本发明涉及一种水热传感器埋设装置及方法，属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种用于露天矿排土场土壤的水热传感器埋设装置及方法。
背景技术：
露天采煤直接剥离表土和煤层的上覆岩层，使煤层暴露后开采，并在采区内、外分层堆置剥离的岩土形成排土场。排土场主要由大量的剥离物和排弃物堆积而成，土壤组成及结构复杂。另外，排土场在构建过程中，有大型车辆在排土场操作，并对土壤造成一定的压实，使得土壤质地紧密，硬度较大。由于排土场生态恢复在露天矿绿色开采方面起着决定性作用，而土壤水热是排土场生态恢复的关键因素。
因此排土场构建必须考虑土壤水热的长期稳定监测。
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
目前土壤水热传感器的类型较多，但市场上采用率高、稳定性强及数据质量好的土壤水热传感器的探头部位较多采用树脂材料，在测量质地较硬的土壤水热时，探头容易损伤或折断，影响土壤水热监测准确率；另一方面，排土场土壤结构复杂、质地坚硬，在已构建完成的排土场挖掘探坑埋设土壤水热传感器较为困难。
因此，对于露天煤矿排土场土壤结构复杂，尤其土壤质地较硬的条件下，排土场土壤水热传感器的埋设问题，本领域尚未有较好的方法和装置。
本发明的目的是提供一种露天矿排土场土壤水热传感器埋设的配套装置及方法，该装置及方法将土壤水热传感器、预留设通道、水热传感器模具及放置杆等组合成一个完整的系统，解决了传感器放置过程中探头易损伤、折断及探坑挖掘较为困难的问题。
解决问题所采用的方案
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种用于露天矿排土场土壤的传感器埋设装置，包括：
预留管道，其内壁设置若干个用于放置传感器的传感器放置腔，其顶部开口处设置有一塞体结构，所述塞体结构设置用于连通预留管道内腔的数据传输开口，所述传感器放置腔上开有若干孔；
传感器放置工具，包括一直杆结构，以及连接于所述直杆结构端部设置用于卡置所述传感器的前置头，所述直杆结构中设置有用于数据线穿孔。
在本发明的至少一个实施例中，所述传感器放置腔结构形状与所述传感器外壳形状相匹配，且所述传感器放置腔内壁与所述传感器外壳间隙配合。
在本发明的至少一个实施例中，所述传感器为土壤水热传感器，具体包括：
若干个探头，并行设置于且突出于探头连接部前端；
数据采集线，通过所述探头连接部与所述探头连接；
其中，所述探头连接部为塑胶材质，所述探头为树脂材质。
在本发明的至少一个实施例中，所述传感器放置工具包括导向杆，用于连接所述直杆结构和所述前置头。
在本发明的至少一个实施例中，所述传感器放置腔为多个，等间距设置于所述预留管道内壁。
一种用于露天矿排土场土壤的传感器埋设方法，包括：
在含水率监测点位置放置预留设通道，所述预留管道内壁设置若干个用于放置传感器的传感器放置腔；
将传感器卡置于传感器放置工具端部的前置头中，利用所述感器放置工具将传感器于所述传感器放置腔中；
在本发明的至少一个实施例中，在含水率监测点位置放置预留设通道包括：
在排土场的高度达到预定值时，停止推土并推平土场；
在设计含水率监测点位置放置预留管道；
并且，在预留管道的传感器放置腔中填置松散的腐植土,盖上塞体结构，继续推土至土场达到设计高度。
在本发明的至少一个实施例中，将传感器卡置于传感器放置工具端部的前置头中包括：
将传感器的尾部卡在前置头的卡槽中；将传感器数据线从传感器放置工具的另一端穿出；
将传感器放置工具垂直放入预留管道中，依据传感器放置工具上的长度刻度线判断传感器是否到达预定深度，且当其到达预定深度后将其放入传感器放置腔中。
在本发明的至少一个实施例中，传感器的取出步骤包括：
保持数据线为松弛状态，缓慢向上提动传感器放置工具，将数据线穿出塞体结构的数据传输开口，连接数据线和数据采集器，进行数据采集。
在本发明的至少一个实施例中，所述传感器放置腔的孔隙率设置为0.65。
发明效果
从以上描述可知，本发明的方案包括土壤水热传感器、预留设通道、水热传感器模具及放置杆，其所有的组成部分在现实条件下便于组装，造价较低。本发明的方案在测量质地较硬土壤的含水率及温度时能够防止测量探头损伤或折断；本发明的方案安装传感器不用挖掘土壤剖面；非常适合在土壤结构复杂，尤其土壤质地较硬的条件下使用。
附图说明
图1是本发明至少一个实施例中的土壤水热传感器示意图；
图2是本发明至少一个实施例中的预留设通道示意图；
图3是本发明至少一个实施例中的土壤水热传感器模具示意图；
图4是本发明至少一个实施例中的土壤水热传感器放置杆示意图；
图5是本发明至少一个实施例中的土壤水热传感器放置杆前置头横剖面示意图；
图6是本发明至少一个实施例中的预留设通道顶部橡皮塞示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
一种用于露天矿排土场土壤的传感器埋设装置，包括：
预留管道，其内壁设置若干个用于放置传感器的传感器放置腔，其顶部开口处设置有一塞体结构，所述塞体结构设置用于连通预留管道内腔的数据传输开口，所述传感器放置腔上开有若干孔；
传感器放置工具，包括一直杆结构，以及连接于所述直杆结构端部设置用于卡置所述传感器的前置头，所述直杆结构中设置有用于数据线穿孔。
其中，所述传感器放置腔结构形状与所述传感器外壳形状相匹配，且所述传感器放置腔内壁与所述传感器外壳间隙配合。
所述传感器为土壤水热传感器，具体包括：
若干个探头，并行设置于且突出于探头连接部前端；
数据采集线，通过所述探头连接部与所述探头连接；
其中，所述探头连接部为塑胶材质，所述探头为树脂材质。
其中，所述传感器放置工具包括导向杆，用于连接所述直杆结构和所述前置头。
其中，所述传感器放置腔为多个，等间距设置于所述预留管道内壁。
下面结合附图，对本实施例的露天矿排土场土壤的传感器埋设装置进行详细说明。
如图1所示，为本发明所要安装的土壤水热传感器示意图，其传包括数据采集线1-1，采集线和探头连接部分1-2，探头1-3，其中1-2为塑胶材质、1-3为树脂材质，可用来测量包括土壤在内的多种多孔介质的湿度和温度；
如图2-图6所示，为本实施例所提出的一种露天矿排土场土壤水热传感器埋设的配套装置，包括预留设通道2、土壤水热传感器模具2-1、传感器放置杆3、传感器放置杆前置头3-3、前置头卡槽3-3-1及预留设通道顶部橡皮塞4。
土壤水热传感器模具2-1与预留设通道2通过焊接连在一起，土壤水热传感器1通过传感器放置杆3放置在土壤水热传感器模具2-1中，预留设通道顶部橡皮塞4放置在预留设通道2的顶部；
预留设通道2，为不锈钢材质，壁厚为0.2cm，圆柱形，直径为土壤水热传感器1长度的1.8-2倍，长度为植被根系长度+50cm，顶部开放，底部隔水；
如图3所示，土壤水热传感器模具2-1为不锈钢材质，形状与传感器严格相似，中间空，内部空间体积为传感器的1.5-2.0倍，外壳厚度为2mm，外壳上面预留细小孔隙，孔隙率略大于所测土壤；
如图4所示，传感器放置杆3，为不锈钢材质，上面标有刻度，长度略大于预留设通道2的高度，直径5cm，为分节结构。包括直杆3-1、导向杆3-2、前置头3-3及前置头卡槽3-3-1，如图5所示。其中直杆3-1长度为50cm，具有多节，用来调节长度。导向杆3-2直径和传感器1长度一致，具有1节。前置头3-3，宽度、高度分别为传感器1中探头连接尾部1-4部位的1.2倍、1.5倍。前置头3-3中间卡槽3-3-1的宽度、高度为传感器1中探头连接尾部1-4部位的1.2倍，与传感器1中探头连接尾部1-4部位严格相似。以上直杆3-1、导向杆3-2为圆柱形结构，壁厚2mm，中间空。前置头3-3为实体结构，中间具有通道，通道直径为数据线1-1的1.5倍，用来导出传感器1的数据线1-1至传感器放置杆3中；
如图6所示，预留设通道顶部橡皮塞4，为橡胶材质，上部直径为预留设通道2的1.2倍，下部直径为预留设通道2的0.8倍，高度为20cm，中间留有数据线通道4-1，具有引出数据线、防雨及保护传感器等功能。
本实施例还提供一种用于露天矿排土场土壤的传感器埋设方法，包括：
在含水率监测点位置放置预留设通道，所述预留管道内壁设置若干个用于放置传感器的传感器放置腔；
将传感器卡置于传感器放置工具端部的前置头中，利用所述感器放置工具将传感器于所述传感器放置腔中；
其中，在含水率监测点位置放置预留设通道包括：
在排土场的高度达到预定值时，停止推土并推平土场；
在设计含水率监测点位置放置预留管道；
并且，在预留管道的传感器放置腔中填置松散的腐植土,盖上塞体结构，继续推土至土场达到设计高度。
其中，将传感器卡置于传感器放置工具端部的前置头中包括：
将传感器的尾部卡在前置头的卡槽中；将传感器数据线从传感器放置工具的另一端穿出；
将传感器放置工具垂直放入预留管道中，依据传感器放置工具上的长度刻度线判断传感器是否到达预定深度，且当其到达预定深度后将其放入传感器放置腔中。
其中，传感器的取出步骤包括：
保持数据线为松弛状态，缓慢向上提动传感器放置工具，将数据线穿出塞体结构的数据传输开口，连接数据线和数据采集器，进行数据采集。
其中，所述传感器放置腔的孔隙率设置为0.65。
下面结合附图对本发明实施例的使用方法进行介绍。具体包括以下步骤：
(1)预留设通道2安装
首先，需要根据应用场对预留设通道2的高度进行设计。例如，某露天煤矿排土场构建过程中，土质结构复杂，包括砂砾石、粉砂、粘土及腐植土，挖掘土壤剖面较为困难，且在剖面上插放探头的过程中易造成探头损伤或折断。排土场生态恢复主要植被类型的根系长度基本在50-80cm，因此预留设通道2的高度设置为100cm。在排土场的设计高度尚缺100cm时，停止推土，推平土场，在设计含水率监测点位置放置预留设通道2，通过用橡皮锤均匀敲击预留设通道2-1受力口，使2-2钢钉完全插入排土场(50cm)，安装过程中，须用水平尺校准，以保证预留设通道与排土场垂直。其中预留设通道2附属土壤水热传感器模具2-1中填满松散的腐植土，以保证传感器1在传感器模具2-1中较为固定，并一定程度上和排土场介质充分接触。预留设通道2安放结束后，顶部盖上橡皮塞4，避免土及其它介质进入预留设通道2。然后继续推土，当排土场达到设计高度时停止推土。其中，结合排土场土质结构，传感器模具2-1外壳的孔隙率设置为0.65，以保证土壤水能充分进入传感器模具2-1中。
(2)土壤水热传感器安装
根据安装深度决定是否使用并选择合适的放置杆3将传感器放置于预留设通道2中。
由于本次含水率的监测深度分别为5cm、10cm、20cm、30cm、50cm、80cm、100cm，其中5cm、10cm、20cm、30cm、50cm处由于埋深较小，传感器1可直接用手放置在传感器模具2-1中，不需要放置杆3协助。80cm、100cm处由于埋深较大，依靠手臂放置传感器较为困难，因此采用放置杆3协助。具体方法为：采用两个直杆3-1、1个导向杆3-2、1个前置头3-3，通过之间的螺纹连接在一起，并使传感器1的数据线1-1依次从前置头3-3、导向杆3-2、直杆3-1的内部空间中穿出，同时传感器1的探头连接尾部1-4部位卡在前置头3-3的卡槽3-3-1中。拉紧从传感器放置杆3顶部露出的传感器数据线1-1，使得传感器1的探头连接尾部1-4部位垂直卡在前置头3-3的卡槽3-3-1中，且方向不变。数据线1-1保持拉紧状态，放置杆3垂直放入预留设通道2中，依据放置杆3上的长度刻度线，使得传感器1放入传感器模具2-1中。放置结束后，数据线连接数据采集器，看数据是否正常，如正常，则取出放置杆3。具体方法为：首先保持数据线为松弛状态(不持力)，缓慢向上提动放置杆3，当放置杆3第二直杆露出预留设通道顶部时，同时用手抓紧第一、第二直杆，转动第一直杆，使得第一直杆与第二直杆脱离，并取出第一直杆，后面直杆及导向杆的取出方式和第一直杆取出方式一致。取出放置杆3后，使得数据线穿出橡皮塞4的中间通道4-1，并把橡皮塞4盖在预留设通道2的顶部。随后，连接数据线和数据采集器，启动采集开关，调整采集频率，实现排土场土壤水热长期稳定监测。
通过上述描述可知，本实施例所有的组成部分在现实条件下便于组装，造价较低；并且，在测量质地较硬土壤的含水率及温度时能够防止测量探头损伤或折断；其安装传感器不用挖掘土壤剖面；非常适合在土壤结构复杂，尤其土壤质地较硬的条件下使用。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。