地面塌陷监测装置及监测方法
【专利摘要】一种地面塌陷监测方法，将感应环和磁传感器顺次吊装在监测洞内，当地面塌陷灾害出现后，监测洞被破坏，感应环失去支撑并下落，下落过程中，设置在感应环上的永磁体与磁传感器的探测区域发生重叠，由磁传感器感应到感应环的下落动作后，即可知道地面塌陷灾害已经发生；另外，本发明还提出了一种可实现本发明方法的地面塌陷监测装置；本发明的有益技术效果是：所需的硬件简单，装置布设方便，数据处理简便，监测结果准确可靠。
【专利说明】地面塌陷监测装置及监测方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地质灾害监测技术，尤其涉及一种地面塌陷监测装置及监测方法。
【背景技术】
[0002]每年在全国各地都会发生多起地面塌陷灾害，特别是在岩溶地区相关塌陷灾害更是频繁发生，给人民生命财产安全造成了严重损失；由于岩溶土洞均在地面以下，且埋深各异，极具隐蔽性，给灾害监测带来了极大的困难。
[0003]目前，用于地面塌陷灾害的监测手段主要有地质雷达(GPR)、TDR (BOTDR)技术以及水(气)压力监测，地质雷达和TDR的运行成本很高，不适合大范围推广，水(气)压力监测又难以得出较为准确的结论，并且三种方法还都存在操作便捷性差的缺陷。
【发明内容】
[0004]针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种地面塌陷监测方法，其方案为:所涉及的硬件有:支架、垂重体、缆索、处理模块、磁传感器(即霍尔元件)、通信线缆和感应环；其中，支架、垂重体和缆索形成监测装置的支撑结构，支架用于将垂重体垂挂在监测洞中，垂重体用于将缆索张紧，缆索用于设置磁传感器；磁传感器、通信线缆和感应环形成监测装置的传感部分，感应环用于感应地质变化，磁传感器用于感应监测装置的状态，通信线缆用于将磁传感器采集到的信号传输至处理模块中；应用前述多个装置进行监测的具体操作如下:
1)在监测区域钻孔，形成与水平方向垂直的监测洞；
2)支架固定在监测洞的洞口位置处，垂重体和支架之间通过缆索固定连接，垂重体垂挂在监测洞内；磁传感器固定在缆索中部，磁传感器和处理模块之间通过通信线缆电气连接;
正常情况下监测洞为柱状结构，感应环通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接，感应环的位置位于磁传感器和支架之间，感应环上设置有永磁体；
3 )当土体塌陷后，监测洞的内壁被破坏,弹性机构失去支撑部,感应环向监测洞底部滑落；在感应环滑落过程中,永磁体发出的磁力线与磁传感器的探测区域发生重叠,处理模块通过磁传感器感知到感应环已经滑落，通过对感应环的设置高度进行预先标定，即可知道土体出现塌陷的深度。
[0005]前述方法实施简便，且所需的硬件装置均为十分常见的东西，并且感应环对地质变化十分敏感，监测结果准确。
[0006]地面塌陷灾害一般是从地表较深位置处向地表方向发展,基于地面塌陷灾害的这种特点，还可将感应环的数量设置为多个，多个感应环沿监测洞轴向依次设置，通过设置多个感应环并对多个感应环的分布深度进行预先标定，当地面塌陷灾害影响到感应环所在位置的监测洞时，感应环开始滑落，处理模块对磁传感器感应到磁场的次数进行计数，即可知道有多少个感应环滑落了，这不仅能够对地面塌陷灾害的发生进行监测，还能对地面塌陷灾害的发展进度进行监测，并可据此制订多级预警机制，即可通过监测感应环滑落的数量来判断地面塌陷的发展深度，如果地面塌陷的深度还不足以威胁地表安全，则仅需密切监视即可，从而进一步提高灾害预警的准确性。
[0007]在前述的监测方法基础上，本发明还提出了一种地面塌陷监测装置，其结构为:所述地面塌陷监测装置由支架、垂重体、缆索、处理模块、磁传感器、通信线缆和感应环组成；
缆索上端与支架固定连接，缆索下端与垂重体固定连接；磁传感器固定在缆索中部，磁传感器和处理模块之间通过通信线缆电气连接；感应环设置于缆索上支架和磁传感器之间的位置处，且感应环能沿缆索滑动；
所述感应环由外筒、内筒、永磁体、多个卡臂和多个弹簧组成；所述外筒和内筒均为两端开口的圆筒结构，内筒套接在外筒内，外筒和内筒之间通过连接梁固定；内筒内壁上设置有安装槽，永磁体镶嵌在安装槽内；多个卡臂与外筒外壁转动连接，卡臂能沿外筒轴向转动；每个卡臂均对应一个弹簧，弹簧的一端与卡臂中部连接，弹簧的另一端与外筒外壁连接；自然状态时，卡臂外端在弹簧的拉力作用下向外筒表面靠拢，且多个卡臂的外端朝向相同；布设感应环时，用力转动卡臂，使卡臂外端朝与弹簧收缩方向相反的方向转动，并且使卡臂的外周小于监测洞的直径，然后将卡臂运送到监测洞内对应位置后，松开卡臂，卡臂就在弹簧作用下反向转动并最终被监测洞的洞壁卡住，从而完成感应环的布设。
[0008]缆索从感应环的内筒内孔中穿过，缆索与内筒之间留有间隙。
[0009]前述结构中所涉及的部件结构简单，安装设置操作简便，测试结果准确可靠。
[0010]优选地，所述外筒和内筒同轴设置；所述连接梁的数量为3个或4个，各个连接梁沿外筒周向均匀分布。另外，外筒和内筒在本感应环中所起的作用为支撑卡臂和永磁体，这主要是考虑节省成本和降低感应环自重以及减小卡臂的长度(也即提高卡臂的灵活性)；再次，本发明的感应环之所以采用由外筒`和内筒组成的环形结构体的另一个原因是:环状结构可以与卡挡结构(即可以将垂重体的内径设置得较大，当感应环滑落后可以被垂重体接住)配合，避免感应环滑落至监测洞底后难以取出。
[0011]与前述监测方法中设置多个感应环的理由相同，具体应用时，也可设置多个感应环，多个感应环沿缆索轴向顺次排列。
[0012]优选地，所述卡臂的数量为8个；其中4个卡臂记为第一卡臂组，第一卡臂组内的4个卡臂在外筒轴向上等高设置，另外4个卡臂记为第二卡臂组，第二卡臂组内的4个卡臂在外筒轴向上等高设置，第一卡臂组和第二卡臂组的设置高度不同。
[0013]优选地，第一^^臂组内的4个卡臂的周向位置沿外筒周向均匀分布；第二卡臂组内的4个卡臂的周向位置沿外筒周向均匀分布。
[0014]优选地，第一^^臂组内的4个卡臂的周向位置与第二卡臂组内的4个卡臂的周向
位置——对应。
[0015]优选地，所述支架采用带中孔的圆盘形结构体。采用圆盘形的支架时，可以使支架的外径大于监测洞直径，从而使支架卡接在洞口处，同时还能将洞口全部封闭，避免异物掉入监测洞内。
[0016]优选地，所述垂重体外径大于内筒内径。采用此改进后，垂重体就能将滑落的感应环接住，便于取出感应环，以重复利用。[0017]本发明的有益技术效果是:所需的硬件简单，装置布设方便，数据处理简便，监测结果准确可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1、本发明的使用状态示意图；
图2、感应环横截面示意图；
图3、感应环轴截面示意图；
图中各个标记所对应的部件分别为:支架A、垂重体B、缆索C、处理模块D、磁传感器E、感应环F、外筒1、内筒2、永磁体3、卡臂5、弹簧6。
【具体实施方式】
[0019] 一种地面塌陷监测装置，其结构为:所述地面塌陷监测装置由支架A、垂重体B、缆索C、处理模块D、磁传感器E、通信线缆和感应环F组成；
缆索C上端与支架A固定连接，缆索C下端与垂重体B固定连接；磁传感器E固定在缆索C中部，磁传感器E和处理模块D之间通过通信线缆电气连接；感应环F设置于缆索C上支架A和磁传感器E之间的位置处，且感应环F能沿缆索C滑动；
所述感应环F由外筒1、内筒2、永磁体3、多个卡臂5和多个弹簧6组成；所述外筒I和内筒2均为两端开口的圆筒结构，内筒2套接在外筒I内，外筒I和内筒2之间通过连接梁固定；内筒2内壁上设置有安装槽，永磁体3镶嵌在安装槽内；多个卡臂5与外筒I外壁转动连接，卡臂5能沿外筒I轴向转动；每个卡臂5均对应一个弹簧6，弹簧6的一端与卡臂5中部连接，弹簧6的另一端与外筒I外壁连接；自然状态时，卡臂5外端在弹簧6的拉力作用下向外筒I表面靠拢，且多个卡臂5的外端朝向相同；
缆索C从感应环F的内筒2内孔中穿过，缆索C与内筒2之间留有间隙。
[0020]进一步地，所述外筒I和内筒2同轴设置；所述连接梁的数量为3个或4个，各个连接梁沿外筒I周向均匀分布。
[0021]进一步地，所述感应环F的数量为多个，多个感应环F沿缆索C轴向顺次排列。
[0022]进一步地，所述卡臂5的数量为8个；其中4个卡臂5记为第一卡臂组，第一卡臂组内的4个卡臂5在外筒I轴向上等高设置，另外4个卡臂5记为第二卡臂组，第二卡臂组内的4个卡臂5在外筒I轴向上等高设置，第一卡臂组和第二卡臂组的设置高度不同。
[0023]进一步地，第一^^臂组内的4个卡臂5的周向位置沿外筒I周向均匀分布；第二卡臂组内的4个卡臂5的周向位置沿外筒I周向均匀分布。
[0024]进一步地，第一^^臂组内的4个卡臂5的周向位置与第二卡臂组内的4个卡臂5的周向位置——对应。
[0025]进一步地，所述支架A采用带中孔的圆盘形结构体。
[0026]进一步地,所述垂重体B外径大于内筒2内径。
[0027]一种地面塌陷监测方法，所涉及的硬件有:支架A、垂重体B、缆索C、处理模块D、磁传感器E、通信线缆和感应环F ；
所述地面塌陷监测方法的操作为:
I)在监测区域钻孔，形成与水平方向垂直的监测洞； 2)支架A固定在监测洞的洞口位置处，垂重体B和支架A之间通过缆索C固定连接，垂重体B垂挂在监测洞内；磁传感器E固定在缆索C中部，磁传感器E和处理模块D之间通过通信线缆电气连接；
正常情况下监测洞为柱状结构，感应环F通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接，感应环F的位置位于磁传感器E和支架A之间，感应环F上设置有永磁体3 ；
3)当土体塌陷后，监测洞的内壁被破坏，弹性机构失去支撑部，感应环F向监测洞底部滑落；在感应环F滑落过程中，永磁体3发出的磁力线与磁传感器E的探测区域发生重叠，处理模块D通过磁传感器E感知到感应环F已经滑落，通过对感应环F的设置高度进行预先标定，即可知道土体出现塌陷的深度。
[0028]进一步地，所述感应环F的数量为多个，多个感应环F沿监测洞轴向依次设置。
【权利要求】
1.一种地面塌陷监测装置，其特征在于:所述地面塌陷监测装置由支架(A)、垂重体(B)、缆索(C)、处理模块(D)、磁传感器(E)、通信线缆和感应环(F)组成； 缆索(C)上端与支架(A)固定连接，缆索(C)下端与垂重体(B)固定连接；磁传感器(E)固定在缆索(C)中部，磁传感器(E)和处理模块(D)之间通过通信线缆电气连接；感应环(F)设置于缆索(C)上支架(A)和磁传感器(E)之间的位置处，且感应环(F)能沿缆索(C)滑动； 所述感应环(F)由外筒(I)、内筒(2)、永磁体(3)、多个卡臂(5)和多个弹簧(6)组成；所述外筒(I)和内筒(2)均为两端开口的圆筒结构，内筒(2)套接在外筒(I)内，外筒(I)和内筒(2)之间通过连接梁固定；内筒(2)内壁上设置有安装槽，永磁体(3)镶嵌在安装槽内；多个卡臂(5)与外筒(I)外壁转动连接,卡臂(5)能沿外筒(I)轴向转动；每个卡臂(5)均对应一个弹簧(6),弹簧(6)的一端与卡臂(5)中部连接,弹簧(6)的另一端与外筒(I)外壁连接；自然状态时，卡臂(5)外端在弹簧(6)的拉力作用下向外筒(I)表面靠拢，且多个卡臂(5)的外端朝向相同； 缆索(C)从感应环(F)的内筒(2)内孔中穿过，缆索(C)与内筒(2)之间留有间隙。
2.根据权利要求1所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:所述外筒(I)和内筒(2)同轴设置；所述连接梁的数量为3个或4个，各个连接梁沿外筒(I)周向均匀分布。
3.根据权利要求2所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:所述感应环(F)的数量为多个，多个感应环(F)沿缆索(C)轴向顺次排列。
4.根据权利要求1所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:所述卡臂(5)的数量为8个；其中4个卡臂(5)记为第一卡臂组，第一卡臂组内的4个卡臂(5)在外筒(I)轴向上等高设置，另外4个卡臂(5)记为第二卡臂组，第二卡臂组内的4个卡臂(5)在外筒(I)轴向上等高设置，第一卡臂组和第二卡臂组的设置高度不同。
5.根据权利要求4所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:第一卡臂组内的4个卡臂(5)的周向位置沿外筒(I)周向均匀分布；第二卡臂组内的4个卡臂(5)的周向位置沿外筒(I)周向均匀分布。
6.根据权利要求5所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:第一卡臂组内的4个卡臂(5)的周向位置与第二卡臂组内的4个卡臂(5)的周向位置--对应。
7.根据权利要求1所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:所述支架(A)采用带中孔的圆盘形结构体。
8.根据权利要求1所述的地面塌陷监测装置，其特征在于:所述垂重体(B)外径大于内筒(2)内径。
9.一种地面塌陷监测方法，其特征在于:所涉及的硬件有:支架(A)、垂重体(B)、缆索(C )、处理模块(D )、磁传感器(E )、通信线缆和感应环(F); 所述地面塌陷监测方法的操作为: 1)在监测区域钻孔，形成与水平方向垂直的监测洞； 2)支架(A)固定在监测洞的洞口位置处，垂重体(B)和支架(A)之间通过缆索(C)固定连接，垂重体(B)垂挂在监测洞内；磁传感器(E)固定在缆索(C)中部，磁传感器(E)和处理模块(D)之间通过通信线缆电气连接； 正常情况下监测洞为柱状结构，感应环(F)通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接，感应环(F)的位置位于磁传感器(E)和支架(A)之间，感应环(F)上设置有永磁体(3)；3)当土体塌陷后，监测洞的内壁被破坏，弹性机构失去支撑部，感应环(F)向监测洞底部滑落；在感应环(F)滑落过程中，永磁体(3)发出的磁力线与磁传感器(E)的探测区域发生重叠，处理模块(D)通过磁传感器(E)感知到感应环(F)已经滑落，通过对感应环(F)的设置高度进行预先标定，即可知道土体出现塌陷的深度。
10.根据权利要求9所述的地面塌陷监测方法，其特征在于:所述感应环(F)的数量为多个，多个感应环(F)沿监测洞轴`向依次设置。
【文档编号】G01V3/08GK103558639SQ201310541613
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】陈洪凯, 董平, 唐红梅 申请人:陈洪凯, 董平, 唐红梅