一种矿排土场多水种实时监测装置及使用方法与流程

文档序号:11910956阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分,所述地上部分为位于原来地表上方的堆土场(1),所述矿排土场多水种实时监测装置包括第一测量井(2)和第二测量井(3);

所述第一测量井(2)设置于所述堆土场(1)的中部,在所述第一测量井(2)的下部设置有第一水位传感器(4)和位于其上部的固定套筒(5),在所述堆土场(1)上方设置有线圈车(6),在所述线圈车(6)上设置有第一无线传输模块,所述第一水位传感器(4)连接第一线缆(7)的一端,所述第一线缆(7)的另一端穿过所述固定套筒(5)与所述第一无线传输模块相连;所述第一测量井(2)由多个自密封套管(11)上下连接而成;

所述第二测量井(3)包括依次连接的竖直段(301)、水平段(302)和自由段(303),其中,所述竖直段(301)设置在地下,在所述竖直段(301)和所述水平段(302)连接处设置有固定滑轮(8),在所述竖直段(301)的下部设置有第二水位传感器(9),所述第二水位传感器(9)通过第二线缆(10)与所述自由段(303)外部的第二无线传输模块相连;

在最上端的所述自密封套管(11)上设置有包气带水检测装置,其包括数据处理箱(14)、多对电极探针(15)、卡槽(16)和土壤监测管(17);所述数据处理箱(14)设置在所述自密封套管(11)的上部,与所述线圈车(6)相连,所述卡槽(16)设置在所述数据处理箱(14)的下部,在所述卡槽(16)内设置有所述土壤监测管(17),所述电极探针(15)的一端设置在所述自密封套管(11)内,并与所述数据处理箱(14)相连,另一端设置在所述土壤监测管(17)内;

所述土壤监测管(17)为长条形,由凹陷方向相同的第一弧形侧壁(101)和第二弧形侧壁(102)构成,所述第一弧形侧壁(101)的两端与所述第二弧形侧壁(102)的两端相连,在所述第一弧形侧壁(101)上设置有多个渗流孔(103),在所述第二弧形侧壁(102)上设置有多个供所述电极探针(15)穿过的探针孔。

2.根据权利要求1所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述第一弧形侧壁(101)的横截面为直径15mm,圆心角191°的钝角圆弧形,所述第二弧形侧壁(102)的横截面为直径80mm,圆心角169°的钝角圆弧形;所述卡槽(16)由上下两个铁板构成,所述铁板完全覆盖所述土壤监测管(17)的剖面。

3.根据权利要求2所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述自密封套管(11)由两个直径不同的中空管体套接固定而成,所述自密封套管(11)的下部内径与上部外径一致;所述电极探针(15)的数量为5对,从上至下沿竖直方向排列;所述电极探针(15)的处于所述自密封套管(11)内部的部分涂覆有绝缘漆;

所述数据处理箱(14)与所述电极探针(15)之间采用第三线缆连接,所述第三线缆垂直布置并采用胶固定在所述自密封套管(11)的内壁上,所述电极探针(15)与所述探针孔之间的空隙也采用胶封堵,所述数据处理箱(14)与所述线圈车(6)之间有线连接。

4.根据权利要求3所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:相邻的两对所述电极探针(15)之间的距离为200mm,每对所述电极探针(15)内正负电极之间的距离为2mm,所述电极探针(15)长度为28mm,其中,处于所述自密封套管(11)管壁中的长度为14mm,处于所述土壤监测管(17)内的长度为10mm,处于所述自密封套管(11)内的长度为4mm;

所述固定套筒(5)为圆柱形,在所述固定套筒(5)的外侧壁上设置有多个向内凹陷的第一凹槽(501),在所述固定套筒(5)的中心设置有上下贯通的通孔(502);所述固定套筒(5)和所述自密封套管(11)之间采用塑胶固定;在所述自密封套管(11)上设置有连通其内部和外部的第一线缆缝(12);在所述固定套筒(5)上设置有连通其内部和外部的第二线缆缝(13)。

5.根据权利要求1所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述第一水位传感器(4)的内部从下至上包括依次连接的第一压力探头(401)、长条形电池组(402)和第一单片机(403),所述第一单片机(403)还与所述第一压力探头(401)相连,在所述第一水位传感器(4)的底部设置有向上凹陷的第二凹槽(404),所述第二凹槽(404)的顶部即为所述第一压力探头(401)的底部。

6.根据权利要求1所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述第二水位传感器(9)的内部从下至上包括依次连接的第二压力探头(901)、变压装置(902)和第二单片机(903),所述第二单片机(903)还与所述第二压力探头(901)相连,在所述第二水位传感器(9)的底部设置有向上凹陷的第三凹槽(904),所述第三凹槽(904)的顶部即为所述第二压力探头(901)的底部;所述变压装置(902)与外部电源相连。

7.根据权利要求4所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:

所述固定滑轮(8)由第一固定滑轮和第二固定滑轮构成,所述第一固定滑轮设置在所述竖直段(301)中,包括第一滑轮(801)和与其相连的第一滑轮杆(802),所述第二固定滑轮设置在所述水平段(302)中,包括第二滑轮(803)和与其相连的第二滑轮杆(804),所述第一滑轮杆(802)与所述第二滑轮杆(804)均固定在所述竖直段(301)与所述水平段(302)的连接处;

所述第一滑轮(801)的直径为40mm,所述第一滑轮杆(802)与竖直方向的夹角为30°,长85mm,所述第二滑轮(803)的直径为10mm,所述第二滑轮杆(804)与水平方向的夹角为30°,长25mm;所述第一滑轮杆(802)和所述第二滑轮杆(804)均为钢筋材质,直径为10mm;所述第一滑轮(801)和所述第二滑轮(803)的宽度均为25mm。

8.根据权利要求7所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述第二测量井(3)的竖直段(301)为钻孔,所述水平段(302)采用所述自密封套管(11)左右连接而成,所述水平段(302)设置在所述堆土场(1)和原地表之间,所述自由段(303)由中空橡胶材料制成,所述自由段(303)竖直设置在所述堆土场(1)的外部;

所述的矿排土场多水种实时监测装置还包括控制中心,分别与所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块通讯相连。

9.根据权利要求8所述的矿排土场多水种实时监测装置,其特征在于:所述第一测量井(2)的底端与原地表之间的距离为5-8m,横截面为直径80mm的圆形,所述第一线缆(7)的长度比所述堆土场(1)的高度长30m;

所述第二测量井(3)的竖直段(301)为直径80mm的钻孔,高度比1.2倍的矿坑深度高40m,所述自由段(303)的高度为5m以上;

所述线缆车(6)能够在直径15m的范围内自由移动,所述固定套筒(5)的底端距离原地表之间的距离为40m,所述第一线缆缝(12)和所述第二线缆缝(13)的宽度为15mm,所述固定套筒(5)的所述通孔(502)的直径为15mm;所述自密封套管(11)中部的外径为94mm,内径为80mm,底部的外径为94mm,内径为87mm,上部的外径为87mm,内径为80mm;

所述固定套筒(5)的材质为高强度塑胶,所述自密封套管(11)的材质为钢。

10.权利要求1-9中任意一项所述的矿排土场多水种实时监测装置的使用方法,其特征在于:包括如下步骤:

(A)根据设计的图纸找到堆土场(1)的中心位置;

(B)打钻孔,形成第二测量井(3)的竖直段(301),在其中安设第二水位传感器(9),并采用第二线缆(10)固定在固定滑轮(8)上,检测水位变化;

(C)2~3月后,露天矿开始开采工作面,并且开始将矿坑区域的表土层剥离到堆土场(1),这时铺设自密封套管(11)形成水平段(302),并且将所述第二线缆(10)从第一线缆缝(12)里塞进去,连接到堆土场(1)堆土范围之外;

(D)继续堆土,1~3月后,堆土场(1)逐渐堆到5-8m高度,此时开始铺设所述自密封套管(11),形成第一测量井(2),同时,所述第二测量井(2)的水平段(302)外侧一端安装自由段(303),所述自由段(303)为采用胶灌形式形成的橡胶管;

(E)继续堆土,3~5月后,堆土场(1)逐渐堆到40m高度,开始监测所述第一测量井(2)水位情况,安装第一水位传感器(4),并且在进口安装和封贴固定套筒(5),保证所述固定套筒(5)以下的第一线缆(7)和所述第一水位传感器(4)不受井口以上的活动影响;

(F)继续堆土,6-20个月左右,堆土场(1)中间区域距离最终堆土高度还差1.2m~1.7m时,将设置有包气带水装置的最上端一节自密封套管(11)安装好,其中,第三线缆用胶固定住,将探针孔余下空间用胶封住;安装时,需将自密封套管(11)上方拿板固定挡住,不让外界砂石和雨水进入,同时要留有一部分的空隙,保证管内与外界的大气压强一致,同时在自密封套管(11)外围与围岩接触的部分一定要做好密封工作,防止雨水顺着界面渗入,对土壤监测管(17)的结果造成影响;

(G)在井口附近取土壤装入土壤监测管(17),用棍子采用2KN压力压实,继续填装,再用2KN压力压实,直到装满,将装满后的土壤监测管(17)插入到卡槽(16)里;

(H)继续堆土,20-30个月后,堆土场(1)达到最终高度,全面监测堆土场(1)的包气带水,土层水和地下水,对三者的数据综合分析;根据经验分析认为:当包气带水监测装置显示土壤潮湿度低于22%时,显示包气带水含量相对较低,这时需要在边坡斜坡区域喷雾洒水,保持边坡植被正常生长;当包气带水监测装置显示土壤潮湿度低于14%时,显示包气带水含量很低,需要在堆土场(1)上表面喷雾洒水;当堆土场(1)土层水位达到3.5m,且包气带潮湿度大于85%时,这说明主要是因为地表降水等地表水补给造成的影响,这时需要时刻做好堆土场(1)安全巡逻工作,包括边坡区域,防止滑坡对周围造成人身财产损伤;当地下水水位突然下降时,防止矿坑突水发生,做好相关预警和排查工作,或者水位下降和上升的速率是前一天的1.5倍以上,这种慢性变化趋势的变化也是采矿事件或者水流动事件对水位造成的影响,都需要及时分析原因,排查隐患。

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