CN114964603B - 一种地下水数据监控系统及应用该系统的监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下水数据监控系统及应用该系统的监控方法，涉及地下水数据检测的技术领域，其中地下水数据监控方法包括钻孔、放置检测机构、检测、传输等步骤，地下水数据监控系统包括钻井机构、检测机构以及信息处理机构，检测机构包括连接杆、安装座、受压球壳、至少六个压力传感器以及与压力传感器数量相同的传力组件，压力传感器设置在安装座上，多个压力传感器的朝向均不相同；受压球壳沿连接杆的长度方向与连接杆滑动连接，且受压球壳还与连接杆万向转动连接，安装座设置在受压球壳内，受压球壳通过传力组件与压力传感器连接。本申请能够检测到富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向，以辅助判断超前支护是否已经对富水断层破碎带进行了完整的支撑。

Description

一种地下水数据监控系统及应用该系统的监控方法

技术领域

本发明涉及地下水数据检测的技术领域，尤其是涉及一种地下水数据监控系统及应用该系统的监控方法。

背景技术

断层破碎带是指由断层所造成的岩石强烈破碎的地段，若有地下水聚集在断层破碎带中，则断层破碎带便会形成富水断层破碎带，由于富水断层破碎带具有结构松散、胶结性弱、稳定性差的特性，使得施工过程中极易发生坍塌。因此，在富水断层破碎带内挖掘隧道，大多先使用超前支护的方式对富水断层破碎带进行支撑，之后再进行挖掘。

目前，公开日为2022年01月08日，公开号为CN113982643A的中国发明专利申请提出了一种隧道穿越富水断层破碎带的施工方法，其包括探测、超前支护、开挖等步骤，探测步骤：探查富水断层破碎带的地质情况，超前支护：根据探测情况对富水断层破碎带进行超前支护，开挖：对经过超前支护的富水断层破碎带进行开挖。

针对上述中的相关技术，发明人认为，上述方案只能根据探测的结果对富水断层破碎带进行超前支护，但是超前支护是否真的对富水断层破碎带进行完整的支撑，施工人员并不能真正的确定，只能根据已有的经验进行判断，如此极大的增加了开挖时的危险性。

发明内容

为了能够检测超前支护是否真的对富水断层破碎带进行完整的支撑，以降低开挖时的危险性，本发明提供一种地下水数据监控系统及应用该系统的监控方法。

第一方面，本发明提供的一种地下水数据监控方法，采用如下技术方案：

一种地下水数据监控方法，包括以下步骤：

钻孔，通过钻井机构对待检测区域进行钻孔；

放置检测机构，将检测机构放置在待检测区域的钻孔内；

检测，对富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向进行检测；

传输，将检测到的富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向传递至中央处理器。

通过采用上述技术方案，在对富水断层破碎带进行超前支护时，先对富水断层破碎带进行钻孔，之后将检测机构放入钻孔中，如此检测机构便可检测到富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向，之后将检测到的富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向传递至中央处理器中。在对富水断层破碎带进行超前支护的过程中，会不断改变富水断层破碎带的透水性能，进而改变富水断层破碎带中地下水的流动方向，当富水断层破碎带中地下水的流动方向与隧道的外周面相切时，则证明超前支护已经对富水断层破碎带进行了完整的支撑，如此降低了开挖时隧道透水的概率，提高了开挖隧道时的安全性。

可选的，所述检测包括静压检测、动压检测以及补偿；

静压检测，对富水断层破碎带内的水的静压力进行检测；

动压检测，对富水断层破碎带内的水流动时的压力及方向进行检测；

补偿，根据富水断层破碎带内的水的静压力对富水断层破碎带内的水流动时的压力进行补偿，进而测得富水断层破碎带内的水的实际流向。

通过采用上述技术方案，先检测富水断层破碎带中地下水的静压力，得到静压力的矢量值，在检测地下水的动压力时，将动压力的矢量值减去静压力的矢量值便可得到地下水流动对受压球壳产生的压力，进而更精确的判断地下水流动的方向。

第二方面，本发明提供的一种地下水数据监控系统，采用如下的技术方案：

一种地下水数据监控系统，包括钻井机构、检测机构以及信息处理机构；所述钻井机构包括钻筒与钻头，所述钻头可拆卸连接在所述钻筒上；所述检测机构包括连接杆、安装座、受压球壳、至少六个压力传感器以及与所述压力传感器数量相同的传力组件，所述连接杆穿设在所述钻筒内，所述安装座设置在所述连接杆的端部，所述压力传感器设置在所述安装座上，多个所述压力传感器的朝向均不相同；所述受压球壳沿所述连接杆的长度方向与所述连接杆滑动连接，且所述受压球壳还与所述连接杆万向转动连接，所述安装座设置在所述受压球壳内，所述传力组件包括压缩弹簧，所述受压球壳的内周面通过所述压缩弹簧与所述压力传感器连接；所述信息处理机构包括中央处理器，所述压力传感器与所述中央处理器电信号连接。

通过采用上述技术方案，在对富水断层破碎带进行超前支护时，将钻头与钻筒打入富水断层破碎带中，之后朝远离钻头的方向移动钻筒，使钻头与钻筒分离，进而使受压球壳暴露在富水断层破碎带中；富水断层破碎带中的地下水会推动受压球壳转动和/或移动，如此压力传感器便可通过压缩弹簧感受到来自受压球壳的压力，之后压力传感器将压力信号输入至中央处理器中。由于每个压力传感器的朝向均不相同，根据压力传感器的朝向以及该压力传感器受到的压力值来得出该压力传感器受到的压力的矢量值，中央处理器对各个压力传感器所受到的压力的矢量值进行整合，计算出安装座所受到的压力的矢量值，安装座所受到的压力的矢量值近似于受压球壳受到的压力的矢量值，进而判断富水断层破碎带中水的流动方向以及压力。

在钻头与钻筒分离后，再次朝钻头移动钻筒，使受压球壳再次受钻筒保护，但此时受压球壳周围已经充斥地下水，通过受压球壳的移动便可检测到富水断层破碎带中地下水的静压力；之后再次朝远离钻头的方向移动钻筒，使受压球壳再次暴露在富水断层破碎带中，通过受压球壳转动和/或移动便可检测到富水断层破碎带中地下水的动压力。

在对富水断层破碎带进行超前支护的过程中，会不断改变富水断层破碎带的透水性能，进而改变富水断层破碎带中地下水的流动方向，当富水断层破碎带中地下水的流动方向与隧道的外周面相切时，则证明超前支护已经对富水断层破碎带进行了完整的支撑，如此降低了开挖时隧道透水的概率，提高了开挖隧道时的安全性。

可选的，所述传力组件包括外杆以及内杆，所述外杆的一端连接在所述安装座上，所述内杆穿设在所述外杆中，且所述内杆沿自身的长度方向与所述外杆滑动连接，所述压缩弹簧穿设在所述外杆中，且所述压缩弹簧的一端与所述压力传感器抵接，另一端与所述内杆抵接，所述内杆远离所述压缩弹簧的一端与所述受压球壳的内周面连接。

通过采用上述技术方案，在富水断层破碎带中的地下水因为流动的原因会推动受压球壳转动和/或移动时，受压球壳先带动内杆沿外杆的长度方向移动，同时内杆压迫压缩弹簧，压缩弹簧在外杆的导向作用下不易发生偏移，使得压力传感器受到的压力更接近于受压球壳所受到的实际压力，提高了检测的精准度。

可选的，所述传力组件还包括万向球，所述万向球嵌设在所述内杆远离所述压缩弹簧的一端，所述万向球与所述受压球壳的内周面滚动连接。

通过采用上述技术方案，在富水断层破碎带中的地下水因为流动的原因会推动受压球壳转动和/或移动时，受压球壳不仅压迫内杆使内杆与外杆发生相对滑动，同时受压球壳还会与内杆发生相对滑动，通过万向球的设置，减小了受压球壳与内杆之间的摩擦力，提高了传力组件传递压力的效率，提高了压力传感器检测到的压力的精度。

可选的，所述钻井机构包括至少三个连接组件，所述连接组件沿所述钻筒的周向均布设置，所述连接组件包括第一连杆以及第二连杆，所述第一连杆的一端与所述钻筒铰接，另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆远离所述第一连杆的一端与所述钻头铰接。

通过采用上述技术方案，在将钻头与钻筒打入富水断层破碎带后，朝远离钻头的方向移动钻筒，此时第一连杆以及第二连杆转动，如此第一连杆以及第二连杆便可罩设在受压球壳的外部，进而对富水断层破碎带中的碎石进行支撑，降低了富水断层破碎带中的碎石挤压受压球壳导致受压球壳转动和/或移动的概率，提高了检测精度；而且在钻筒朝远离钻头的方向移动后，钻头与钻筒仍然连接；在完成超前支护后，钻头可随钻筒一同取出，提高了钻头的重复利用率。

可选的，所述钻筒靠近所述钻头一端的直径小于远离所述钻头一端的直径，所述第一连杆抵接在所述钻筒的外壁上。

通过采用上述技术方案，在将钻头与钻筒打入富水断层破碎带时，能够减小第一连杆以及第二连杆带来的阻力，提高钻孔效率；而且能够降低第一连杆、第二连杆被砂石损坏的概率，在完成超前支护后，便于将钻头取出。

可选的，所述信息处理机构还包括补偿模块，

补偿模块，输入端与压力传感器的输出端连接，输出端与中央处理器的输入端连接，用于补偿压力误差。

当受压球壳移动和/或转动时，内杆不再与受压球壳的内壁垂直，因此，压缩弹簧通过内杆施加给受压球壳的推力不与内杆的轴向平行，通过采用上述技术方案，以安装座的几何中心为坐标原点O，在初始状态时，受压球壳的球心位于坐标原点O上，当受压球壳移动和/或转动后，根据压力传感器检测得到的压力值F以及压缩弹簧的弹性系数K可以获得传力组件的实际长度S1（压力传感器检测得到的压力值F等于压缩弹簧的弹性系数K乘以压缩弹簧的变形量S2，根据传力组件的原长度S减去压缩弹簧的变形量S2即可得到传力组件的实际长度S1），并根据传力组件的长度S获得受压球壳与传力组件接触点的坐标（A1、A2、A3、A4、A5、A6、……、Ax），之后根据受压球壳的半径R以及受压球壳与传力组件接触点的坐标获取受压球壳球心的坐标B， B与A1、A2、A3、A4、A5、A6、……、Ax之间形成多条垂直于受压球壳内壁的直线，坐标原点O与A1、A2、A3、A4、A5、A6、……、Ax之间形成多条直线；O点、A1点之间的连线与B点、A1点之间的连线的夹角的余弦值乘以相对应的压力传感器所受的压力，便可得到受压球壳受到的一个分力，之后将多个分力相加便为受压球壳所受到的对应的压力，之后将受压球壳所受到的所有来自传力组件的压力相加，便为受压球壳所受到的所有压缩弹簧的合力；如此进一步提高了检测的精准性。

可选的，所述补偿模块的输入端还与所述中央处理器的输出端连接。

在检测完富水断层破碎带中地下水的静压力后，对富水断层破碎带中地下水的动压力进行检测，而地下水的静压力会对检测地下水的动压力产生影响，通过采用上述技术方案，中央处理器将地下水的静压力的大小与方向输入补偿模块中，在检测地下水的动压力时，将动压力的矢量值减去静压力的矢量值便可得到地下水流动对受压球壳产生的压力，进而更精确的判断地下水流动的方向。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过检测步骤的设置，先检测富水断层破碎带中地下水的静压力，得到静压力的矢量值，在检测地下水的动压力时，将动压力的矢量值减去静压力的矢量值便可得到地下水流动对受压球壳产生的压力，如此可以连续、精确的检测到富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向，进而判断超前支护是否真的对富水断层破碎带进行完整的支撑，提高了开挖隧道时的安全性。

通过检测机构的设置，即可以检测地下水的静压力，而且可以检测地下水的动压力，在检测地下水的动压力时，还可检测地下水的流动方向，进而便于判断超前支护是否真的对富水断层破碎带进行完整的支撑，提高了开挖隧道时的安全性。

通过连接组件的设置，第一连杆以及第二连杆便可罩设在受压球壳的外部，进而对富水断层破碎带中的碎石进行支撑，降低了富水断层破碎带中的碎石挤压受压球壳导致受压球壳转动和/或移动的概率，提高了检测精度。

通过补偿模块的设置，能够通过地下水的静压力对地下水的动压力进行补偿，而且可以对压力的方向进行补偿，提高了检测的精准性，并且便于精确的判断地下水流动的方向。

附图说明

图1是本申请实施例地下水数据监控方法的流程示意图；

图2是本申请实施例监控系统的整体结构示意图；

图3是图2中A-A的剖视示意图；

图4是检测机构的剖视示意图；

图5是图4中B部分的放大示意图；

图6是本申请实施例信息处理机构的连接示意图。

附图标记说明：100、钻井机构；110、钻筒；120、钻头；130、连接组件；131、第一连杆；132、第二连杆；200、检测机构；210、连接杆；220、安装座；230、受压球壳；240、连接座；250、压力传感器；260、传力组件；261、压缩弹簧；262、内杆；263、外杆；264、万向球；300、信息处理机构；310、中央处理器；320、补偿模块。

具体实施方式

以下结合附图1-图6对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例公开了一种地下水数据监控方法，参照图1，地下水数据监控方法包括以下步骤：

S1：钻孔，通过钻井机构100对待检测区域进行钻孔；

S2：放置检测机构200，将检测机构200放置在待检测区域的钻孔内；

S3：检测，对富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向进行检测；

其中S3：检测步骤包括S31：静压检测步骤、S32：动压检测步骤以及S33：补偿步骤；

S31：静压检测，使用检测机构200对富水断层破碎带的水的静压力进行检测；

S33：补偿，根据检测机构200的特性，对检测机构200检测得到的压力进行补偿，使检测机构200检测得到的水的静压力更加接近实际状态时的水的静压力；

S4：传输，将经过补偿后的富水断层破碎带内的水的静压力输送至中央处理器310中；

S32：动压检测，使用检测机构200对富水断层破碎带的水的动压力进行检测；

S33：补偿，根据检测机构200的特性，对检测机构200检测得到的压力进行补偿，使检测机构200检测得到的水的动压力更加接近实际状态时的水的动压力；并且根据静压检测时的结果，对检测机构200检测得到的压力的方向进行补偿，使检测机构200检测得到的水的流动方向更加接近实际状态时的水的流动方向；

S4：传输，将经过补偿后的富水断层破碎带内的水的动压力输送至中央处理器310中，同时将富水断层破碎带内的水的流动方向输送至中央处理器310中。

本申请实施例地下水数据监控方法的实施原理为：

在对富水断层破碎带进行超前支护时，先对富水断层破碎带进行钻孔，之后将检测机构200放入钻孔中，如此检测机构200便可与富水断层破碎带内的地下水接触，进而检测到富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向。

在检测时，先检测富水断层破碎带中地下水的静压力，在检测富水断层破碎带中地下水的静压力时，根据检测机构200的特性，对检测机构200检测得到的压力进行补偿，进而得到静压力的矢量值；之后将静压力的矢量值传递至中央处理器310中。之后检测富水断层破碎带中地下水的动压力，在检测富水断层破碎带中地下水的动压力时，先根据检测机构200的特性，对检测机构200检测得到的压力进行补偿，使检测机构200检测得到的水的动压力更加接近实际状态时的水的动压力；之后根据静压检测时的结果，对检测机构200检测得到的压力的方向进行补偿，使检测机构200检测得到的水的流动方向更加接近实际状态时的水的流动方向，之后将经过补偿后的富水断层破碎带内的水的动压力输送至中央处理器310中，同时将富水断层破碎带内的水的流动方向输送至中央处理器310中。

在对富水断层破碎带进行超前支护的过程中，会不断改变富水断层破碎带的透水性能，进而改变富水断层破碎带中地下水的流动方向，当富水断层破碎带中地下水的流动方向与隧道的外周面相切时，则证明超前支护已经对富水断层破碎带进行了完整的支撑，如此降低了开挖时隧道透水的概率，提高了开挖隧道时的安全性。

实施例2：

本申请实施例公开了一种地下水数据监控系统，参照图2，地下水数据监控系统包括用于在富水断层破碎带中进行钻井的钻井机构100、用于检测富水断层破碎带中地下水压力的检测机构200以及用于处理压力信息的信息处理机构300。

参照图2及图3，钻井机构100包括钻筒110、钻头120以及用于连接钻筒110以及钻筒110的连接组件130，钻筒110与钻头120同轴设置，且钻头120设置在钻筒110的下方；钻筒110靠近钻头120的一端呈圆台形设置，且钻筒110靠近钻头120的一端的直径小于远离钻头120的一端的直径。

参照图2及图3，连接组件130至少设置有三组，本申请实施例中，连接组件130设置有四组，每组连接组件130均包括第一连杆131以及第二连杆132，第一连杆131的一端与钻筒110靠近钻头120的一端铰接，第一连杆131的另一端与第二连杆132的一端铰接，第二连杆132远离第一连杆131的一端与钻头120远离钻筒110的一端铰接。

在进行钻井时，钻头120靠近钻筒110的一端与钻筒110抵接，此时第一连杆131与钻筒110靠近钻头120的一端的外周面抵接。钻筒110在外部驱动装置的驱动作用下绕自身的轴心转动，进而带动钻头120转动，同时钻头120在外部驱动装置的驱动作用下向下移动，如此在钻头120的引导作用下，钻头120与钻筒110均可进入富水断层破碎带中。

参照图3至图5，检测机构200包括连接杆210、安装座220、至少六个压力传感器250以及与压力传感器250数量相同的传力组件260，本申请实施例中，压力传感器250以及传力组件260的数量均为六个，一个传力组件260对应一个压力传感器250。连接杆210同轴穿设在钻筒110中，安装座220焊接或者螺纹连接在连接杆210靠近钻头120的一端；安装座220呈正方体设置，六个压力传感器250通过螺钉分别固定连接在安装座220的六个端面上。

参照图3至图5，传力组件260包括压缩弹簧261、内杆262、外杆263以及万向球264，外杆263通过螺栓固定连接在安装座220的端面上，且外杆263的轴心穿过安装座220的几何中心；内杆262同轴穿设在外杆263内，且沿外杆263的轴向与外杆263滑移连接，压缩弹簧261穿设在外杆263内，且压缩弹簧261的一端与压力传感器250抵接，另一端与内杆262靠近压力传感器250的一端抵接，万向球264嵌设在内杆262远离压缩弹簧261的一端。

参照图3至图5，检测机构200还包括受压球壳230以及连接座240，连接杆210穿设在连接座240上，且连接座240沿连接杆210的长度方向与连接杆210滑移连接。受压球壳230嵌设在连接座240上，且受压球壳230与连接座240万向转动连接，受压球壳230罩设在安装座220以及压力传感器250的外部，万向球264与受压球壳230的内周面滚动连接。在初始状态时，受压球壳230的球心与安装座220的几何中心重合，并对各个压力传感器250进行调零。

在检测富水断层破碎带中的水压时，朝远离钻头120的一端移动钻筒110，如此受压球壳230就会暴露在富水断层破碎带中的水中，之后再朝靠近钻头120的方向移动钻筒110，使钻头120与钻筒110再次抵接，如此钻筒110内的水便会停止流动，如此便可使用检测机构200检测富水断层破碎带中的水的静压力。之后再次朝远离钻头120的方向移动钻筒110，使受压球壳230暴露在富水断层破碎带中的水中，此时第一连杆131以及第二连杆132会对富水断层破碎带中的碎石进行支撑，降低碎石进入钻筒110中影响检测结果的概率；由于富水断层破碎带中的水具有流动性，如此便可实时检测富水断层破碎带中的水的动压力。

参照图6，信息处理机构300包括中央处理器310以及补偿模块320，压力传感器250的输出端与补偿模块320的输入端电信号连接，补偿模块320的输出端与中央处理器310的输入端电信号连接，中央处理器310的输出端海域补偿模块320的输入端电信号连接。补偿模块320对检测得到的压力进行补偿。

在检测富水断层破碎带中的水的静压力时，受压球壳230与连接座240均会沿连接杆210朝上移动，此时受压球壳230的球心不再与安装座220的几何中心重合。在对检测得到的压力进行补偿时，以安装座220的几何中心为坐标原点O，根据各个压力传感器250检测得到的压力值F以及压缩弹簧261的弹性系数K可以获得对应的传力组件260的实际长度S1（压力传感器250检测得到的压力值F等于压缩弹簧261的弹性系数K乘以压缩弹簧261的变形量S2，根据传力组件260的原长度S减去压缩弹簧261的变形量S2即可得到传力组件260的实际长度S1）；之后根据传力组件260的长度S获得受压球壳230与传力组件260接触点的坐标（A1、A2、A3、A4、A5、A6），之后根据受压球壳230的半径R以及受压球壳230与传力组件260接触点的坐标（A1、A2、A3、A4、A5、A6）获取受压球壳230球心的坐标B， B-A1、B-A2、B-A3、B-A4、B-A5、B-A6为6条垂直于受压球壳230内壁的直线，坐标原点O与A1、A2、A3、A4、A5、A6形成多条直线O-A1、O-A2、O-A3、O-A4、O-A5、O-A6；O-A1与B-A1之间的夹角的余弦值乘以相对应的压力传感器250所受的压力，便可得到受压球壳230受到的一个分力，该分力为矢量值，该分力的方向平行于O-A1；之后将6个分力相加便为受压球壳230所受到的来自于所有的压缩弹簧261的合力。地下水施加给受压球壳230的力与压缩弹簧261施加给受压球壳230的合力大小相等，但方向相反；如此便可测得地下水施加给受压球壳230的实际的静压力，之后补偿模块320将实际的静压力输送至中央处理器310。

在检测富水断层破碎带中的水的动压力时，受压球壳230与连接座240均会沿连接杆210朝上移动，且受压球壳230会在水的流动作用下与安装座220发生相对转动，此时受压球壳230的球心也不再与安装座220的几何中心重合。在对检测得到的压力进行补偿时，使用与补偿静压力时相同的方法，计算出地下水施加给受压球壳230的实际的动压力，之后再减去受压球壳230所受到的静压力，如此便可得出地下水流动的实际方向，之后补偿模块320将实际的动压力以及地下水流动的实际方向输送至中央处理器310中。

本申请实施例地下水数据监控系统的实施原理为：

在进行钻井时，钻头120靠近钻筒110的一端与钻筒110抵接，此时第一连杆131与钻筒110靠近钻头120的一端的外周面抵接。钻筒110在外部驱动装置的驱动作用下绕自身的轴心转动，进而带动钻头120转动，同时钻头120在外部驱动装置的驱动作用下向下移动，如此在钻头120的引导作用下，钻头120与钻筒110均可进入富水断层破碎带中。

在检测富水断层破碎带中的水压时，朝远离钻头120的一端移动钻筒110，如此受压球壳230就会暴露在富水断层破碎带中的水中，之后再朝靠近钻头120的方向移动钻筒110，使钻头120与钻筒110再次抵接，如此钻筒110内的水便会停止流动，如此便可使用检测机构200检测富水断层破碎带中的水的静压力。之后再次朝远离钻头120的方向移动钻筒110，使受压球壳230暴露在富水断层破碎带中的水中，此时第一连杆131以及第二连杆132会对富水断层破碎带中的碎石进行支撑，降低碎石进入钻筒110中影响检测结果的概率；由于富水断层破碎带中的水具有流动性，如此便可实时检测富水断层破碎带中的水的动压力。

在检测富水断层破碎带中的水的静压力时，受压球壳230与连接座240均会沿连接杆210朝上移动，此时受压球壳230的球心不再与安装座220的几何中心重合。在对检测得到的压力进行补偿时，以安装座220的几何中心为坐标原点O，根据各个压力传感器250检测得到的压力值F以及压缩弹簧261的弹性系数K可以获得对应的传力组件260的实际长度S1（压力传感器250检测得到的压力值F等于压缩弹簧261的弹性系数K乘以压缩弹簧261的变形量S2，根据传力组件260的原长度S减去压缩弹簧261的变形量S2即可得到传力组件260的实际长度S1）；之后根据传力组件260的长度S获得受压球壳230与传力组件260接触点的坐标（A1、A2、A3、A4、A5、A6），之后根据受压球壳230的半径R以及受压球壳230与传力组件260接触点的坐标（A1、A2、A3、A4、A5、A6）获取受压球壳230球心的坐标B， B-A1、B-A2、B-A3、B-A4、B-A5、B-A6为6条垂直于受压球壳230内壁的直线，坐标原点O与A1、A2、A3、A4、A5、A6形成多条直线O-A1、O-A2、O-A3、O-A4、O-A5、O-A6；O-A1与B-A1之间的夹角的余弦值乘以相对应的压力传感器250所受的压力，便可得到受压球壳230受到的一个分力，该分力为矢量值，该分力的方向平行于O-A1；之后将6个分力相加便为受压球壳230所受到的来自于所有的压缩弹簧261的合力。地下水施加给受压球壳230的力与压缩弹簧261施加给受压球壳230的合力大小相等，但方向相反；如此便可测得地下水施加给受压球壳230的实际的静压力，之后补偿模块320将实际的静压力输送至中央处理器310。

在检测富水断层破碎带中的水的静压力时，受压球壳230与连接座240均会沿连接杆210朝上移动，且受压球壳230会在水的流动作用下与安装座220发生相对转动，此时受压球壳230的球心也不再与安装座220的几何中心重合。在对检测得到的压力进行补偿时，使用与补偿静压力时相同的方法，计算出地下水施加给受压球壳230的实际的动压力，之后再减去受压球壳230所受到的静压力，如此便可得出地下水流动的实际方向，之后补偿模块320将实际的动压力以及地下水流动的实际方向输送至中央处理器310中。之后，施工人员便可以地下水流动的实际方向判断超前支护是否对富水断层破碎带进行了完整的支撑，如此降低了开挖时隧道透水的概率，提高了开挖隧道时的安全性。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地下水数据监控系统，其特征在于：包括钻井机构（100）、检测机构（200）以及信息处理机构（300）；所述钻井机构（100）包括钻筒（110）与钻头（120），所述钻头（120）可拆卸连接在所述钻筒（110）上；所述检测机构（200）包括连接杆（210）、安装座（220）、受压球壳（230）、至少六个压力传感器（250）以及与所述压力传感器（250）数量相同的传力组件（260），所述连接杆（210）穿设在所述钻筒（110）内，所述安装座（220）设置在所述连接杆（210）的端部，所述压力传感器（250）设置在所述安装座（220）上，多个所述压力传感器（250）的朝向均不相同；所述受压球壳（230）沿所述连接杆（210）的长度方向与所述连接杆（210）滑动连接，且所述受压球壳（230）还与所述连接杆（210）万向转动连接，所述安装座（220）设置在所述受压球壳（230）内，所述传力组件（260）包括压缩弹簧（261），所述受压球壳（230）的内周面通过所述压缩弹簧（261）与所述压力传感器（250）连接；所述信息处理机构（300）包括中央处理器（310），所述压力传感器（250）与所述中央处理器（310）电信号连接；

所述传力组件（260）包括外杆（263）以及内杆（262），所述外杆（263）的一端连接在所述安装座（220）上，所述内杆（262）穿设在所述外杆（263）中，且所述内杆（262）沿自身的长度方向与所述外杆（263）滑动连接，所述压缩弹簧（261）穿设在所述外杆（263）中，且所述压缩弹簧（261）的一端与所述压力传感器（250）抵接，另一端与所述内杆（262）抵接，所述内杆（262）远离所述压缩弹簧（261）的一端与所述受压球壳（230）的内周面连接。

2.根据权利要求1所述的一种地下水数据监控系统，其特征在于：所述传力组件（260）还包括万向球（264），所述万向球（264）嵌设在所述内杆（262）远离所述压缩弹簧（261）的一端，所述万向球（264）与所述受压球壳（230）的内周面滚动连接。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种地下水数据监控系统，其特征在于：所述钻井机构（100）包括至少三个连接组件（130），所述连接组件（130）沿所述钻筒（110）的周向均布设置，所述连接组件（130）包括第一连杆（131）以及第二连杆（132），所述第一连杆（131）的一端与所述钻筒（110）铰接，另一端与所述第二连杆（132）的一端铰接，所述第二连杆（132）远离所述第一连杆（131）的一端与所述钻头（120）铰接。

4.根据权利要求3所述的一种地下水数据监控系统，其特征在于：所述钻筒（110）靠近所述钻头（120）一端的直径小于远离所述钻头（120）一端的直径，所述第一连杆（131）抵接在所述钻筒（110）的外壁上。

5.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种地下水数据监控系统，其特征在于：所述信息处理机构（300）还包括补偿模块（320），

补偿模块（320），输入端与压力传感器（250）的输出端连接，输出端与中央处理器（310）的输入端连接，用于补偿压力误差。

6.根据权利要求5所述的一种地下水数据监控系统，其特征在于：所述补偿模块（320）的输入端还与所述中央处理器（310）的输出端连接。

7.一种使用如权利要求1-6中任意一项所述的一种地下水数据监控系统的地下水数据监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

钻孔，通过钻井机构（100）对待检测区域进行钻孔；

放置检测机构（200），将检测机构（200）放置在待检测区域的钻孔内；

检测，对富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向进行检测；

传输，将检测到的富水断层破碎带内的水压以及水的流动方向传递至中央处理器（310）；

检测包括静压检测、动压检测以及补偿；

静压检测，对富水断层破碎带内的水的静压力进行检测；

动压检测，对富水断层破碎带内的水流动时的压力及方向进行检测；

补偿，根据富水断层破碎带内的水的静压力对富水断层破碎带内的水流动时的压力进行补偿，进而测得富水断层破碎带内的水的实际流向。

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