鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】一種鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其結構為：保護罩內設置有安裝腔，時域反射傳感器、聲傳感器和導流管均設置于安裝腔內；導流管沿保護罩軸向分布，其上端形成溢流口、下端形成泄流口；保護罩表面設置有采水口和采樣口，采水口與導流管連通，采樣口處設置有聲傳感器；時域反射傳感器鄰近保護罩上端設置；時域反射傳感器、聲傳感器和電控閥均與控制器電氣連接。本實用新型的有益技術效果是：將被動監(jiān)測和主動監(jiān)測相結合，利用被動監(jiān)測裝置低能耗的特性來實現(xiàn)系統(tǒng)的長時低能耗運作，主動監(jiān)測裝置受被動監(jiān)測裝置觸發(fā)，能夠在出現(xiàn)問題后進行具有針對性的預警檢測，避免了單一采用主動監(jiān)測裝置時運營成本高、存在安全隱患的問題。
【專利說明】鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種地下水害監(jiān)測技術，尤其涉及一種鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置。
【背景技術】
[0002]地下工程身處復雜的巖土介質全方位包圍中，水文地質情況錯綜復雜，尤其是近年來，隨著對地下礦業(yè)資源的深入開發(fā)，因水害引發(fā)的透水、塌陷事故層出不窮。
[0003]地下工程水害的形成及發(fā)生需要特定的環(huán)境和條件，其中，水源和導水通道是目前公認的重要影響因素；水源通常包括大氣降水、地表水、地下水和老窯水等，導水通道包括構造斷裂、頂板垮落、底板破壞、不良鉆孔、陷落柱與喀斯特塌洞等。前述因素在實際工程中往往交織耦合，既隱蔽難以直觀測量，又具有隨時演變特點，其危害可能凸顯在地下圍壓空間的任何位置，因此只有對地下水文進行具有覆蓋性的廣域實時監(jiān)測才能透徹了解水源、通道的現(xiàn)場信息，為實施地下水害預警防治奠定技術基礎。
[0004]對地下空間水文狀態(tài)進行在線監(jiān)測可以實現(xiàn)對水害的監(jiān)控防治，但地下水文在復雜環(huán)境下的圍壓態(tài)以及隱蔽性、時變性引出監(jiān)測區(qū)域廣域化難題，對目前的地下水文監(jiān)測技術提出嚴峻挑戰(zhàn)，國內外相關技術異常匱乏。
[0005]目前對地下水害的監(jiān)測預警技術按探測方式可分為主動探測和被動探測兩大類:
[0006]主動探測的特 點是:由監(jiān)測儀器向被測對象施加激勵信號，通過分析攜帶了被測對象特性的反饋信號實現(xiàn)對被測對象狀態(tài)的觀測。主動探測包括網(wǎng)絡并行電法儀、TSP (隧道地震預測)方法、瞬變電磁法、電磁波時域反射技術等。其中，時域反射(Time-DomainReflectometry,簡稱TDR)測量基于電磁波時域反射原理,通過觀測傳感器上時域反射波的起始、終止時間和反射幅度，能夠快速反演推算介質的介電常數(shù)和電導率等參數(shù)。
[0007]被動探測的特點是:被測對象與環(huán)境相互作用，向外界發(fā)射攜帶了被測對象特性的物理或化學信號，監(jiān)測儀器通過捕捉并分析這些信號實現(xiàn)對被測對象狀態(tài)的觀測。被動探測包括高精度微震監(jiān)測技術、地下磁流體探測、熱紅外光譜和微波遙感技術、聲發(fā)射技術等。其中，聲發(fā)射(Acoustic Emiss1n)技術是利用了巖石結構在受力變形過程中會以彈性波形式釋放出應力應變能的現(xiàn)象。
[0008]上述主動探測方法和被動探測方法各有其優(yōu)缺點。盡管主動探測可以根據(jù)監(jiān)測需要選擇監(jiān)測時間、監(jiān)測地點，獲取相對清楚的地下水文地質性狀，但從儀器科學的研究視角看，主動探測要實現(xiàn)在線實時監(jiān)測需要持續(xù)的激發(fā)能量注入，監(jiān)測設備耗能大，在礦井等富含瓦斯的場合應用具有一定安全隱患。被動探測優(yōu)點是能捕捉隨機發(fā)生的瞬態(tài)信號，不需向監(jiān)測對象注入激發(fā)能量，儀器系統(tǒng)功耗相對較低，但被測對象發(fā)射信號通常比較微弱，容易混雜復雜地質環(huán)境噪聲信號，對測量儀器的精準度和信號處理能力有較高要求。此外，現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)成本昂貴，難以推廣用于地下工程施工運營期間的全方位實時在線安全監(jiān)測，在以低能耗、低存儲、低成本代價滿足監(jiān)測區(qū)域的廣域化需求方面還有待新的技術思路。實用新型內容
[0009]針對【背景技術】中的問題，本實用新型提出了一種鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其結構為:所述監(jiān)測裝置由時域反射傳感器、多個聲傳感器、導流管、控制器和保護罩組成；所述保護罩外形為柱狀，保護罩內設置有安裝腔，時域反射傳感器、聲傳感器和導流管均設置于安裝腔內；所述導流管沿保護罩軸向分布，導流管上端形成溢流口，溢流口延伸至保護罩上端面以上，導流管下端形成泄流口，泄流口延伸至保護罩下端面以下，泄流口位置處設置有電控閥；保護罩表面沿保護罩軸向每間隔一定高度就設置有一采水口，每個采水口均通過一徑向連通管與導流管連通；保護罩表面沿保護罩軸向每間隔一定高度就設置有一采樣口，每個采樣口處均設置有一聲傳感器；采樣口和采水口互不干涉；時域反射傳感器鄰近保護罩上端設置，時域反射傳感器的探針延伸至保護罩上端面以上；時域反射傳感器、多個聲傳感器和電控閥均與控制器電氣連接。
[0010]本實用新型的原理是:聲傳感器用于檢測周圍土體中因地質或水文原因而產(chǎn)生的聲信號，其工作模式類似于【背景技術】中的被動探測；時域反射傳感器能基于時域反射原理獲取到周圍土體的含水量信息，其工作模式類似于【背景技術】中的主動探測；導流管的作用有二，其一，當?shù)叵鹿こ檀嬖谕杆[患時，周圍土體的滲水會明顯增多，水可以通過導流管逐漸向上浸漫，當水漫過溢流口后，就會滲入探針周圍的土體內，從而改變探針周圍土體的含水量，并使之被時域反射傳感器檢測到，由于存在多個采水口，因此無論滲透水是來自于保護罩高程范圍內的哪個土層，都能被時域反射傳感器檢測到，即一套時域反射傳感器就能對保護罩全長范圍的土體進行監(jiān)測，其二，當滲水情況較為嚴重時，可以通過控制電控閥使泄流口打開，將水向外排出，能夠在局部上緩解透水程度，放緩透水災害的演進速度；
[0011]本實用新型的核心創(chuàng)新點在于:聲傳感器最顯著的優(yōu)勢就是能耗低，即使長時運作其運行成本也十分低廉，本實用新型利用其前述特點將其作為“觸發(fā)裝置”，用于長期低能耗監(jiān)測，待聲傳感器檢測到異響后，再啟動能耗較高的時域反射傳感器進行有針對性的檢測，這就避免了單一采用時域反射傳感器的弊端(由于時域反射傳感器能耗較高，如果長期頻繁運行，則系統(tǒng)運營成本將十分巨大，并且在富含瓦斯的場合，時域反射傳感器長期頻繁運行存在一定安全隱患)，使系統(tǒng)運營成本得到大幅縮減。
[0012]優(yōu)選地，所述多個采水口等間距分布。
[0013]優(yōu)選地，所述多個采樣口等間距分布。
[0014]為了避免探針和溢流口因土體擠壓而損壞，優(yōu)選地，保護罩上端面設置有敞口的支撐筒，時域反射傳感器的探針和溢流口均位于支撐筒內，支撐筒的高度高于探針和溢流□。
[0015]優(yōu)選地，所述聲傳感器采用壓電諧振傳感器。
[0016]優(yōu)選地，所述采水口處設置有第一單向閥。單向閥能使?jié)B透水只能從外部向導流管內單向流動。
[0017]優(yōu)選地，所述保護罩的上端的內壁上設置有溫度傳感器，所述溫度傳感器與控制器電氣連接。
[0018]為了保證聲傳感器與土體表面的良好接觸，本實用新型還作了如下改進:所述保護罩內設置有施力螺桿，施力螺桿的軸向與保護罩軸向平行；聲傳感器通過齒輪換向器與施力螺桿傳動連接，所述齒輪換向器能在施力螺桿的傳動作用下傳動聲傳感器作徑向移動。當裝置安裝好后，可通過旋動施力螺桿來傳動齒輪換向器，使聲傳感器沿徑向向外移動，這就可以使聲傳感器緊貼在土體表面，保證聲傳感器的監(jiān)測效果。
[0019]優(yōu)選地，所述溢流口處設置有第二單向閥。溢流口處的單向閥只能讓水從導流管內向外單向流動。
[0020]本實用新型的有益技術效果是:將被動監(jiān)測和主動監(jiān)測相結合，利用被動監(jiān)測裝置低能耗的特性來實現(xiàn)系統(tǒng)的長時低能耗運作，主動監(jiān)測裝置受被動監(jiān)測裝置觸發(fā)，能夠在出現(xiàn)問題后進行具有針對性的預警檢測，避免了單一采用主動監(jiān)測裝置時運營成本高、存在安全隱患的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1、本本實用新型的結構示意圖；
[0022]圖中各個標記所對應的名稱分別為:時域反射傳感器1、聲傳感器2、導流管3、溢流口 3-1、泄流口 3-2、控制器4、保護罩5、采水口 5-1、連通管5_2、采樣口 5_3、支撐筒5_4、溫度傳感器6、施力螺桿7、齒輪換向器8。
【具體實施方式】
[0023]一種鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其結構為:所述監(jiān)測裝置由時域反射傳感器1、多個聲傳感器2、導流管3、控制器4和保護罩5組成；所述保護罩5外形為柱狀，保護罩5內設置有安裝腔，時域反射傳感器1、聲傳感器2和導流管3均設置于安裝腔內；所述導流管3沿保護罩5軸向分布，導流管3上端形成溢流口 3-1，溢流口 3-1延伸至保護罩5上端面以上，導流管3下端形成泄流口 3-2，泄流口 3-2延伸至保護罩5下端面以下，泄流口 3-2位置處設置有電控閥；保護罩5表面沿保護罩5軸向每間隔一定高度就設置有一采水口 5-1，每個采水口 5-1均通過一徑向連通管5-2與導流管3連通；保護罩5表面沿保護罩5軸向每間隔一定高度就設置有一采樣口 5-3，每個采樣口 5-3處均設置有一聲傳感器2 ;采樣口 5-3和采水口 5-1互不干涉；時域反射傳感器I鄰近保護罩5上端設置，時域反射傳感器I的探針延伸至保護罩5上端面以上；時域反射傳感器1、多個聲傳感器2和電控閥均與控制器4電氣連接。
[0024]進一步地，所述多個采水口 5-1等間距分布。
[0025]進一步地，所述多個采樣口 5-3等間距分布。
[0026]進一步地，保護罩5上端面設置有敞口的支撐筒5-4，時域反射傳感器I的探針和溢流口 3-1均位于支撐筒5-4內，支撐筒5-4的高度高于探針和溢流口 3-1。
[0027]進一步地，所述聲傳感器2采用壓電諧振傳感器。
[0028]進一步地，所述采水口 5-1處設置有第一單向閥。
[0029]進一步地，所述保護罩5的上端的內壁上設置有溫度傳感器6，所述溫度傳感器6與控制器4電氣連接。
[0030]進一步地，所述保護罩5內設置有施力螺桿7，施力螺桿7的軸向與保護罩5軸向平行；聲傳感器2通過齒輪換向器8與施力螺桿7傳動連接，所述齒輪換向器8能在施力螺桿7的傳動作用下傳動聲傳感器2作徑向移動。[0031]進一步地，所述溢流口 3-1處設置有第二單向閥。
[0032]具體應用時，按如下方式設置裝置:在監(jiān)測區(qū)域鉆取監(jiān)測孔，將鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置設置于監(jiān)測孔內，然后將監(jiān)測孔封閉，僅使泄流口裸露在外(外部還設置有用于安裝控制器4的殼體);其中，聲傳感器2、溢流口 3-1、探針和采水口 5-1均與土體接觸；
[0033]裝置運行后，控制器4驅動聲傳感器2對周圍土體內的異響進行連續(xù)監(jiān)測；若監(jiān)測過程中未發(fā)現(xiàn)異響，則控制器4每間隔一定時間就驅動時域反射傳感器I對土體含水量進行檢測；若監(jiān)測過程中某一聲傳感器2監(jiān)測到異響，則控制器4立即控制時域反射傳感器I對土體含水量進行連續(xù)檢測；控制器4內預存有含水量安全閾值和含水量警戒閾值；控制器4通過時域反射傳感器I獲取到土體含水量的信息后，控制器4將土體含水量與含水量安全閾值和含水量警戒閾值進行比較:若土體含水量大于含水量安全閾值小于含水量警戒閾值，則控制器4向外發(fā)出告警信號；若土體含水量大于含水量警戒閾值，則控制器4除了發(fā)出告警信號外，還同時控制電控閥打開，泄流口 3-2向外泄水。
【權利要求】
1.一種鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述監(jiān)測裝置由時域反射傳感器(I)、多個聲傳感器(2)、導流管(3)、控制器(4)和保護罩(5)組成；所述保護罩(5)外形為柱狀，保護罩(5)內設置有安裝腔，時域反射傳感器(I)、聲傳感器(2)和導流管(3)均設置于安裝腔內；所述導流管(3)沿保護罩(5)軸向分布，導流管(3)上端形成溢流口(3-1)，溢流口(3-1)延伸至保護罩(5)上端面以上，導流管(3)下端形成泄流口(3-2)，泄流口(3-2)延伸至保護罩(5)下端面以下，泄流口(3-2)位置處設置有電控閥；保護罩(5)表面沿保護罩(5)軸向每間隔一定高度就設置有一采水口( 5-1 )，每個采水口( 5-1)均通過一徑向連通管(5-2)與導流管(3)連通；保護罩(5)表面沿保護罩(5)軸向每間隔一定高度就設置有一采樣口( 5-3 )，每個采樣口( 5-3 )處均設置有一聲傳感器(2 );采樣口( 5-3 )和采水口(5-1)互不干涉；時域反射傳感器(I)鄰近保護罩(5)上端設置，時域反射傳感器(I)的探針延伸至保護罩(5)上端面以上；時域反射傳感器(I)、多個聲傳感器(2)和電控閥均與控制器(4)電氣連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述多個采水口(5-1)等間距分布。
3.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述多個采樣口(5-3)等間距分布。
4.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:保護罩(5 )上端面設置有敞口的支撐筒(5-4 )，時域反射傳感器(I)的探針和溢流口( 3-1)均位于支撐筒(5-4)內，支撐筒(5-4)的高度高于探針和溢流口(3-1)。
5.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述聲傳感器(2 )采用壓電諧振傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述采水口( 5-1)處設置有第一單向閥。
7.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述保護罩(5)的上端的內壁上設置有溫度傳感器(6)，所述溫度傳感器(6)與控制器(4)電氣連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述保護罩(5)內設置有施力螺桿(7)，施力螺桿(7)的軸向與保護罩(5)軸向平行；聲傳感器(2)通過齒輪換向器(8)與施力螺桿(7)傳動連接，所述齒輪換向器(8)能在施力螺桿(7)的傳動作用下傳動聲傳感器(2)作徑向移動。
9.根據(jù)權利要求1所述的鉆埋分層式電磁-聲地下水害監(jiān)測裝置，其特征在于:所述溢流口(3-1)處設置有第二單向閥。
【文檔編號】E21F17/18GK203822381SQ201420213308
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】鄭偉 申請人:鄭偉