CN113091826A - 一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，包括固定管和若干相互连接的弹性管，所述固定管用于放置于坑道内，所述弹性管位于所述固定管内，所述弹性管的一端设有若干第一连通管，所述第一连通管用于通入沙子和外接水源，所述弹性管的另一端设有若干第二连通管，相对应的所述第一连通管和所述第二连通管上设有相同的标记，所述第一连通管与所述第二连通管之间设有用于控制连通和分离的电控机构，所述弹性管之间设有相互连通的软管，所述软管用于输送液氮，地面上设有三维扫描仪，所述三维扫描仪用于扫描所述弹性管，本装置能够有效将采煤沉陷区地下深层的土壤移动趋势以及情况进行采集并能够将变形情况在地面上进行完整展现。

Description

一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置
技术领域
本发明涉及沉陷区监测领域，特别涉及一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置。
背景技术
煤炭是我国最主要的能源，其开采已造成2000万亩的采煤塌陷地，使耕地荒芜、环境恶化、失地农民增加，直接威胁国家粮食安全、生态安全和人民福祉。而鲁西南地区多为高潜水位采煤沉陷区，地下采空引起地表塌陷，农田绝产，道路、房屋开裂变形现象十分严重，生态环境恶化，人地矛盾激增。因此需要监测地面变形动态，及时发现异常情况，并能快速反馈，确保监测区人民生命财产的安全，为煤矿采空区地面塌陷灾害防治工程提供依据。对已经进入不稳定状态的潜在地面塌陷区和塌陷治理区进行监测，监测垂向、水平塌陷变形和宏观拉裂变形等，编制地面塌陷监测报告，分析预测塌陷区的稳定性，指导防灾预警工作，为后期各项治理和建设工作提供可靠依据。而采空地面塌陷区地表下的土壤在垂直和水平方向上变形趋势、变形速率和形变量差别较大，由于塌陷区不同位置的地底土壤变形情况不同，工作人员无法采集不同区域的地底土壤变化情况，导致无法进行相应分析，而且对地底的形变进行取模时，由于需要将地下几百米处的形变进行取样，当地底的形变较大时，会导致取样设备变形幅度过大，无法将取样设备从地底深处以不变形的方式取出，从而无法获得地底土壤的较为准确的变形情况。
发明内容
针对上述现有问题，本发明要解决的技术问题在于能够有效将采煤沉陷区地下深层的土壤移动趋势以及情况进行采集并能够将变形情况在地面上进行完整展现的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置。
本发明提供一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，包括固定管和若干相互连接的弹性管，所述固定管用于放置于坑道内，所述弹性管位于所述固定管内，所述弹性管的一端设有若干第一连通管，所述第一连通管用于通入沙子和外接水源，所述弹性管的另一端设有若干第二连通管，相对应的所述第一连通管和所述第二连通管上设有相同的标记，所述第一连通管与所述第二连通管之间设有用于控制连通和分离的电控机构，所述弹性管之间设有相互连通的软管，所述软管用于输送液氮，地面上设有三维扫描仪，所述三维扫描仪用于扫描所述弹性管，所述电控机构与外界信号连接。
进一步的，所述电控机构包括电控锁和电控阀，所述电控阀设于所述第一连通管上，所述电控锁设于所述第一连通管上，所述电控锁用于锁紧所述第一连通管和所述第二连通管。
进一步的，还包括数据处理器、控制器和裂缝报警器，所述裂缝报警器用于放置在地面的裂缝处，所述裂缝报警器与所述数据处理器信号连接，所述数据处理器与所述控制器信号连接，所述控制器分别与所述电控锁和所述电控阀信号连接。
进一步的，还包括多参数水质分析仪，所述多参数水质分析仪用于采集采煤沉陷区的水源并进行分析，所述多参数水质分析仪与所述数据处理器信号连接。
进一步的，还包括风速风向传感器、地表面温度表和温湿度传感器，所述风速风向传感器、所述地表面温度表和所述温湿度传感器均与所述数据处理器信号连接。
进一步的，还包括水位计，所述水位计用于监测地下水位，所述水位计与所述数据处理器信号连接。
进一步的，还包括土壤水分测量仪，所述土壤水分测量仪用于检测土壤水分，所述土壤水分测量仪与所述数据处理器信号连接。
进一步的，还包括GPS移动终端，所述GPS移动终端用于接收GPS所监测的地面塌陷的数据，所述GPS移动终端与所述数据处理器信号连接。
进一步的，弹性管的外壁上设有与之固定连接的隔热层。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，将所述固定管放置在预设的地面处的坑道内，使得所述固定管与坑道的内表面完全贴合在一起，然后将所述弹性管逐节放入所述固定管，然后首先将沙子通过所述第一连通管灌入所述弹性管，使得所述弹性管的膨胀增大至外径与所述固定管的内径相同，然后开启所述电控机构，使得沙子通过所述第二连通管进入不同的所述弹性管并使之逐一膨胀增大，然后将水源通过所述第一连通管以及第二连通管灌入不同的所述弹性管，使得沙子之间的缝隙被水填满，从而使得所述弹性管表面的平滑度较好并且能够填满所述固定管内所有的空间，而且由于地下不同深度的土壤在移位时会相互产生一定的作用，易于后期根据所述弹性管的变形情况来推测地下不同深度的土壤的连续无间断的移位情况，然后通过将所述固定管从坑道内取出，然后进一步的向所述弹性管充入沙子和水，从而使得所述弹性管能够与坑道内的土壤接触并形成一体，便于后续检测工作的进行，当本装置放置在地底的坑道中较长的时间后，由于沉陷区的地下土壤移位情况严重，而且不同深度的土壤位移情况不同，使得不同的所述弹性管能够随着地底深度的变化以及土壤移位而形变成多种形状，当检测时间满足后，通过所述软管输入液氮，由于所述弹性管内的沙子之间的缝隙被水填充，使得所述弹性管内的水受冷凝固时能够与沙子凝固在一起，由于不同的所述弹性管受到土壤长期挤压而导致的形变情况不同，而且由于所述弹性管占据的地底空间所形成的通道形状不定，然后通过控制所述电控机构，使得所述电控机构能够将所述第一连通管和所述第二连通管之间解锁，进而便于不同的所述弹性管之间的分离，从而方便将所述弹性管以有限形变的情况下从地底空间所形成的通道取出，由于单个所述弹性管的长度较短，即每个所述弹性管受到土壤长期挤压的变形有限，因此可以有效降低所述弹性管从地底通道输送至地面期间变形的几率，进而避免影响后续对地底土壤移动情况的判断，而通过所述软管的连接作用，即可方便将所有的所述弹性管一一取出，通过所述标记的作用，即可将分离开的所述弹性管重新组合在一起，进而能够完整并全面的显示所述弹性管在地底的变形情况并推测地底的土壤移动趋势和情况，然后通过所述三维扫描仪将所述弹性管进行扫描建模，进而可以借助电脑系统的模拟作用，模拟地下的所述弹性管周围的土壤移动情况，有效对地底土壤移动情况进行检测，而且更适用于监测地底土壤长期变化的情况以及降低监测成本，以及通过根据本装置放入地底前以及取出后的对比模拟出地底土壤的实际移动情况，同时还可以避免所述弹性管与地底土壤之间出现缝隙而产生吸风现象，从而避免因吸风现象导致地底土壤移动情况变复杂的问题出现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置的的整体结构的剖面图；
图2为本发明一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置的系统关系图。
图中，1为固定管，2为弹性管，3为第一连通管，4为第二连通管，5为软管，6为三维扫描仪，7为电控锁，8为电控阀，9为数据处理器，10为控制器，11为裂缝报警器，12为多参数水质分析仪，13为风速风向传感器，14为地表面温度表，15为温湿度传感器，16为水位计，17为土壤水分测量仪，18为GPS移动终端，19为隔热层。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1至图2，本发明提供一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，包括固定管1和若干相互连接的弹性管2，所述固定管1用于放置于坑道内，所述弹性管2位于所述固定管1内，所述弹性管2的一端设有若干第一连通管3，所述第一连通管3用于通入沙子和外接水源，所述弹性管2的另一端设有若干第二连通管4，相对应的所述第一连通管3和所述第二连通管4上设有相同的标记(未示出)，所述第一连通管3与所述第二连通管4之间设有用于控制连通和分离的电控机构，所述弹性管2之间设有相互连通的软管5，所述软管5用于输送液氮，地面上设有三维扫描仪6，所述三维扫描仪6用于扫描所述弹性管2，所述电控机构与外界信号连接，将所述固定管1放置在预设的地面处的坑道内，使得所述固定管1与坑道的内表面完全贴合在一起，然后将所述弹性管2逐节放入所述固定管1，然后首先将沙子通过所述第一连通管3灌入所述弹性管2，使得所述弹性管2的膨胀增大至外径与所述固定管1的内径相同，然后开启所述电控机构，使得沙子通过所述第二连通管4进入不同的所述弹性管2并使之逐一膨胀增大，然后将水源通过所述第一连通管3以及第二连通管4灌入不同的所述弹性管2，使得沙子之间的缝隙被水填满，从而使得所述弹性管2表面的平滑度较好并且能够填满所述固定管1内所有的空间，而且由于地下不同深度的土壤在移位时会相互产生一定的作用，易于后期根据所述弹性管2的变形情况来推测地下不同深度的土壤的连续无间断的移位情况，然后通过将所述固定管1从坑道内取出，然后进一步的向所述弹性管2充入沙子和水，从而使得所述弹性管2能够与坑道内的土壤接触并形成一体，便于后续检测工作的进行，当本装置放置在地底的坑道中较长的时间后，由于沉陷区的地下土壤移位情况严重，而且不同深度的土壤位移情况不同，使得不同的所述弹性管2能够随着地底深度的变化以及土壤移位而形变成多种形状，当检测时间满足后，通过所述软管5输入液氮，由于所述弹性管2内的沙子之间的缝隙被水填充，使得所述弹性管2内的水受冷凝固时能够与沙子凝固在一起，由于不同的所述弹性管2受到土壤长期挤压而导致的形变情况不同，而且由于所述弹性管2占据的地底空间所形成的通道形状不定，然后通过控制所述电控机构，使得所述电控机构能够将所述第一连通管3和所述第二连通管4之间解锁，进而便于不同的所述弹性管2之间的分离，从而方便将所述弹性管2以有限形变的情况下从地底空间所形成的通道取出，由于单个所述弹性管2的长度较短，即每个所述弹性管2受到土壤长期挤压的变形有限，因此可以有效降低所述弹性管2从地底通道输送至地面期间变形的几率，进而避免影响后续对地底土壤移动情况的判断，而通过所述软管5的连接作用，即可方便将所有的所述弹性管2一一取出，通过所述标记(未示出)的作用，即可将分离开的所述弹性管2重新组合在一起，进而能够完整并全面的显示所述弹性管2在地底的变形情况并推测地底的土壤移动趋势和情况，然后通过所述三维扫描仪6将所述弹性管2进行扫描建模，进而可以借助电脑系统的模拟作用，模拟地下的所述弹性管2周围的土壤移动情况，有效对地底土壤移动情况进行检测，而且更适用于监测地底土壤长期变化的情况以及降低监测成本，以及通过根据本装置放入地底前以及取出后的对比模拟出地底土壤的实际移动情况。
具体的，所述电控机构包括电控锁7和电控阀8，所述电控阀8设于所述第一连通管3上，所述电控锁7设于所述第一连通管3上，所述电控锁7用于锁紧所述第一连通管3和所述第二连通管4，通过所述电控锁7的作用，能够根据实际需要将不同的所述弹性管2上的所述第一连通管3和所述第二连通管4锁紧或解锁开，而通过所述电控阀8则可以根据实际需要进行开启和关闭。
具体的，还包括数据处理器9、控制器10和裂缝报警器11，所述裂缝报警器11用于放置在地面的裂缝处，所述裂缝报警器11与所述数据处理器9信号连接，所述数据处理器9与所述控制器10信号连接，所述控制器10分别与所述电控锁7和所述电控阀8信号连接，通过所述裂缝报警器11的作用，能够对地面的裂缝变化进行监测，从而及时将裂缝变化的情况及时发送至所述数据处理器9，便于监测人员的监测。
具体的，还包括多参数水质分析仪12，所述多参数水质分析仪12用于采集采煤沉陷区的水源并进行分析，所述多参数水质分析仪12与所述数据处理器9信号连接，通过所述多参数水质分析仪12的作用，能够对采煤沉陷区的水质变化情况进行实时监测。
具体的，还包括风速风向传感器13、地表面温度表14和温湿度传感器15，所述风速风向传感器13、所述地表面温度表14和所述温湿度传感器15均与所述数据处理器9信号连接，通过所述所述风速风向传感器13、所述地表面温度表14和所述温湿度传感器15能够对采煤塌陷区的气象情况和地表温度进行监测。
具体的，还包括水位计16，所述水位计16用于监测地下水位，所述水位计16与所述数据处理器9信号连接，通过所述水位计16能够监测采煤塌陷区的地下水位的变化情况。
具体的，还包括土壤水分测量仪17，所述土壤水分测量仪17用于检测土壤水分，所述土壤水分测量仪17与所述数据处理器9信号连接，通过所述土壤水分测量仪17的作用，能够监测采煤塌陷区的土壤水分含量的变化。
具体的，还包括GPS移动终端18，所述GPS移动终端18用于接收GPS所监测的地面塌陷的数据，所述GPS移动终端18与所述数据处理器9信号连接，通过所述GPS移动终端18的作用，能够将GPS对地表的塌陷变化进行数据采集。
具体的，所述弹性管2的外壁上设有与之固定连接的隔热层19，通过所述隔热层19的作用，能够避免所述弹性管2内的冰融化而影响将所述弹性管2从地底取出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，包括固定管和若干相互连接的弹性管，所述固定管用于放置于坑道内，所述弹性管位于所述固定管内，所述弹性管的一端设有若干第一连通管，所述第一连通管用于通入沙子和外接水源，所述弹性管的另一端设有若干第二连通管，相对应的所述第一连通管和所述第二连通管上设有相同的标记，所述第一连通管与所述第二连通管之间设有用于控制连通和分离的电控机构，所述弹性管之间设有相互连通的软管，所述软管用于输送液氮，地面上设有三维扫描仪，所述三维扫描仪用于扫描所述弹性管，所述电控机构与外界信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，所述电控机构包括电控锁和电控阀，所述电控阀设于所述第一连通管上，所述电控锁设于所述第一连通管上，所述电控锁用于锁紧所述第一连通管和所述第二连通管。
3.根据权利要求1所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，还包括数据处理器、控制器和裂缝报警器，所述裂缝报警器用于放置在地面的裂缝处，所述裂缝报警器与所述数据处理器信号连接，所述数据处理器与所述控制器信号连接，所述控制器分别与所述电控锁和所述电控阀信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，还包括多参数水质分析仪，所述多参数水质分析仪用于采集采煤沉陷区的水源并进行分析，所述多参数水质分析仪与所述数据处理器信号连接。
5.根据权利要求3所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，还包括风速风向传感器、地表面温度表和温湿度传感器，所述风速风向传感器、所述地表面温度表和所述温湿度传感器均与所述数据处理器信号连接。
6.根据权利要求3所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，还包括水位计，所述水位计用于监测地下水位，所述水位计与所述数据处理器信号连接。
7.根据权利要求3所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，还包括土壤水分测量仪，所述土壤水分测量仪用于检测土壤水分，所述土壤水分测量仪与所述数据处理器信号连接。
8.根据权利要求3所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，还包括GPS移动终端，所述GPS移动终端用于接收GPS所监测的地面塌陷的数据，所述GPS移动终端与所述数据处理器信号连接。
9.根据权利要求3所述的一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置，其特征在于，弹性管的外壁上设有与之固定连接的隔热层。
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