一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置及监测方法

1.本发明涉及一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置及监测方法，属于矿区环境治理领域。


背景技术：

2.煤炭开采过程中会出现地表沉陷，破坏井田周边环境的同时威胁着人员生命安全及经济发。关于监测地表沉陷的方法主要有激光测量、水准测量、全站仪测量、gps测量以及d-insar测量等，而所有这些监测方法，其不足均在于它仅能监测地表现已形成的沉陷情况，而无法实时、连续地对采空区以上各层沉陷发展情况进行监测。
3.目前，采用形变探测的手段只能在地表进行沉陷的观测，无法在地表深层处实施观测，进而无法观测到矿山深层的塌陷现象。通过对采空区上方各层位的监测，得到详细的数据资料，进而研究采空塌陷区上方岩层运移规律，并且可根据采空塌陷区的具体沉陷规律有针对性的采取对应措施，为矿区环境治理提供有力支持。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置及监测方法。
5.为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置，岩层上方设置有基座，基座上方设置有顶盖，基座顶端设置驱动传动结构、位移显示屏和监测终端，位移显示屏上连接有储存端，驱动传动结构另一端通过传输线连接有护筒，护筒外圆周套装有岩层位移探头，岩层位移探头外圆周面上设置有若干个探测杆，顶盖的表面上设置有棱镜，顶盖的上端面设置有太阳能电池板。
6.所述的驱动传动结构包括传动齿轮和滑轮，传动齿轮一侧连接有固定端，滑轮的外圆周上设置有若干个滑道，传输线为若干条，分别放置在滑轮不同的滑道上，传输线的另一端与固定端连接。
7.所述的传输线通过卡扣与岩层位移探头连接。
8.所述的固定端上连接有手杆，手杆顶端连接有手轮，固定端上设置有显示屏。
9.所述的护筒的直径为200mm，护筒底部离地面高度为监测深度。
10.所述的显示屏提供不同深度岩层所发生的沉陷位移，并且监测到的沉降数据反应到监测终端。
11.所述棱镜通过反射原理反射到非沉陷区的全站仪，以此来确定该站点的具体位置以及即时高程量。
12.所述太阳能电池板可以为整个监测系统及时供电，以便精确探测井下各岩层中的沉陷数据。
13.所述凹槽装置中有数条槽道，数条传输线通过滑轮分别置于不同的槽道，且每条槽道中分别带有固定端，手轮旋转手杆使上下凹槽紧密贴合，使之固定平衡重力。
14.所述每条槽道旁边都有显示屏，分别监测不同传输线所对应的不同岩层的岩层沉
降数据。
15.传输线通过滑轮连接齿轮装置，不同传输线通过滑轮要连接不同的岩层，滑轮上有不同的轮道，不同的传输线置于不同的轮道上。
16.所述的监测终端为计算机。
17.一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置的监测方法，包括如下步骤：1）传输线随着护筒进入到井下各岩层，传输线的一端穿过岩层位移探头连接在卡扣上，岩层位移探头与护筒通过卡扣连接在一起；2）当护筒完全置于岩层中时，齿轮转动使连接在护筒中的传输线拉紧，迫使卡扣上的定位件与固定件弹开，岩层位移探头与护筒分离。此时，传输线的一端固定在护筒外的岩层位移探头上，传输线通过滑轮来传输，另一端会接到固定端；3）当岩层位移探头到达指定位置时，因为岩层位移探头和传输线有一定的自重力，将传输线置于凹槽中，通过旋转手轮使固定端上下凹槽紧密贴合，使之固定来平衡重力；4）在岩层深处发生沉陷时，探测杆随着岩层位移探头产生相应的位移，此时传输线由于连接到岩层位移探头的一端也发生位移，此时显示屏能够准确显示出沉陷区域的位移；5）棱镜通过反射原理反射到非沉陷区的全站仪，以此来确定该站点的具体位置以及即时高程量。
18.本发明带来的有益效果为：本发明实现了对监测区域内各沉陷层的全天时、全天候的监测。
19.本发明通过监测采空区上方各岩层运移规律，可以监测煤矿矿井的地表沉陷。
20.当出现某个位置处岩层沉陷过大时，监测终端则在第一时间将警示信息传送至用户手持终端，使用户能够直观地了解和掌握该地区各个地点处的地陷情况。
21.通过对本发明可及时对塌陷区可能影响的地表构筑物采取保护措施或有针对性地对沉陷区采取治理措施。
附图说明
22.图1为监测煤矿矿井地表沉陷的装置结构示意图。
23.图2为护筒、传输线和探头连接示意图。
24.图3为护筒、探头和探测杆的立体结构示意图。
25.图4为固定端与手杆、手轮分布示意图。
26.图5为固定端结构示意图。
具体实施方式
27.如图1至图5所示，一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置，岩层18上方设置有基座6，基座6上方设置有顶盖15，基座6顶端设置驱动传动结构、位移显示屏12和监测终端17，位移显示屏12上连接有储存端13，驱动传动结构另一端通过传输线2连接有护筒1，护筒1外圆周套装有岩层位移探头3，岩层位移探头3外圆周面上设置有若干个探测杆5，顶盖15的表面上设置有棱镜14，顶盖15的上端面设置有太阳能电池板16。
28.所述的驱动传动结构包括传动齿轮8和滑轮7，传动齿轮8一侧连接有固定端9，滑轮7的外圆周上设置有若干个滑道，传输线2为若干条，分别放置在滑轮7不同的滑道上，传输线2的另一端与固定端9连接。
29.所述的护筒1的直径为200mm，护筒1底部离地面高度为监测深度。
30.所述的显示屏12提供不同深度岩层所发生的沉陷位移，并且监测到的沉降数据反应到监测终端17。
31.所述的监测终端17为计算机。
32.一种监测煤矿矿井地表沉陷的装置的监测方法，步骤如下：1、传输线2随着护筒1进入到井下各岩层，传输线2的一端穿过岩层位移探头3连接在卡扣4上，岩层 移探头3与护筒1通过卡扣4连接在一起；2、当护筒1完全置于岩层中时，齿轮转动使连接在护筒中的传输线2拉紧，迫使卡扣4上的定位件与固定件弹开，岩层位移探头与护筒分离。此时，传输线2的一端固定在护筒1外的岩层位移探头上，传输线通过滑轮7来传输，另一端会接到固定端9；3、当岩层位移探头3到达指定位置时，因为岩层位移探头3和传输线2有一定的自重力，将传输线2置于凹槽中，通过旋转手轮使固定端9上下凹槽紧密贴合，使之固定来平衡重力；4、在岩层深处发生沉陷时，探测杆5随着岩层位移探头3产生相应的位移，此时传输线2由于连接到岩层位移探头3的一端也发生位移，此时显示屏能够准确显示出沉陷区域的位移；5、棱镜14通过反射原理反射到非沉陷区的全站仪，以此来确定该站点的具体位置以及即时高程量。
33.所述的传输线2通过卡扣4与岩层位移探头3连接。所述棱镜14位于顶盖15中，可以有效的防止棱镜14被破坏。所述棱镜14通过反射原理反射到非沉陷区的全站仪，以此来确定该站点的具体位置以及即时高程量。
34.所述探测杆5用于采集在相应的沉陷监测工作时间内，井下岩层产生的岩层沉降数据。
35.所述显示屏提供的是不同深度岩层所发生的沉陷位移，并且监测到的沉降数据都会反应到监测终端17，监测终端17为计算机，进而能够使得观测装置能够在地表深层进行立体监测矿山地质环境，而且它能精确到0.01m。所述监测终端17内还存储有安全阈值，监测终端17还用于将显示屏所传输的不同岩层沉陷数据与安全阈值进行比较，当岩层沉陷数据大于该安全阈值时，监测终端17将会收到警示信息。
36.所述储存端13将传输线归置到一起。
37.所述护筒1的直径为200mm，护筒1置于采空区上方，护筒1底部离地面高度为监测长度。
38.在岩层深处发生塌陷时，探测杆5能够有效的监测矿山深处的沉降数据，并且监测到的沉降岩层数据都会反应到监测终端17，进而能够使得观测装置能够在地表深层进行立体监测矿山地质环境。
39.所述太阳能电池板16可以为整个监测系统及时供电，以便精确探测井下各岩层中的沉陷数据。
40.卡扣4由定位件4-1和固定件4-2组成。
41.传输线2随着护筒进入到井下各岩层，传输线2的一端穿过岩层位移探头3连接在卡扣4上，卡扣4使岩层位移探头3与护筒1固定在一起。
42.齿轮转动迫使卡扣4上的定位件弹开，而定位件4-1的直径比传输线2穿过岩层位移探头3的孔的直径要大，所以定位件会固定在岩层位移探头3上。
43.所述岩层位移探头3连接在护筒1上，护筒外的岩层位移探头3上放置8根探测杆5，这8根探测杆5与岩层紧密贴合，以便通过岩层位移探头更好地监测沉陷位移，且相邻岩层位移探头的间距不小于10m。
44.传输线通过滑轮连接齿轮装置8，不同传输线1通过滑轮7要连接不同的岩层，滑轮7上有不同的轮道，不同的传输线1置于不同的轮道上。
45.所述固定端9中有数条凹槽，多条传输线2通过齿轮装置8分别置于不同的槽道，手轮10旋转手杆11使上下凹槽紧密贴合，使之固定平衡重力。
46.所述每条槽道旁边都有显示屏12，分别监测不同传输线2所对应的不同岩层的岩层沉降数据。
47.所述的固定端9上连接有手杆11，手杆11顶端连接有手轮10，固定端9上设置有显示屏12。显示屏12的初刻度显示为0，当岩层位移探头发生移动时，使得连接传输线2另一端的固定端上的显示屏也发生位移变化，并且它能精确到0.01m。
48.以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，也应视为属于本发明的保护范围。