基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法与流程

本发明涉及地质灾害监测，具体为基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法。

背景技术：

1、地面沉降又称为地面下沉或地陷，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。“地陷”，往往是隐伏在第四纪覆盖层下的熔岩中存在岩溶空洞且存在与覆盖层相连的通道，在某些自然因素或人为因素作用下，覆盖层物质沿着岩溶通道漏失到岩溶空洞中，引起覆盖土体发生塌陷，或由于地下水管的破裂，导致地面出现塌陷。随着城市建设步伐的加快，很多地下建筑及设施也日益增多。由于施工质量或地质环境的改变，经常会发生地面沉降，甚至是塌陷的情况。地面沉降或塌陷通常是从地面下部开始，先出现小规模的空洞或塌方，进而逐步扩大为大面积坍塌。因地面下部处于封闭状态，在初步出现塌方时不易被察觉，而当塌陷逐步扩大至地面表面大面积坍塌时，往往会造成巨大的安全事故。

2、然而，传统的探测识别技术多用钻探，触探等方法，只能探测已有的土洞，不能识别新生土洞的由下而上快速扩展的过程，且现有技术中不能长时间持续的直观判定现场周围和地下工程地质的具体情况，难以及时采取针对性的有效处理措施，对地面塌陷预警大多还是被动通知的情况，预警效率较低，同时无法对塌陷程度无法进行预测，导致现场情况不了解，无法实时了解实际情况进行救援的问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法，解决了不能长时间持续的直观判定现场周围和地下工程地质的具体情况，难以及时采取针对性的有效处理措施，对地面塌陷预警大多还是被动通知的情况，预警效率较低，同时无法对塌陷程度无法进行预测，导致现场情况不了解，无法实时了解实际情况进行救援的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，包括驱动块、套块和柱身，所述驱动块下端面中点处固定设置有驱动机构，所述驱动块下端面两侧均固定设置有收缩弹簧，所述驱动块内部中点处嵌入设置有蓄电池且内部靠下端处嵌入设置有控制主板，所述柱身外壁靠上端两侧处均嵌入设置有限位块且限位块一侧固定设置有限位弹簧，所述柱身上端面靠中点处开设有环槽，所述柱身内部一侧靠上端处嵌入设置有位移传感器；

5、所述柱身内部两侧靠上端、中点和靠下端处均嵌入设置有多个预警机构和联动机构，多个所述联动机构分别位于多个预警机构两两相对之间，所述预警机构包括滑动块、移动块和活动块，所述移动块内部嵌入设置有挡块、触动按钮、锤块、连接杆、固定块和倾斜块，所述活动块通过连接绳与移动块连接，所述连接绳外侧中点处固定设置有推动块，所述移动块下端面一侧转动设置有两个轴承；

6、所述联动机构包括多个外杆和轴杆，多个所述外杆内部均螺纹套接有内杆，所述轴杆两端均转动套接有固定件，所述轴杆两端均固定连接有蜗杆且轴杆外壁一侧固定套接有联动齿轮，多个所述外杆外壁中点处均固定套接有蜗轮，所述驱动机构包括驱动杆和多个驱动齿轮。

7、优选的，所述柱身内部开设有多个滑槽，多个所述滑动块分别滑动嵌入设置于多个滑槽内，多个所述滑槽均呈倾斜状，多个所述移动块与滑槽相对一侧均呈倾斜切面。

8、优选的，所述连接绳远离活动块的一端与挡块固定连接，所述连接杆一端通过转轴转动设置于固定块内部，所述连接杆另一端与锤块固定连接，所述触动按钮嵌入设置于移动块内部顶端面一侧，所述倾斜块固定设置于连接杆下端面且远离连接杆的一面与推动块相切贴合。

9、优选的，多个所述外杆和内杆的一端分别转动套接于多个轴承内，且位于同一侧的两个所述外杆和内杆呈倒置状。

10、优选的，位于同一侧的两个蜗轮均与同一侧的蜗杆啮合连接，两个所述蜗杆分别转动套接于两个固定件内侧，所述联动齿轮与驱动齿轮啮合连接。

11、优选的，多个所述驱动齿轮均固定套接于驱动杆外壁且多个驱动齿轮两两之间呈相等间距设置。

12、优选的，所述柱身下端面固定设置有锥头，所述驱动块上端面开设有驱动槽且驱动槽内部中点处固定设置有隔板，所述驱动块外壁一侧中点处嵌入设置有卡接块且卡接块位于蓄电池一侧，两个所述收缩弹簧下端均固定连接嵌块且嵌块均活动嵌入设置于环槽内。

13、优选的，基于地表形变的地面塌陷监测预警装置的使用方法，具体包括以下步骤：

14、s1.预制调整

15、先检查该装置内部嵌入的电池电量剩余量，根据剩余量选择是否替换，完成替换后，旋转外侧的套块使其与驱动块上表面呈同一水平面；

16、s2.埋入

17、先将该预警装置埋入待监测预警区域的地表下端，埋入后利用夹持工具夹持驱动槽内的隔板并旋转，此时埋入下端的柱身外壁由内向外出现凸块，其凸块为预警机构，预警机构一端嵌入土壤内完成埋入；

18、s3.监测预警

19、完成埋入后，由于柱身外壁设置有多个供凸块外移的槽口，且多个槽口的垂直高度不一，各个高度位置的凸块对自身对应深度的土壤地基进行监测，当该深度的土壤发生塌陷时，预警机构嵌入土壤内的活动块下端不再受力发生掉落，使其带动一侧由连接绳连接的挡块和推动块移动，推动块挤压倾斜块带动锤块触发触动按钮，此时完成监测预警；

20、s4.处理

21、由该深度的触发按钮触发信号值可判断当前深度值和所处位置，从而快速对该区域的塌陷方位深度进行判定和处理；

22、s5.巡检

23、定期巡检该监测预警装置的电池电量剩余，并旋转套块下移完成蓄电池的更换巡检。

24、（三）有益效果

25、本发明提供了基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法。具备以下有益效果：

26、1、本发明提供了基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法，通过将该监测预警装置埋设在地面下部，当地面下部出现局部塌方时，塌方部分所对应的预警机构的活动块下端失去支撑而发生下坠，使得活动块下坠过程中会带动一侧由连接绳连接的挡块和推动块移动，推动块挤压倾斜块带动锤块触发触动按钮，触动按钮与上端的控制主板连接发出预警提醒，此时完成监测预警，从而判断出被触发的触发组件所对应的地层出现坍塌，方便后续进行抢救，避免发生大面积坍塌事故。

27、2、本发明提供了基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法，该装置通过预警机构和位移传感器的配合运作，进而达到地表凹陷识别和内部塌陷预警的双重目的，同时内置蓄电池，便于长期监测预警；本装置的结构简单，成本低廉，而在装置嵌入土层中检测时，底端锥头的设置方便更换的嵌入土壤层中；并且在上端可位移的套块以及可拆卸更换的蓄电池，在更换时将套块下移使得蓄电池嵌入口暴露完成快速更换，拆装更加方便有效，进而巡检替换工作效率更快速有效。

技术特征：

1.基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，包括驱动块（1）、套块（2）和柱身（3），其特征在于：所述驱动块（1）下端面中点处固定设置有驱动机构（6），所述驱动块（1）下端面两侧均固定设置有收缩弹簧（10），所述驱动块（1）内部中点处嵌入设置有蓄电池（9）且内部靠下端处嵌入设置有控制主板（13），所述柱身（3）外壁靠上端两侧处均嵌入设置有限位块（14）且限位块（14）一侧固定设置有限位弹簧（15），所述柱身（3）上端面靠中点处开设有环槽（12），所述柱身（3）内部一侧靠上端处嵌入设置有位移传感器（11）；

2.根据权利要求1所述的基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，其特征在于：所述柱身（3）内部开设有多个滑槽，多个所述滑动块（501）分别滑动嵌入设置于多个滑槽内，多个所述滑槽均呈倾斜状，多个所述移动块（502）与滑槽相对一侧均呈倾斜切面。

3.根据权利要求1所述的基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，其特征在于：所述连接绳（509）远离活动块（503）的一端与挡块（504）固定连接，所述连接杆（507）一端通过转轴转动设置于固定块（508）内部，所述连接杆（507）另一端与锤块（506）固定连接，所述触动按钮（505）嵌入设置于移动块（502）内部顶端面一侧，所述倾斜块（5012）固定设置于连接杆（507）下端面且远离连接杆（507）的一面与推动块（5011）相切贴合。

4.根据权利要求1所述的基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，其特征在于：多个所述外杆（702）和内杆（701）的一端分别转动套接于多个轴承（5010）内，且位于同一侧的两个所述外杆（702）和内杆（701）呈倒置状。

5.根据权利要求1所述的基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，其特征在于：位于同一侧的两个蜗轮（704）均与同一侧的蜗杆（703）啮合连接，两个所述蜗杆（703）分别转动套接于两个固定件（705）内侧，所述联动齿轮（706）与驱动齿轮（602）啮合连接。

6.根据权利要求1所述的基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，其特征在于：多个所述驱动齿轮（602）均固定套接于驱动杆（601）外壁且多个驱动齿轮（602）两两之间呈相等间距设置。

7.根据权利要求1所述的基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，其特征在于：所述柱身（3）下端面固定设置有锥头（4），所述驱动块（1）上端面开设有驱动槽（8）且驱动槽（8）内部中点处固定设置有隔板，所述驱动块（1）外壁一侧中点处嵌入设置有卡接块且卡接块位于蓄电池（9）一侧，两个所述收缩弹簧（10）下端均固定连接嵌块且嵌块均活动嵌入设置于环槽（12）内。

8.基于地表形变的地面塌陷监测预警装置的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明提供基于地表形变的地面塌陷监测预警装置及其方法，涉及地质灾害监测技术领域。该基于地表形变的地面塌陷监测预警装置，包括驱动块、套块和柱身，所述驱动块下端面中点处固定设置有驱动机构，所述驱动块下端面两侧均固定设置有收缩弹簧，所述驱动块内部中点处嵌入设置有蓄电池且内部靠下端处嵌入设置有控制主板。通过预警机构和位移传感器的配合运作，进而达到地表凹陷识别和内部塌陷预警的双重目的，不仅可判断出被触发的触发组件所对应的地层出现坍塌，方便后续进行抢救，避免发生大面积坍塌事故，同时端可位移的套块以及可拆卸更换的蓄电池，既利用长期监测预警，且拆装更加方便有效，巡检替换工作效率更快速有效。

技术研发人员：张世礼,曹理利,任红阳
受保护的技术使用者：山东省煤田地质局第三勘探队
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15