，在地表浅层处发生坍塌时，圆板8下方的支撑力突然消失，此时第一弹簧22推动环形板13下移并撞击压力振动传感器组21，并且距离传感器7也随之出现检测信号的变化，从而能够利用不同的检测方式准确观测矿山地表塌陷的地质环形变化。

实施例3：基于实施例1有所不同的是；

固定机构包括均匀开设在环形块16边缘处的多个直角缺口，多个直角缺口内均通过旋转轴转动连接有固定块15，探测杆1的杆壁上开设有多个均匀分布的条形通孔，多个条形通孔内均固定连接有销钉26，固定块15一端延伸至条形通孔内开设有条形孔，固定块15通过条形孔与销钉26的侧壁滑动连接，固定块15的边角处开设有弧形面，探测杆1的杆壁上位于外壳5的下方固定连接有橡胶圈4。

本发明设置有的固定机构，在使用时，丝杆20旋转带动环形块16下移，环形块16下移时推动旋转轴使固定块15摆动，固定块15摆动时受到轴销26的限位，逐渐变成水平状态，进而使得多个固定块15同时摆动后，探测杆1的杆径在监测孔洞内增大，从而能够快速将观测装置固定在检测孔洞内，并且固定后，探测杆1杆壁上的橡胶圈4与孔洞的开口处卡接完成对检测孔洞的密封，使孔洞内不易浸入大量的雨水导致各个监测传感器组件的损坏。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种矿山地表沉陷岩移观测装置，包括探测杆（1）、位移传感器组（3）、压力传感器组（2）、距离传感器组（7）、微振传感器组（9）、振动传感器组（21）、外壳（5）以及固定在外壳（5）内的控制主机，其特征在于：所述探测杆（1）的上端与外壳（5）的下端中心处固定连接，所述探测杆（1）内开设有圆柱形结构的空腔，所述探测杆（1）的左右两端均通过矩形通孔与位移传感器组（3）固定连接，所述空腔内竖直设有转轴（19），所述转轴（19）的上端通过第一密封轴承与空腔的上侧中心处转动连接，所述空腔内固定连接有圆板（14），所述圆板（14）的中心处通过圆孔滑动套接有丝杆（20），所述丝杆（20）的上端与转轴（19）的下端固定连接，所述空腔内滑动套接有环形块（16），所述环形块（16）的内侧通过内螺纹与丝杆（20）的杆壁螺纹连接，所述环形块（16）的边缘处连接有固定机构；

所述固定机构包括均匀开设在环形块（16）边缘处的多个直角缺口，多个所述直角缺口内均通过旋转轴转动连接有固定块（15），所述探测杆（1）的杆壁上开设有多个均匀分布的条形通孔，多个所述条形通孔内均固定连接有销钉（26），所述固定块（15）一端延伸至条形通孔内开设有条形孔，所述固定块（15）通过条形孔与销钉（26）的侧壁滑动连接，所述固定块（15）的边角处开设有弧形面，所述探测杆（1）的杆壁上位于外壳（5）的下方固定连接有橡胶圈（4）；

所述环形块（16）的上端连接有传动机构，所述传动机构与压力传感器组（2）连接，所述传动机构包括均匀固定在环形块（16）上端的多个制动板（17），多个所述制动板（17）相背的一侧均开设有倾斜面，所述探测杆（1）的杆壁上均匀开设有多个矩形通孔，多个所述矩形通孔内均滑动套接有矩形杆（23），所述矩形杆（23）的一端与压力传感器组（2）固定连接，所述矩形杆（23）的另一端延伸至空腔内并固定连接有连接板（25），所述连接板（25）的一侧固定连接有第一弹簧（22），所述第一弹簧（22）远离连接板（25）的一端与空腔的侧壁固定连接；

所述探测杆（1）的下端通过圆口滑动套接有导向管（10），所述导向管（10）的上端管口处内沿延伸至空腔内并与丝杆（20）的杆壁滑动套接，所述导向管（10）的下端固定连接有圆盘（8），所述圆盘（8）的上端与微振传感器组（9）固定连接，所述圆盘（8）的下端与距离传感器组（7）固定连接，所述外壳（5）的上端中心处通过第二密封轴承转动连接有传动轴，且传动轴的上端固定连接有手轮（6），所述传动轴的下端延伸至外壳（5）内并穿过第一滚动轴承与转轴（19）的上端固定连接；

所述空腔内滑动套接有环形板（13），所述环形板（13）的内侧与导向管（10）的上端管口处外沿固定连接，所述环形板（13）的侧壁通过导向孔滑动连接有两个竖直设置的导向杆（11），两个所述导向杆（11）的上端均与圆板（14）的下端固定连接，所述导向杆（11）的下端与空腔的下侧固定连接，所述振动传感器组（21）与空腔的下侧固定连接，且振动传感器组（21）位于环形板（13）的下方，所述丝杆（20）的杆壁上滑动套接有第二弹簧（12），所述第二弹簧（12）的一端与圆板（14）的下端固定连接，所述第二弹簧（12）的另一端与环形板（13）的上端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿山地表沉陷岩移观测装置，其特征在于：所述矩形杆（23）的杆壁上对称固定连接有两个限位板（24），两个所述限位板（24）相对的一侧分别与制动板（17）相对的两侧滑动连接，所述制动板（17）的边角处开设倾斜面后呈倒梯形结构，所述空腔内设有圆环（18），所述圆环（18）的内侧与多个所述制动板（17）的侧壁固定连接。

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