一种采动裂缝监测装置
阅读：42发布：2023-01-25
专利汇可以提供一种采动裂缝监测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种采动裂缝监测装置，包括 指针 装置和读数装置，其中：所述指针装置包括第一基站杆及连接在所述第一基站杆上端的读数指针；所述读数装置包括第二基站杆及连接在所述第二基站杆上端的栅格读数盘；所述第一基站杆和第二基站杆在采动裂缝两侧对应安装，所述读数指针正投影于栅格读数盘。本实用新型可直接反映裂缝宽度和落差，为裂缝持续性监测工作提供简便装置。，下面是一种采动裂缝监测装置专利的具体信息内容。
1.一种采动裂缝监测装置，其特征在于，包括指针装置和读数装置，其中：
所述指针装置包括第一基站杆及连接在所述第一基站杆上端的读数指针；
所述读数装置包括第二基站杆及连接在所述第二基站杆上端的栅格读数盘；
所述第一基站杆和第二基站杆在采动裂缝两侧对应安装，所述读数指针正投影于栅格读数盘。
2.根据权利要求1所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述第一基站杆和所述读数指针之间还设置有第一调平基座；所述第二基站杆和所述栅格读数盘之间还设置有第二调平基座，所述第一调平基座或第二调平基座包括顶层板和底层板，其中：
所述顶层板和所述底层板通过水平微调螺栓连接；
所述顶层板上还设置有气泡水准器，用于判断第一调平基座或第二调平基座的水平位置。
3.根据权利要求2所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述第一调平基座和所述读数指针之间还依次连接有第一直连接杆和拐连接杆，其中，所述拐连接杆呈90°弯曲。
4.根据权利要求2所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述第二调平基座和所述栅格读数盘之间还连接有第二直连接杆。
5.根据权利要求2-4任一项所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述顶层板上设置有与所述第一直连接杆或第二直连接杆相套接的上连接管，所述底层板上设置有与第一基站杆或第二基站杆相套接的下连接管。
6.根据权利要求5所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述第一基站杆的上端和第一调平基座的下连接管通过螺栓固定连接；第一调平基座的上连接管和第一直连接杆的下端通过螺栓固定连接；第一 直连接杆的上端和拐连接杆的垂直末端通过螺栓固定连接；
拐连接杆的水平末端与读数指针的始端通过螺栓固定连接；
第二基站杆的上端和第二调平基座的下连接管通过螺栓固定连接；第二调平基座的上连接管和第二直连接杆的下端通过螺栓固定连接；第二直连接杆的上端和栅格读数盘的右侧通过螺栓固定连接。
7.根据权利要求1所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述第一基站杆和第二基站杆具有尖端底部，且顶部设置有辅助支撑盘。
8.根据权利要求3所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述读数指针包括可伸缩结构及连接在可伸缩结构末端的指针，所述可伸缩结构的始端与拐连接杆的水平末端连接。
9.根据权利要求1所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述栅格读数盘标注有水平刻度和竖直刻度中的一种或两种。
10.根据权利要求3所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述拐连接杆水平末端设置有第一连接孔，所述栅格读数盘顶端设置有第二连接孔；
所述装置中还设有防风固定绳，所述防风固定绳包括不可伸缩的绳索，所述绳索的一端连接铁钎，用于与地面嵌插固定；所述绳索的另一端连接具有可闭合开口的环形连接件，用于与所述第一连接孔或所述第二连接孔连接，所述环形连接件上可连接一条或多条所述绳索。
一种采动裂缝监测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种土壤和环境监测装置，尤其涉及一种采动裂缝的监测装置。
背景技术
[0002] 据相关统计数据，2010年我国煤炭开采总量已经达到了30亿吨，煤炭开采为我国经济建设提供能源动力，但也造成了区域内土地生态环境的损毁，地表变形与开裂而形成的地裂缝则是一种常见的表现形式。据相关研究表明，裂缝在地表存在的过程中，加剧了土壤水分损失，造成其周围土壤特别是浅地表范围内含水量的明显降低，裂缝两侧的土壤的孔隙度较未损毁区域增大而土壤容重降低，土壤入渗深度、平均入渗率也普遍增大，从而也直接导致浅地表土壤的保水能力下降，影响植物的生长。
[0003] 目前，在煤矿区下沉盆地内的裂缝演变数据的监测工作开展相对较少，通常采用的监测手段为现场直接监测、INSAR或者CR-INSAR、三维激光扫描等探测技术以及GPS技术，利用INSAR技术，采用地裂缝照成的形变去相干特征，通过滤波处理的差分干涉图提取活动地裂缝的位置信息；利用三维激光扫描形成点云数据，根据小波分析技术的函数模型某尺度细节突变的信息提取地裂缝的分布特征；利用GPS技术监测地裂缝近期活动的有关数据信息；在现场直接监测中，相关学者也对裂缝观测的采集装置进行了研究，例如IGG-1型机械式裂缝计，在裂缝两端布设水泥桩，利用测杆测量裂缝两侧的张开、水平错动和垂直错动3个方向的相对位移量。
[0004] 采用上述裂缝监测系统的监测下沉盆地裂缝的生长变化情况，效果固然不错，但是系统的开发和维护成本相对较高，利用INSAR、三维激光扫描以及GPS技术，能够监测裂缝的分布状态，对于裂缝尤其是工作面前方裂缝的演变数据的细微变化也比较困难，IGG-1型机械式裂缝计的布设工作成本也较大，且在施工过程中也很难保证两端测杆的处于平行状态，影响监测效果。此外，目前的装置多基于裂缝出现前后的状态，对于裂缝生长变化过程中土壤损伤规律的细致研究没有涉及，裂缝的从产生到闭合全过程的时空演变数据的监测是研究土壤损伤规律的重要组成部分，采用何种经济实用的装置和设备获取地裂缝变化数据显得尤为重要，亟待解决。实用新型内容
[0005] 针对现有技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种采动裂缝的监测装置，其可直接反映裂缝宽度和落差，为裂缝持续性监测工作提供简便装置。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采取了如下的技术方案：
[0007] 本实用新型提供的采动裂缝的监测装置，包括指针装置和读数装置，其中：
[0008] 所述指针装置包括第一基站杆及连接在所述第一基站杆上端的读数指针；
[0009] 所述读数装置包括第二基站杆及连接在所述第二基站杆上端的栅格读数盘；
[0010] 所述第一基站杆和第二基站杆在采动裂缝两侧对应安装，所述读数指针正投影于栅格读数盘。
[0012] 所述顶层板和所述底层板通过水平微调螺栓连接；
[0013] 所述顶层板上还设置有气泡水准器，用于判断第一调平基座或第二调平基座的水平位置。
[0015] 进一步地，第二调平基座和栅格读数盘之间还连接有第二直连接杆。
[0016] 进一步地，所述顶层板上设置有与所述第一直连接杆或第二直连接杆相套接的上连接管，所述底层板上设置有与第一基站杆或第二基站杆相套接的下连接管。
[0017] 进一步地，所述第一基站杆的上端和第一调平基座的下连接管通过螺栓固定连接；第一调平基座的上连接管和第一直连接杆的下端通过螺栓固定连接；第一直连接杆的上端和拐连接杆的垂直末端通过螺栓固定连接；拐连接杆的水平末端与读数指针的始端通过螺栓固定连接；
[0018] 第二基站杆的上端和第二调平基座的下连接管通过螺栓固定连接；第二调平基座的上连接管和第二直连接杆的下端通过螺栓固定连接；第二直连接杆的上端和栅格读数盘的右侧通过螺栓固定连接。
[0019] 进一步地，所述第一基站杆和第二基站杆具有尖端底部，且顶部设置有辅助支撑盘。
[0020] 进一步地，所述读数指针包括可伸缩结构及连接在可伸缩结构末端的指针，所述可伸缩结构的始端与拐连接杆的水平末端连接。
[0021] 进一步地，所述栅格读数盘标注有水平刻度和竖直刻度中的一种或两种。
[0022] 进一步地，所述拐连接杆水平末端设置有第一连接孔，所述栅格读数盘顶端设置有第二连接孔；所述装置中还设有防风固定绳，所述防风固定绳包括不可伸缩的绳索，所述绳索的一端连接铁钎，用于与地面嵌插固定；所述绳索的另一端连接具有可闭合开口的环形连接件，用于与所述第一连接孔或所述第二连接孔连接，所述环形连接件上可连接一条或多条所述绳索。
[0023] 本实用新型提供的采动裂缝的监测装置不但可直接反映裂缝宽度和落差，而且结构简单，便于操作者根据实际观测条件自行进行拆装，实际应用时还可只保留基站杆，其他组件可在其他监测地点循环使用，因此有效地减少了监测装置的数量，降低装置使用的成本，为裂缝持续性监测工作提供了简便装置。附图说明
[0024] 图1为本实用新型一种优选的采动裂缝的监测装置的结构示意图；
[0025] 图2为图1所示采动裂缝的监测装置的俯视图；
[0026] 图3为图1所示采动裂缝的监测装置的左视图；
[0027] 图4为图1所示采动裂缝的监测装置中基站杆结构示意图；
[0028] 图5a为图1所示采动裂缝的监测装置中读数指针结构示意图；
[0029] 图5b为图5a所示读数指针的局部A放大图；
[0030] 图6a为图1所示采动裂缝的监测装置中栅格读数盘结构示意图；
[0031] 图6b为6a所示栅格读数盘的局部B放大图；
[0032] 图7a为图1所示采动裂缝的监测装置中调平基座结构示意图；
[0033] 图7b为7a所示调平基座的顶层板结构示意图；
[0034] 图7c为7a所示调平基座的底层板结构示意图；
[0035] 图8为图1所示采动裂缝的监测装置中调平基座分别与基站杆和直连接杆套接示意图；
[0036] 图9为本实用新型一种优选的采动裂缝的监测装置的防风固定绳的结构示意图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图，对本实用新型的一个优选实施例做详细描述。
[0038] 如图1-3所示，本实用新型提供了一种采动裂缝的监测装置，其包括指针装置1和读数装置2，其中：
[0039] 指针装置1包括第一基站杆31和读数指针4，其中，第一基站杆31的顶端还设置有第一调平基座61，第一调平基座61和读数指针4之间还依次连接有第一直连接杆81和拐连接杆7。
[0040] 读数装置2包括第二基站杆32及栅格读数盘5，其中，第二基站杆32顶端设置有第二调平基座62，第二调平基座62和栅格读数盘5之间连接有第二直连接杆82。
[0041] 第一基站杆31和第二基站杆32在采动裂缝两侧对应安装，并且使读数指针4正投影于栅格读数盘5。
[0042] 由于布设该监测装置时常遇到致密的土层而难于将基站杆嵌入较深的土层中，因此本实施例中的第一基站杆31和第二基站杆32优选地设置尖端底部311和321，当然，考虑到整套监测装置稳定性及不同地质条件的需要，本实用新型还可将其底部加工成任何适合的固定结构，而不限于尖端底部。此外，如图4所示，本实施例中第一基站杆31和第二基站杆32的顶部还分别设置有辅助支撑盘312和322，用于辅助支撑第一调平基座61。最后，考虑到整套装置的轻便性，本实用新型的第一基站杆31和第二基站杆32优选地以长度为1.2～1.5m，直径为20mm，厚度2～3mm的不锈钢中空的圆柱体制备，此外，为了便于在实际使用过程中直接判定基站杆的大致的埋设深度及保护基站杆不受土壤和空气的腐蚀，其外部还可以涂覆防锈漆，例如涂覆间距为10cm，红白相间的防锈漆，若不需要对基站杆嵌入土层的深度做估算，也可涂覆单一颜色的防锈漆，以简化工艺，节约成本。
[0043] 读数指针4具体结构如图5a及图5b所示，其包括可伸缩结构4 1及连接在可伸缩结构41末端的指针42，指针42呈十字丝状，可伸缩结构的4 1始端与拐连接杆7的水平末端连接。作为本实用新型一种优选方案，可伸缩结构41优选地由A、B两种直径不同的不锈钢管组成，并且B管左端部内嵌于A管的右端部，藉此根据布设条件，调节其伸缩量。当然，在布设条件允许的情况下，也可以采用不可伸缩结构替代可伸缩结构41。本实施例中，A管的直径优选为10mm，厚度优选为2mm，长度优选为20cm，B管的右端部直径为5mm，长度为15cm，且其外部标注有标准的刻度，最小刻度为1mm，B的右端为直径为1mm的指针。当然，上述读数指针结构只是本实用新型的一种优选方式，本实用新型还可以采用本领域技术人员所公知的其它可伸缩结构及指针，此处不再赘述。
[0044] 栅格读数盘5是反映裂缝发育与生长变化数据的直接载体，根据读数指针4在栅格读数盘5的投影，即可获取观测时段裂缝的宽度、落差等几何信息。栅格读数盘5可以标注水平刻度和竖直刻度中的一种或两种，如图6所示，本实用新型的栅格刻度盘5优选地在其表正面刻有正交的水平刻度线和竖直刻度线，最小刻度优选为1mm，读数时可估读到0.1mm，其能够精确的反应裂缝在地表活动衰弱阶段的微小变化，满足试验数据精度的要求。此外，本实用新型的栅格刻度盘优选地为矩形或者正方形，由不锈钢构成，规格可根据裂缝的最大宽度和落差而定，优选为20cm×10cm或者20cm×20cm，厚度约为1mm。
[0045] 本实施例中第一调平基座61的具体结构如图7a-7c及图8所示，第一调平基座61包括顶层板611和底层板612，其中，顶层板611和底层板612通过水平微调螺栓63连接，顶层板611上还设置有气泡水准器64，用于判断第一调平基座61的水平位置；此外，顶层板611中心相应地设置有上连接管65，底层板612中心设置有下连接管66，上连接管65与第一直连接杆81套接并通过螺栓9固定，第一基站杆31与下连接管66套接并通过螺栓9固定。作为本实用新型的一种优选方案，如图7a所示，所述顶层板611和底层板612可以是两个平行的饼状金属盘，且优选地在饼状金属盘之间均匀分布3个水平微调螺栓63，所述上连接管65和下连接管66优选地为柱状金属杆，其外径刚好能够分别内嵌于第一直连接杆81和第一基站杆31中，以便与第一直连接杆81和第一基站杆31相套接。当然，本实用新型并不限于上述连接结构和连接方式，还可以采用本领域技术人员所公知的其它连接结构或连接方式，如卡扣连接、焊接等。本实施例中引入第一调平基座61和第二调平基座62的作用是调节读数指针4与栅格读数盘5的某一水平刻度线处于水平状态，最大限度地减少装置在初始状态因存在夹角而给观测数据引入的固定粗差。因此，若只是粗测裂缝宽度和落差或者地势足够平坦时，该监测装置中可不必安装调平基座。
[0046] 如图1-3及图8所示，本实用新型的在读数指针4与第一调平基座61之间引入了拐连接杆7和直连接杆81，在第二调平基座62连接和栅格读数盘5之间引入直连接杆82。直连接杆81、直连接杆82和拐连接杆7用于增大监测装置的灵活性，便于操作者根据实际需要调整装置的高度和角度。在实际监测过程中，若裂缝间距足够小且地势平坦，本发明可不必在装置中设置直连接杆8 1和8 2及拐连接杆7。作为本实用新型的一种优选方案，直连接杆81和直连接杆82长度为20cm、壁厚为1.5～2.5mm的不锈钢管。拐连接杆7优选地由两根长度为10cm、外径为10mm圆柱体状的不锈钢管组成，并且两支不锈钢管呈直角连接，壁厚优选为1.5～2.5mm。
[0047] 本实用新型中第一基站杆31的上端和第一调平基座61的下连接管66通过螺栓9固定连接；第一调平基座61的上连接管65和第一直连接杆81的下端通过螺栓9固定连接；第一直连接杆81的上端和拐连接杆7垂直末端通过螺栓9固定连接；拐连接杆7水平末端与读数指针4的始端通过螺栓9固定连接；第二基站杆32的上端和第二调平基座62的下连接管通过螺栓固定连接；第二调平基座62的上连接管和第二直连接82杆的下端通过螺栓9固定连接；第二直连接杆82的上端和栅格读数盘5的右侧通过螺栓固定连接。可见，螺栓9的作用是方便整套监测装置的拆装，其有利于监测装置在使用中的稳定性。在本实施例中，所述螺栓材质优选为铸铁或者不锈钢，考虑到其它构件的大小，螺栓的直径优选为5mm。
[0048] 为了防止大风天气对读数指针和栅格读数盘造成偏移，影响观测结果。所述装置中还设有如图9所示的防风固定绳10，所述防风固定绳10包括不可伸缩的绳索101，绳索101优选为不易伸缩的尼龙绳，所述绳索101的一端连接铁钎102，用于与地面嵌插固定，铁钎长度优选为50～100cm；所述绳索101的另一端连接具有可闭合开口的环形连接件103，为了与所述防风固定绳10连接，拐连接杆7水平末端设置第一连接孔，栅格读数盘5顶端设置第二连接孔，环形连接件103与所述第一连接孔或所述第二连接孔连接，从而实现防风固定绳与拐连接杆7和栅格读数盘5的固定连接。应该注意的是，环形连接件103上可连接一条或多条绳索101，考虑到成本问题，本实施例的环形连接件103优选地连接2条绳索101。
[0049] 根据上述实施例提供的采动裂缝的监测装置，其使用方法如下：
[0050] ①布设第一基站杆和第二基站杆：根据监测地裂缝的分布状态，选取地表表征相对明显且地形地貌较为简单的地点布设基站杆，布设的原则如下：基站杆的布设不能影响裂缝的初始状态，也不能距离裂缝太远而导致地表水平变形而观测数据带来的原始误差，故两侧基站杆与裂缝之间的距离应控制在10～15cm，基站杆的连线近似垂直于裂缝主体。利用木槌敲击使之垂直嵌入地表，嵌入地表的深度参考杆体的红白相间的标记，约为1.0m。
[0051] ②布设调平基座：将调平基座底层板的下连接管内嵌于基站杆中，并用螺栓将其固定，使用水平微调螺栓使气泡水准器中的气泡居中，此时两端的调平基座处于水平状态。
[0052] ③布设直连接杆和拐连接杆：如图8所示将直连接杆套设于调平基座的上连接管上，并将拐连接杆与直连接杆相连，并用相关螺栓将其固定。
[0053] ④布设栅格读数盘和读数指针：首先在装置的右侧将栅格读数盘与直连接杆相连且固定，其次将读数指针与拐连接杆相连固定，读数指针装置可以进行伸缩，根据读数指针与栅格读数盘的距离调节可收缩结构的长度。通常情况下，裂缝初始状态时裂缝的宽度与两侧落差较小，随着工作面的推进会逐渐增大，最后阶段可能会完全闭合的现象，且与工作面推进方向的一侧土壤会出现地势下降，为扩大栅格读数盘的有效使用范围，调节读数指针，使其在栅格读数盘的投影落在盘上的右上端，记录可收缩结构上的读数(为今后装置重新拆装布设后，进行持续监测工作时，保持初始观测条件一致)。固定所有的构件，完成本装置的所有布设工作，此时，指针在读盘上的投影与栅格读数盘的某一水平刻度线平行，记录投影端点的数据作为裂缝的演变信息的最初的对照数据。
[0054] ⑤现场监测与读数：根据工作面与监测对象之间距离的变化，安排监测频率，在进行现场观测时，观测人员的视线应尽量与读数指针处于同一水平面上，根据读数指针端点在栅格读数盘上的投影，记录其水平刻度线和竖直刻度线的上读数，估读到0.1mm，进行持续监测，即可获得裂缝在生长与变化的全过程中的演变数据。有风沙观测条件下，可将防风固定绳10的环形连接件103与图1中的拐连接杆7及栅格读数盘5相连，然后用木槌将铁钎102嵌入土中，整个过程的安装，应尽量避免对整个装置原始状态的影响。
[0055] 综上，本实用新型提供的装置可以根据实地观测条件，进行拆装，实际应用时可只保留基站杆，其他组件可在其他监测地点循环使用，便于携带，有效地减少现场的监护工作以及仪器数量，降低仪器使用的成本。此外，本装置还可以有效地避免因表土破碎导致裂缝状态的重塑而给观测人员带来的影响，且在装置中引入调平基座，可以使读数指针与栅格读数盘的某一水平刻度线处于水平状态，最大限度的减少监测装置在初始状态下因存在夹角而给观测数据引入的固定粗差，因此通过持续监测记录可以准确地获取裂缝变化数据并且反映地裂缝发育过程中几何信息的演变特征。最后，本装置简化了观测方法，减少了操作人员，可以实现连续性监测，提高效率。
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