一种矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统的制作方法

本发明涉及一种矿山绿化系统，特别是涉及一种用于大型露天矿的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统。

背景技术：

随着大型矿山的开发，产生了大型堆土场，对于环境的破坏日益严峻，特别在西部和东部草原区，此区域环境脆弱，缺水，因此堆土场的治理和维护也显得困难重重，型露天煤矿排土场区域大又搞，水压上不去，洒水又存不住，特别是大型露天矿区域都是采用疏排水的方法，堆土场周边极度缺水，因此合理地提高灌溉用水的利用率以及智能化的土壤温湿度调控系统显得尤为重要；

目前关于土壤温湿度快速监测的设备较多，市面上都有销售，在此不再详述，但是排土场的土壤温湿度实时在线监测领域暂时空白，同时对于排土场，由于土壤透气性强，保水性差，如何保水绿化是一个重要的研究方向；

大型露天煤矿排土场区域大，因为矿坑疏排水造成区域水资源紧张，且排土场又高又大，地下水很难达到自然补给，都是人工洒水维持需求，而排土场水平面高，造成水资源存储及其困难，因此如何充分利用有限的土壤水资源对于排土场绿化有及其重要作用；排土场大型机械化操作，人为的湿度监测和调控都是不可取的，因此智能化机械化的无线操作是十分迫切的；

土壤温度对于植物的生长，特别植物根系有重要影响；

现有技术主要难点有以下几点：

1、了解大型露天矿排土场包气带水储存和损失规律，明确植被水源的来源，从而针对其规律精确测量土壤温湿度；

2、大型露天矿排土场平面高，且土壤透气性强，保水性差，如何改善其保水性能很重要；

3、大型露天矿一般均为区域性缺水，对于西部和东部草原区的大型煤炭基地，本身就是缺水区域，因此精确性补充水分是极其必要的；

4、对于包气带水区域，充分利用植物的根系长短搭配，充分利用土壤空间也是难题所在。

5、因为大型仪器在堆土场操作，如拉土车和铲车等操作，不能人工去一个个快速监测，不安全，不全面也不智能化，必须实时在线监测；实时在线；

6、排土场水资源紧张，且水平面高，必须要高低错开，按照植物根系的长度，一般根系短的200-300mm，根系长的300-800mm，因此必须要监测纵向上200-800的土壤温湿度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，通过所述系统能够设计大型露天矿排土场保水层，同时精确测量包气带水分布，并实现无线传输和稳定电源供电。

一种矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，所述矿排土场包括堆土场，所述系统设置在所述堆土场内，包括隔水层和设置在其上部的多个土壤温湿度监测器。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，所述土壤温湿度监测器包括机箱桶和与其外壁连接的卡槽，在所述卡槽内设置有土壤监测管；

所述土壤监测管为长条形，由凹陷方向相同的第一弧形侧壁和第二弧形侧壁构成，所述第一弧形侧壁的两端与所述第二弧形侧壁的两端相连，在所述第一弧形侧壁上设置有多个渗流孔，在所述第二弧形侧壁上设置有多个供电极探针穿过的探针孔；多对电极探针贯穿所述第二弧形侧壁和所述机箱桶的桶壁，所述电极探针包括多对温度探针和多对湿度探针；在所述机箱桶的上部的内壁上固定有依次与所述电极探针相连的单片机和无线传输装置，在所述机箱桶的下部设置有第三线缆孔，所述单片机还与线缆管相连。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，所述第一弧形侧壁的横截面为直径40mm，圆心角219°的钝角圆弧形，所述第二弧形侧壁的横截面为直径60mm，圆心角77°的锐角圆弧形；所述卡槽由上下两个铁板构成，所述铁板完全覆盖所述土壤监测管的剖面。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，所述线缆管为长条形，其长度方向垂直于所述堆土场的堆土方向，多个所述线缆管平行设置在所述隔水层的上部，每个所述线缆管连接有多个所述土壤温湿度监测器；

所述线缆管包括第二线缆孔和设置在其两侧的左支撑块和右支撑块，在所述第二线缆孔的上部设置有顶板，所述顶板的两侧分别固定在所述左支撑块和所述右支撑块上，在所述左支撑块内部均匀设置有多个第一线缆孔，所述第一线缆孔的轴线方向垂直于所述第二线缆孔的轴线方向，所述第一线缆孔连通外部与所述第二线缆孔。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，所述每个所述线缆管连接有3个所述土壤温湿度监测器，所述第一线缆孔的数量为3个；

所述电极探针的数量为10对，包括5对温度探针和5对湿度探针，沿所述土壤监测管的长度方向从上至下间隔排列。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，所述隔水层形状与所述堆土场的上表面形状相近，由多个相同规格的高密度聚乙烯软板密封拼接而成。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，所述隔水层距离所述堆土场的表面的竖直距离为1.1m，厚度为4mm，所述高密度聚乙烯软板每块宽度为2m，一捆长度为100m。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，还包括电源线、控制中心和自动喷水装置；

所述电源线的一端连接所述单片机，另一端依次穿过所述第三线缆孔、所述第一线缆孔和所述第二线缆孔后与工业电源相连；所述自动喷水装置的数量为多个，均匀设置在所述堆土场的上表面和侧面；所述控制中心与所述无线传输装置和所述自动喷水装置通讯连接。

本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，其中，相邻两个所述线缆管之间的距离为60m，所述机箱桶高1.2m，其中，上部0.2m的长度高于所述堆土场的表面，下端与所述隔水层相距0.1m，所述土壤监测管高0.7m，与所述堆土场的表面和所述隔水层的距离均为0.2m。

采用本发明所述的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统的建立及使用方法，包括如下步骤：

(A)根据堆土场堆土要求，在设计的高度尚欠缺1.1m时，停止堆土，推平土场，铺设隔水层；

(B)继续堆土0.1m，在设计位置铺设线缆管，并铺设电线，将电源线接头从第三线缆孔穿出，依次穿过第一线缆孔和第二线缆孔与位于所述堆土场侧面的工业电源相连，铺设机箱桶和土壤监测管，继续堆土，在所述机箱桶和所述土壤监测管附近土壤需人工铺平，压匀；

(C)当土壤堆积平面低于所述机箱桶顶端0.2m时，铺平，种植根系长为0.2～0.8m的草本植物，在所述堆土场表面均匀布置自动喷水装置；

(D)连接数据线，接通电源，开始监测；

(E)当某监测点任何1对湿度探针显示土壤湿度小于19％时，数据会自动传输到自动喷水装置的单片机上，自动喷水装置在此区域喷水，当5对湿度探针显示土壤湿度均大于30％时或者有1对湿度探针达到42％时，停止喷水；

当最先显示湿度值低于19％的湿度探针为从上至下第1对、第2对、第3对、第4对或第5对湿度探针时，自动喷水装置的喷水半径分别为6m、8m、11m、15m和20m；

当5对湿度探针显示土壤湿度均大于30％时或者有1对湿度探针达到42％时，停止喷水。

本发明矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统与现有技术不同之处在于:

本发明矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统

有益效果：

本发明提供了一种结构简单、成本低、操作简便的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，通过稳定电源供电、立体式分布温湿度实时监测、隔水层设计和智能化喷水装置，实现了堆土场节约用水和温湿度只能调控，为排土场的绿化奠定了数据基础和科学依据。

大型露天矿排土场平面高，且土壤透气性强，保水性差，隔水层的设计改善了堆土场的保水性能，大大提高了水的使用效率，节约了大量水资源；

实时在线监测系统的设计，实现了水资源的科学准确监测，同时降低了工人作业强度，保证了工人作业安全，线缆管的设计也保证了电源线的稳定，从而保证了这个系统的稳定。

土壤监测管高0.7m，按照植物根系的长度，一般根系短的200-300mm，根系长的300-800mm，因此监测纵向上200-800mm的土壤温湿度，实现有效土壤资源的全面温湿度监测。智能化的喷水装置实现了土壤精确性补水，对于水的使用效率大大提高，对于土壤的使用效率也大大提高。

下面结合附图对本发明的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统作进一步说明。

附图说明

图1为本发明矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统的结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本发明中土壤温湿度监测器的结构示意图；

图4为本发明中土壤监测管的侧视结构示意图；

图5为本发明中土壤监测管的俯视结构示意图；

图6为本发明中线缆管的侧视剖面结构示意图；

图7为本发明中线缆管的俯视剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1～图7所示，一种矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统，矿排土场包括堆土场1，系统设置在堆土场1内，包括隔水层2和设置在其上部的多个土壤温湿度监测器3。土壤温湿度监测器3包括机箱桶5和与其外壁连接的卡槽6，在卡槽6内设置有土壤监测管7；土壤监测管7为长条形，由凹陷方向相同的第一弧形侧壁701和第二弧形侧壁702构成，第一弧形侧壁701的两端与第二弧形侧壁702的两端相连，在第一弧形侧壁701上设置有多个渗流孔703，在第二弧形侧壁702上设置有多个供电极探针8穿过的探针孔；多对电极探针8贯穿第二弧形侧壁702和机箱桶5的桶壁，电极探针8包括多对温度探针802和多对湿度探针801；在机箱桶5的上部的内壁上固定有依次与电极探针8相连的单片机9和无线传输装置10，在机箱桶5的下部设置有第三线缆孔11，单片机9还与线缆管12相连。

以上结构足以实现本发明的目的，在此基础上，本发明还给出了以下的优选方式：

第一弧形侧壁701的横截面为直径40mm，圆心角219°的钝角圆弧形，第二弧形侧壁702的横截面为直径60mm，圆心角77°的锐角圆弧形；卡槽6由上下两个铁板构成，铁板完全覆盖土壤监测管7的剖面。

线缆管12为长条形，其长度方向垂直于堆土场1的堆土方向，多个线缆管12平行设置在隔水层2的上部，每个线缆管12连接有多个土壤温湿度监测器3；线缆管12包括第二线缆孔13和设置在其两侧的左支撑块14和右支撑块15，在第二线缆孔13的上部设置有顶板17，顶板17的两侧分别固定在左支撑块14和右支撑块15上，在左支撑块14内部均匀设置有多个第一线缆孔16，第一线缆孔16的轴线方向垂直于第二线缆孔13的轴线方向，第一线缆孔16连通外部与第二线缆孔13，这样的设计保证了抗压，从而保证线缆安全稳定。

每个线缆管12连接有3个土壤温湿度监测器3，第一线缆孔16的数量为3个，数量可以根据实际情况进行调整，3个是效果比较好的设置方式。电极探针8的数量为10对，包括5对温度探针802和5对湿度探针801，沿土壤监测管7的长度方向从上至下间隔排列。数量可以根据实际情况进行调整，各5对是效果比较好的设置方式。

隔水层2形状与堆土场1的上表面形状相近，由多个相同规格的高密度聚乙烯软板密封拼接而成。隔水层2距离堆土场1的表面的竖直距离为1.1m，厚度为4mm，高密度聚乙烯软板每块宽度为2m，一捆长度为100m，可自由裁剪，但之间一定要密封好。

本发明的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统还包括电源线18、控制中心和自动喷水装置；电源线18的一端连接单片机9，另一端依次穿过第三线缆孔11、第一线缆孔16和第二线缆孔13后从堆土场1侧面流出，与工业电源相连，保证电源供电，保证监测过程稳定，且线缆管12的抗压设计保证电源线18的安全，工业用电保证用电的稳定性，因为堆土场1表面有大量作业工作，太阳能发电板供电不可行，一次性锂电池供电成本高，且电量有限，不可行；较之这些，工业用电稳定可靠，成本低廉；信号通过无线传输装置10无线传输到控制中心，因为堆土场1表面有大量作业工作，必须无线传输，控制中心控制自动喷水装置喷水；

自动喷水装置的数量为多个，均匀设置在堆土场1的上表面和侧面；控制中心与无线传输装置10和自动喷水装置通讯连接。相邻两个线缆管12之间的距离为60m，机箱桶5高1.2m，其中，上部0.2m的长度高于堆土场1的表面，下端与隔水层2相距0.1m，土壤监测管7高0.7m，与堆土场1的表面和隔水层2的距离均为0.2m，即监测地表以下0.2m至地表以下0.9m之间的温湿度，这个区域也是堆土场根系发育的区域。

本发明的矿排土场土壤温湿度监测及智能化调控系统的建立及使用方法，包括如下步骤：

(A)根据堆土场1堆土要求，在设计的高度尚欠缺1.1m时，停止堆土，推平土场，铺设隔水层2；

(B)继续堆土0.1m，在设计位置铺设线缆管12，并铺设电线，将电源线18接头从第三线缆孔11穿出，依次穿过第一线缆孔16和第二线缆孔13与位于堆土场1侧面的工业电源相连，铺设机箱桶5和土壤监测管7，继续堆土，在机箱桶5和土壤监测管7附近在机箱桶5和土壤监测管7附近不能车厢直接卸土，土壤需人工铺平，压匀；

(C)当土壤堆积平面低于机箱桶5顶端0.2m时，铺平，种植根系长为0.2～0.8m的草本植物，在堆土场1表面和侧面均匀布置自动喷水装置；

(D)连接数据线，接通电源，开始监测；

(E)当某监测点任何1对湿度探针801显示土壤湿度小于19％时，数据会自动传输到自动喷水装置的单片机上，自动喷水装置在此区域喷水，当5对湿度探针801显示土壤湿度均大于30％时或者有1对湿度探针801达到42％时，停止喷水；

当最先显示湿度值低于19％的湿度探针801为从上至下第1对、第2对、第3对、第4对或第5对湿度探针时，自动喷水装置的喷水半径分别为6m、8m、11m、15m和20m；

当5对湿度探针801显示土壤湿度均大于30％时或者有1对湿度探针801达到42％时，停止喷水。

本发明的所有数量以及设置的数值都是优选方式，并不是对技术方案的限定，可以根据现场实际情况进行调整，本发明给出的所有数量以及设置的数值是在实际生产和实践中得到的最优的设置方式，效果比别的数值要好。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。