露天煤矿排土场水位实时监测系统及其建立和使用方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及矿山领域，特别是涉及一种露天煤矿排土场水位实时监测系统及其建立和使用方法。
背景技术
[0002] 露天采煤直接剥离表土和
煤层的上覆岩层，使煤层暴露后开采，并在采区内、外分层堆置剥离的岩土形成排土场。大型排土场是采区岩土混合堆积形成的人工巨型堆垫体。在大型排土场堆积形成过程中，排土场区域水位和水质变化对区域环境评估，对煤矿安全生产预警都有重要的作用。
[0003] 排土场由无到有的过程实际上是整个
露天矿区开采的过程，但是现在鲜有研究，有部分团队在排土场周围区域布设几个
测井，对水位进行研究，这种布设方式需要多个测井，
费用高，其次，并没有直接测试排土场实际水位和水质的变化，这对于科研研究而言并不严谨，不能进行排土场中心向周围区域水位和水质的变化趋势，最后，排土场从无到有，从大到小，也就是开采区域经历开采到开采形成排土场的整个过程的水位和水质变化，目前没有真正做到实时在线监测的，但是这个数据对于科学研究，环境评价和煤矿安全生产预警都有极其重要的参考价值；露天矿的排土场有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点，因此实时监测排土场的水位变化情况，对排土场本身的
稳定性具有重要意义。
[0004] 实时监测排土场的水位变化情况主要难点有以下几点：
[0005] 1、排土场区域会经历从无到有，地表经历从低到高的过程，因此测井也会逐步增加，如何实现监测井高度的安全稳定增加，并保证数据的稳定测试和传输是个难点；
[0006] 2、排土场从纵向方向主要分为两个区域，一个是地表以上的堆土场区域，其水位主要补充水源为地表水，其变化大，受天气影响较大，其水位变化对排土场安全性影响极大；第二个是地表以下区域，受矿坑排水影响，其水位与矿坑排水和突水有直接关系，其水质好坏也是重要的参考数据。
发明内容
[0007] 本发明要解决的技术问题是在排土场由无到有过程中，即露天矿开采前，开采中和开采后，如何克服现有的技术困难，实现排土场区域水位和水质变化情况，为此，本发明提供一种结构简单、成本低、操作简便的露天煤矿排土场水位实时监测系统。
[0008] 一种露天煤矿排土场水位实时监测系统，露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分，所述地上部分为位于原来地表上方的堆土场，所述露天煤矿排土场水位实时监测系统包括第一测量井和第二测量井；
[0009] 所述第一测量井竖直设置于所述堆土场的中部，由多个自密封
套管上下连接而成，在最上端的所述自密封套管上设置有透气挡水盖；所述第二测量井包括依次连接的竖直段、水平段和自由段，其中，所述竖直段为设置在地下的钻孔，所述水平段采用自密封套管左右连接而成，所述水平段设置在所述堆土场和原地表之间，所述自由段竖直设置在所述堆土场的外部；
[0010] 在所述堆土场内部设置有第一隔水层、第二隔水层和第三隔水层；在所述第一隔水层的上部设置有多个
土壤温湿度监测器，在所述堆土场的上表面和边坡设置有多个自动喷水装置。
[0011] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，在所述第一测量井的下部设置有第一水位
传感器和位于其上部的固定套筒，在所述堆土场上方设置有线圈车，在所述线圈车上设置有第一无线传输模
块，所述第一水位传感器连接第一线缆的一端，所述第一线缆的另一端穿过所述固定套筒与所述第一无线传输模块相连；
[0012] 在所述第二测量井中，所述自由段由中空
橡胶材料制成，在所述竖直段和所述水平段连接处设置有固定
滑轮，在所述竖直段的下部设置有第二水位传感器，所述第二水位传感器通过第二线缆与所述自由段外部的第二无线传输模块相连。
[0013] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述自密封套管由两个直径不同的中空管体套接固定而成，所述自密封套管的下部内径与上部外径一致；在所述自密封套管上设置有连通其内部和外部的第一线缆缝；
[0014] 所述固定套筒为圆柱形，在所述固定套筒的外
侧壁上设置有多个向内凹陷的第一凹槽，在所述固定套筒的中心设置有上下贯通的通孔；所述固定套筒和所述自密封套管之间采用塑胶固定；在所述固定套筒上设置有连通其内部和外部的第二线缆缝；
[0015] 所述第一水位传感器和所述第二水位传感器的内部从下至上包括依次连接的压
力探头、变压装置和第一
单片机，所述第一单片机还与所述压力探头相连，在所述第一水位传感器和所述第二水位传感器的底部设置有向上凹陷的第二凹槽，所述第二凹槽的顶部即为所述压力探头的底部，所述变压装置与外部电源相连；
[0016] 所述固定滑轮包括滑轮
支撑杆和与所述滑轮支撑杆相连的滑轮，所述滑轮的直径为30mm，宽度为25mm，所述滑轮支撑杆长为60mm，所述滑轮支撑杆竖直设置且与所述水平段的内壁
焊接；
[0017] 所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统还包括控制中心，分别与所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块通讯相连。
[0018] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述透气挡水盖包括盖体及固定在其底部的固定侧护板和挡灰侧护板，所述盖体为圆形，所述固定侧护板和所述挡灰侧护板为中空圆柱体，所述固定侧护板的直径小于所述挡灰侧护板；所述固定侧护板的上部设置有多个透气孔，下端与所述自密封套管可拆卸地固定连接。
[0019] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述盖体、所述固定侧护板和所述挡灰侧护板在竖直方向上的轴线重合；所述固定侧护板与所述自密封套管的上端之间为
螺纹连接；在所述盖体的上端连接有挡水斜板，所述挡水斜板为直径从上到下逐渐减小的圆柱形，所述挡水斜板与所述盖体之间的
角度为115°；在所述挡水斜板与所述盖体之间的连接处连接导水管的上端，所述导水管的下端与距离所述第一测量井1m以外的区域相连通。
[0020] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述第一隔水层为长方形，水平设置在所述堆土场内部，所述第二隔水层为正方形水槽，数量为多个，均匀设置在所述第一隔水层的上部，所述第三隔水层设置在靠近所述堆土场四周边坡的
位置。
[0021] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，其中，所述第一隔水层包括长方形的隔水
树脂软板层和与其四周连接的防滑阻水装置，所述防滑阻水装置包括水平阻水板、多个平行设置的竖直阻水板和多个平行设置的防
滑板，所述水平阻水板连接在所述多个竖直阻水板的底端，形成多个阻水槽，所述防滑板为倾斜设置，其上端与所述水平阻水板的底部相连；
[0022] 所述第二隔水层包括大水槽、连接在所述大水槽左右两侧的第一小水槽、连接在所述大水槽前后的第二小水槽；
[0023] 所述第三隔水层包括隔水树脂硬板和均匀固定在其上的多个护水槽，所述隔水树脂硬板为倾斜设置，与所述堆土场的边坡平行，在所述堆土场边坡和所述隔水树脂硬板之间水平设置有多个船型的所述护水槽，其一端固定在所述隔水树脂硬板上；
[0024] 所述第三隔水层的数量为多个，沿所述堆土场的四周边坡均匀设置，处于同一个侧面的多个所述第三隔水层平行设置，相邻两个所述第三隔水层之间具有一定间隔，在所述第一隔水层上种植根系较长的
植物，所述第二隔水层上种植有根系较短的植物；
[0025] 所述隔水树脂软板层、所述水平阻水板、所述竖直阻水板和所述防滑板均由隔水树脂软板构成；所述隔水树脂软板为聚氯乙烯透明软板或由如下方法制备得到：将对苯二
甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三
碱式
硫酸铅10g和轻质
碳酸
钙各10g在惰性气体保护下搅拌，搅拌时
温度维持在120℃，充分搅拌后加入软脂酸1.5g、软脂酸钡1.5g和催化剂5g，最后放常温成模；
[0026] 所述隔水树脂硬板为环
氧玻璃
纤维板或由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三碱式硫酸铅10g和轻质碳酸钙各10g在惰性气体保护下搅拌，搅拌时温度维持在120℃，充分搅拌后加入
硬脂酸1.5g、硬脂酸钡1.5g和催化剂5g，最后放常温成模。
[0027] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，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；
[0028] 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；多对所述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通过数据线依次与所述电极探针相连的第二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，所述第二单片机还与线缆管相连。
[0029] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统，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；
[0030] 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第一隔水层的上部，每个所述线缆管连接有多个所述土壤温湿度监测器；
[0031] 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；
[0032] 所述系统还包括电源线，一端连接所述第二单片机，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。
[0033] 本发明所述的露天煤矿排土场水位实时监测系统的建立及使用方法，包括如下步骤：
[0034] (A)根据设计的图纸找到堆土场的中心位置；打钻孔，形成第二测量井的竖直段，在其中安设第二水位传感器，安设水平段，布置第二线缆，监测水位变化；
[0035] (B)2～3月后，露天矿开始开采工作面，并且开始将矿坑区域的
表土层剥离到堆土场；堆土场逐渐堆到5-8m高度，此时开始铺设自密封套管，形成第一测量井，同时，水平段外侧一端安装自由段，自由段为采用胶灌形式形成的橡胶管；
[0036] (C)3～5月后，堆土场逐渐堆到40m高度，开始监测第一测量井的水位情况，安装第一水位传感器，并且在进口安装和封贴固定套筒，保证固定套筒以下的第一线缆和第一水位传感器不受井口以上的活动影响；
[0037] (D)1～2年期间，此区域的堆土场中间区域距离最终堆土高度还差1.1m时，将堆土场边缘到以内6m位置用
推土机推成18-25°的平面，开始铺设第一隔水层，其中，在此时的堆土场顶部将多个隔水树脂软板拼接成一个隔水树脂软板层，边缘距离堆土场顶端边缘6m，在隔水树脂软板层的边缘铺设防滑阻水装置，防滑阻水装置和隔水树脂软板之间拼接如有重合则需要做好密封工作，第一隔水层与自密封套管之间密封连接，第一隔水层上部的自密封套管在插入第一线缆之后，要人工密封第一线缆缝；
[0038] (E)在第一隔水层4上纵横间距为50m布设土壤温湿度监测器，在设计位置铺设线缆管，并铺设电源线，铺设机箱桶和土壤监测管，继续堆土，在机箱桶和土壤监测管附近人工铺平，压匀；
[0039] (F)当计算将是最后一节自密封套管时，将最后一节自密封套管安装上，将第一线缆固定好，密封此时堆土场表面以上所有第一线缆缝，盖上透气挡水盖；
[0040] (G)在堆土场已经达到最高堆土的区域，在其后侧和两侧分别铺设第三隔水层，间距为2.5m，并从第三隔水层间隔处缓慢往下倾倒
砂土，并人工抹匀，保证倾斜面沿水平方向往外增加了0.7m；
[0041] (H)土场堆积完之后，在上表面和侧面均铺设300mm厚的表层腐殖土，表层腐殖土为原来表面收集的，洒水，适当洒一些
肥料；在第二隔水层正上方种植以前种植的植物中根系较短、耐旱的物种，如果没有或者很难再种植则选择以下几种中的一种或几种的组合：百喜草、高羊茅、早熟禾、天鹅绒草、百枝莲、鸡冠花、枯叶菊、栀子花、苏铁、橘子、含笑；种植位置为在第二隔水层正上方，种植面积为2×2m；
[0042] 在堆土场其他区域种植以前本地区种植的植物中根系较长并耐旱的植物，如果没有或者很难再种植则选择以下几种中的一种或几种的组合：果树、红薯、大豆、
马铃薯、花生、毛豆；在侧面种植以前本地区种植的植物中根系较短、耐旱的物种，如果没有或者很难再种植则选择以下几种中的一种或几种的组合：香根草、百喜草、早熟禾；
[0043] (I)全面监测堆土场土层水和
地下水，对二者的数据综合分析；当第一测量井水位达到3.5m，需要时刻做好堆土场安全巡逻工作，防止滑坡对周围造成人身财产损伤；当地下水水位突然下降时，防止矿坑突水发生，做好相关预警和排查工作，或者水位下降和上升的速率是前一天的1.5倍以上，需要及时分析原因，排查隐患；
[0044] (J)当某监测点任何一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，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；当最上方湿度探针湿度值低于19％时，自动喷水装置在此区域喷水，喷水半径为6m，当监测湿度小于19％的湿度探针从上往下第2、3、4和5时，喷水半径分别为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对达到42％时，停止喷水。
[0045] 本发明露天煤矿排土场水位实时监测系统与
现有技术不同之处在于：
[0046] 排土场区域会经历从无到有，地表经历从低到高的过程，因此测井也会逐步增加，本发明的系统实现了监测井高度的安全稳定增加，并保证数据的稳定测试和传输；
[0047] 排土场从纵向方向主要分为两个区域，一个是地表以上的堆土场区域，其水位主要补充水源为地表水，其变化大，受天气影响较大，其水位变化对排土场安全性影响极大；第二个是地表以下区域，受矿坑排水影响，其水位与矿坑排水和突水有直接关系；本发明的系统很好的兼顾了地上和地下部分的水位检测情况。本发明露天煤矿排土场水位实时监测系统根据煤矿开采的规律，通过设计其开采和堆土形式，增加保水装置，搭配合适的植被物种，达到智能化在线监测，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。
[0048] 优选方案中：
[0049] 因为排土场高且大，疏水性强，因此大气降水和人工洒水很快就吸收沉降到堆土场下方，第一隔水层有效的保护了堆土场上方宝贵的水资源，既能保证植物的充分生长又能保证水资源的最大利用，特别对于根系较长的植物，对于表土层的固沙保水有很好的效果，第一隔水层的设计合理有效，同时两端多个平行设置的防滑板，保证了上覆表土层的安全，不会产生滑移的危险；其上固定有多个第一土壤
湿度传感器，对于植物的生长环境提供了实时的科学数据支撑。因为排土场高且大，疏水性强，设置了第一隔水层，但是表土层土壤资源宝贵且疏水性强，因此表土层及以下设置多个第二隔水层，在第二隔水层上方表土层种植根系较短的植物，这样与第一隔水层就形成了根系长度合理分配，充分利用了表土层的宝贵土壤资源，且此区域是包气带水的赋存区域。第三隔水层即保存了边坡的水资源，同时间隔设计和防滑设计加强了边坡安全，同时植物的充分有效生长更加稳固了边坡的安全性能，如此形成良性循环。三个隔水层的联合使用，既充分保水，促进植物的生长的同时又反过来加强了堆土场的稳固。依据三个隔水层，土壤湿度传感器均匀分布在堆土场各个区域，充分保证了植物生长环境的科学分析。
[0050] 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。
[0051] 本发明的系统结构简单，方法简便易行，使用效果显著，弥补了这一领域的空白。
[0052] 下面结合
附图对本发明的露天煤矿排土场水位实时监测系统作进一步说明。
附图说明
[0053] 图1为本发明露天煤矿排土场水位实时监测系统的结构示意图；
[0054] 图2为本发明中自密封套管的结构示意图；
[0055] 图3为本发明中自密封套管的俯视结构示意图；
[0056] 图4为本发明中固定套筒的结构示意图；
[0057] 图5为本发明中固定套筒的俯视结构示意图；
[0058] 图6为本发明中第一水位传感器和第二水位传感器的结构示意图；
[0059] 图7为本发明
实施例1中透气挡水盖的结构示意图；
[0060] 图8为本发明实施例2中透气挡水盖的结构示意图；
[0061] 图9为本发明中堆土场顶部的俯视结构示意图；
[0062] 图10为本发明中第一隔水层的俯视结构示意图；
[0063] 图11为本发明中第一隔水层的侧视剖面结构示意图；
[0064] 图12为本发明中第二隔水层的俯视结构示意图；
[0065] 图13为本发明中第二隔水层的侧视剖面结构示意图；
[0066] 图14为本发明堆土场中第三隔水层的布置示意图；
[0067] 图15为本发明中第三隔水层的结构示意图；
[0068] 图16为本发明中土壤温湿度监测器的剖面结构示意图；
[0069] 图17为本发明中线缆管的俯视剖面结构示意图；
[0070] 图18为本发明中线缆管的侧视剖面结构示意图；
[0071] 图19为本发明中土壤监测管的侧视图；
[0072] 图20为本发明中土壤监测管的俯视剖面结构示意图。
具体实施方式
[0073] 如图1～图7，图9～图20所示，一种露天煤矿排土场水位实时监测系统，露天煤矿排土场包括地上部分和地下部分，地上部分为位于原来地表上方的堆土场1，露天煤矿排土场水位实时监测系统包括第一测量井2和第二测量井3；
[0074] 第一测量井2竖直设置于堆土场1的中部，由多个自密封套管15上下连接而成，在最上端的自密封套管15上设置有透气挡水盖，第二测量井3包括依次连接的竖直段301、水平段302和自由段303，其中，竖直段301为设置在地下的钻孔，水平段302采用自密封套管15左右连接而成，水平段302设置在堆土场1和原地表之间，自由段303竖直设置在堆土场1的外部。
[0075] 在堆土场1内部设置有第一隔水层4、第二隔水层5和第三隔水层6；在所述堆土场1内部设置有第一隔水层4、第二隔水层5和第三隔水层6；在所述第一隔水层4的上部设置有多个土壤温湿度监测器7，在所述堆土场1的上表面和边坡设置有多个自动喷水装置22。
[0076] 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：
[0077] 第一测量井2设置于堆土场1的中部，主要用于测量堆土场1的水位变化；在第一测量井2的下部设置有第一水位传感器9和位于其上部的固定套筒10，在堆土场1上方设置有线圈车11，在线圈车11上设置有第一无线传输模块，第一水位传感器9连接第一线缆12的一端，第一线缆12的另一端穿过固定套筒10与第一无线传输模块相连；
[0078] 在第二测量井3中，在竖直段301和水平段302连接处设置有固定滑轮，在竖直段301的下部设置有第二水位传感器13，第二水位传感器13通过第二线缆14与自由段303外部的第二无线传输模块相连。
[0079] 自密封套管15由两个直径不同的中空管体套接固定而成，自密封套管15的下部内径与上部外径一致。自密封套管15为在堆土过程中安放的，在这里的主要作用是形成第一测量井2，以往的测井都是人工打钻，在这里是通过安设自密封套管15形成的测井，安设一根自密封套管15，在堆土过程中，土场逐步升高，升高到快要掩埋已放入的自密封套管15最高处时，再安装一根自密封套管15，如此形成第一测量井2。
[0080] 固定套筒10为圆柱形，在固定套筒10的外侧壁上设置有多个向内凹陷的第一凹槽16，在固定套筒10的中心设置有上下贯通的通孔19；固定套筒10的主要作用是固定线缆，保证第一水位传感器9位置固定不动，同时地面的线圈车11在移动时，对第一水位传感器9不会造成任何影响，而且其形状并不是圆形，不影响水位在井中的变化，固定套筒10和自密封套管15之间采用塑胶固定。在自密封套管15上设置有连通其内部和外部的第一线缆缝17；
在固定套筒10上设置有连通其内部和外部的第二线缆缝18。通孔19作用为固定第一线缆
12，第一线缆12可以通过第二线缆缝18放进去。
[0081] 第一水位传感器9和第二水位传感器13采用的是外接电源传感器内部变压的，内部从下至上包括依次连接的压力探头901、变压装置902和第一单片机903，第一单片机903还与压力探头901相连，在第一水位传感器9和第二水位传感器13的底部设置有向上凹陷的第二凹槽904，第二凹槽904的顶部即为压力探头901的底部。变压装置902与外部电源相连。第二凹槽904形成的孔可以
感知水的压力，这样的设计可以避免井中沙石堵住感知孔。
[0082] 固定滑轮包括滑轮支撑杆和与滑轮支撑杆相连的滑轮，滑轮的直径为30mm，宽度为25mm，所述滑轮支撑杆长为60mm，所述滑轮支撑杆竖直设置且与所述水平段302的内壁焊接。
[0083] 第二测量井3的主要作用是测量原地表以下的水位变化，在堆土场1开始堆土前，打钻孔形成竖直段301，水平段302采用自密封套管15左右连接而成，水平段302设置在堆土场1和原地表之间，自由段303由中空橡胶材料制成，自由段303竖直设置在堆土场1的外部；这样的设计保证了与
大气压连接，保证了第二水位传感器13工作准确，同时自由段303可以活动自由，不受堆土场1的推进影响，自由段303一般处于垂直状态，高度为5m以上，保证水位最大时不会从里面冒水。
[0084] 本发明露天煤矿排土场水位实时监测系统还包括控制中心，分别与第一无线传输模块和第二无线传输模块通讯相连。
[0085] 第一测量井2的底端与原地表之间的距离为5-8m，横截面为直径80mm的圆形，第一线缆12的长度比堆土场1的高度长30m；第二测量井3的竖直段301为直径80mm的钻孔，高度比1.2倍的矿坑深度高40m，自由段303的高度为3m以上；线圈车11能够在直径10m的范围内自由移动，这样可以方便地面推土车堆土，固定套筒10的底端距离原地表之间的距离为40m，第一线缆缝17和第二线缆缝18的宽度为15mm，固定套筒10的通孔19的直径为15mm；自密封套管15中部的外径为94mm，内径为80mm，底部的外径为94mm，内径为87mm，上部的外径为87mm，内径为80mm；固定套筒10的材质为高强度塑胶，自密封套管15的材质为
钢。
[0086] 透气挡水盖的主要作用是阻止周围人工作业和
风吹雨淋等自然因素造成砂石和水等进入，影响测量结果，同时保持透气与外界大气压相通，透气挡水盖包括盖体101及固定在其底部的固定侧护板102和挡灰侧护板103，盖体101为圆形，固定侧护板102和挡灰侧护板103为中空圆柱体，固定侧护板102的直径小于挡灰侧护板103；固定侧护板102的上部设置有多个透气孔104，下端与自密封套管15可拆卸地固定连接，挡灰侧护板103的主要作用是保证周围的砂石和水等不会经过透气孔104进入钻孔内部。盖体101、固定侧护板102和挡灰侧护板103在竖直方向上的轴线重合；固定侧护板102与自密封套管15的上端之间为
螺纹连接。
[0087] 透气挡水盖由高
比热容高强度的树脂材料制成，可以抵抗外界恶劣的环境破坏，也会减小自身降温升温带来的周围空气水蒸气的冷凝等过程，保证测量数据的科学性；固定侧护板102的内径为94mm，外径为100mm，高度为120mm，下端的螺纹区域高度为30mm，透气孔104的长和高分别为80mm和60mm；挡灰侧护板103内径为140mm，外径为145mm，高度为200mm，盖体101的直径为145mm，高度为25mm，挡水斜板105的斜面长度为150mm，厚度为3mm，导水管106长度为1.5m。
[0088] 第一隔水层4为长方形，水平设置在堆土场1内部，第二隔水层5为正方形水槽，数量为多个，均匀设置在第一隔水层4的上部，第三隔水层6设置在靠近堆土场1四周边坡的位置。第一隔水层4包括长方形的隔水树脂软板层401和与其四周连接的防滑阻水装置，防滑阻水装置包括水平阻水板402、多个平行设置的竖直阻水板403和多个平行设置的防滑板404，水平阻水板402连接在多个竖直阻水板403的底端，形成多个阻水槽405，防滑板404为倾斜设置，其上端与水平阻水板402的底部相连。
[0089] 在第一隔水层4上种植根系较长的植物；隔水树脂软板层401、水平阻水板402、竖直阻水板403和防滑板404均由隔水树脂软板构成，其中，隔水树脂软板层401由隔水树脂软板拼接而成；隔水树脂软板为以下两种中的一种：
[0090] (I)聚氯乙烯透明软板，为市售产品；
[0091] (II)隔水树脂软板由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三碱式硫酸铅10g和轻质碳酸钙各10g在惰性气体保护下搅拌，搅拌时温度维持在120℃，充分搅拌后加入软脂酸1.5g、软脂酸钡1.5g和催化剂5g，最后放常温成模。
[0092] 自己配比制作的材料可以不用考虑透明度，因为市售产品多考虑透明度等功能，本发明使用场合为埋于地下，因此透明度和
浊度无需考虑，成本更低；其次，自己配比的产品相同厚度下比市售产品
耐磨性能更佳，可以提高使用年限，通过RCA纸带耐磨试验机进行耐磨试验，荷重175g卷动未涂油
胶带与试样磨擦，市售聚氯乙烯漆经历340圈见底材，自制产品经历420圈见底材，耐磨效果后者更强，可以提高使用年限。
[0093] 第二隔水层5包括大水槽406、连接在大水槽406左右两侧的第一小水槽407、连接在大水槽406前后的第二小水槽408；第二隔水层5上种植有根系较短的植物。
[0094] 第三隔水层6包括隔水树脂硬板20和均匀固定在其上的多个护水槽21，隔水树脂硬板20为倾斜设置，与堆土场1的边坡平行，在堆土场1边坡和隔水树脂硬板20之间水平设置有多个船型的护水槽21，其一端固定在隔水树脂硬板20上。
[0095] 第三隔水层6的数量为多个，沿堆土场1的四周边坡均匀设置，处于同一个侧面的多个第三隔水层6平行设置，相邻两个第三隔水层6之间具有一定间隔；隔水树脂硬板20为以下两种中的一种：
[0096] (i)环氧玻璃纤维板，为市售产品；
[0097] (ii)隔水树脂硬板由如下方法制备得到：将对苯二甲酸二甲酯100g、甲基苯乙烯80g、三碱式硫酸铅10g和轻质碳酸钙各10g在惰性气体保护下搅拌，搅拌时温度维持在120℃，充分搅拌后加入硬脂酸1.5g、硬脂酸钡1.5g和催化剂5g，最后放常温成模。
[0098] 自己配比制作的材料可以不用考虑透明度，因为市售产品多考虑透明度等功能，本发明使用场合为埋于地下，因此透明度和浊度无需考虑，成本更低；其次，自己配比的产品相同厚度下比市售产品耐磨性能更佳，可以提高使用年限，通过RCA纸带耐磨试验机进行耐磨试验，荷重175g卷动未涂油胶带与试样磨擦，市售聚氯乙烯漆经历340圈见底材，自制隔水树脂硬板漆经历470圈见底材，耐磨效果后者更强，可以提高使用年限。
[0099] 根系较长的植物为以下一种或几种的组合：果树、红薯、大豆、马铃薯、花生、毛豆；根系较短的植物为以下一种或几种的组合：百喜草、高羊茅、早熟禾、天鹅绒草、百枝莲、鸡冠花、枯叶菊、栀子花、苏铁、橘子、含笑。
[0100] 第一隔水层4距离堆土场1的上表面之间的距离为1.1m，每条边距离堆土场1的侧面之间的水平距离为6m；竖直阻水板403的高度和两个相邻的竖直阻水板403之间的距离均为300mm，水平阻水板402的厚度为15mm，隔水树脂软板层401的厚度为7mm，防滑板404的厚度为10mm，宽度为200mm，长度与阻水槽405的长度一致，相邻两个防滑板404之间的间距为450mm，防滑板404与水平面之间的角度为30°，防滑板404的顶端处于朝向隔水树脂软板层
401中心的位置，即呈现由中心向四周
辐射的结构；
[0101] 第二隔水层5的长和宽均为2m，高为0.15m，相邻两个第二隔水层5之间的距离为2m，大水槽406的长宽高分别为1800mm、1800mm和150mm，第一小水槽407的长宽高分别为
100mm、2000mm和150mm，第二小水槽408的长宽高分别为1800mm、100mm和150mm；
[0102] 隔水树脂硬板20长为5m，宽为2m，厚度为10mm，相邻两块隔水树脂硬板20之间的间隔为2.5m；护水槽21为船型，深度为100mm，下部宽度为150mm，长度为2m，上部宽度为200mm，长度为2m，竖直方向上相邻两个护水槽21之间的间距为0.5m。
[0103] 护水槽21的尺寸和结构的设计保证整个土场侧面区域既能满足蓄水要求又不会因为第三隔水层6降低堆土场1侧面的
摩擦力，保证边坡的稳定。第一隔水层4的尺寸和结构的设计既能保证阻隔住上方的水渗入下方也能保证堆土场1靠近侧面的区域抗剪强度更大，更稳固。
[0104] 土壤温湿度监测器7包括机箱桶701和与其外壁连接的卡槽708，在卡槽708内设置有土壤监测管702；土壤监测管702为长条形，由凹陷方向相同的第一弧形侧壁703和第二弧形侧壁704构成，第一弧形侧壁703的两端与第二弧形侧壁704的两端相连，在第一弧形侧壁703上设置有多个渗流孔705，在第二弧形侧壁704上设置有多个供电极探针穿过的探针孔；
多
对电极探针贯穿第二弧形侧壁704和机箱桶701的桶壁，电极探针包括多对温度探针706和多对湿度探针707；在机箱桶701的上部的内壁上固定有依次通过数据线709与所述电极探针相连的第二单片机801和无线传输装置802，在机箱桶701的下部设置有第三线缆孔，第二单片机801还与线缆管8相连。
[0105] 第一弧形侧壁703的横截面为直径40mm，圆心角219°的钝角圆弧形，第二弧形侧壁704的横截面为直径60mm，圆心角77°的锐角圆弧形；卡槽708由上下两个铁板构成，铁板完全覆盖土壤监测管702的剖面。
[0106] 线缆管8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8平行设置在隔水层2的上部，每个线缆管8连接有多个土壤温湿度监测器7；线缆管8包括第二线缆孔806和设置在其两侧的左支撑块803和右支撑块804，在第二线缆孔806的上部设置有顶板
807，顶板807的两侧分别固定在左支撑块803和右支撑块804上，在左支撑块803内部均匀设置有多个第一线缆孔805，第一线缆孔805的轴线方向垂直于第二线缆孔806的轴线方向，第一线缆孔805连通外部与第二线缆孔806，这样的设计保证了抗压，从而保证线缆安全稳定。
[0107] 每个线缆管8连接有3个土壤温湿度监测器7，第一线缆孔805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。电极探针的数量为10对，包括5对温度探针706和5对湿度探针707，沿土壤监测管702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。
[0108] 本发明的系统还包括电源线，其一端连接第二单片机801，另一端依次穿过第三线缆孔、第一线缆孔805和第二线缆孔806后从堆土场1的侧面流出，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8的抗压设计保证电源线的安全，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802无线传输到控制中心，因为推土场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22喷水；
[0109] 多个自动喷水装置22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802和自动喷水装置22通讯连接。相邻两个线缆管8之间的距离为60m，机箱桶701高1.2m，其中，上部0.2m的长度高于堆土场1的表面，下端与第一隔水层4相距0.1m，土壤监测管702高0.7m，与堆土场1的表面和第一隔水层4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。
[0110] 实施例2
[0111] 如图1～图6，图8～图20所示，在实施例1的基础上，本实施例中透气挡水盖还具有如下结构：
[0112] 在盖体101的上端连接有挡水斜板105，挡水斜板105为直径从上到下逐渐减小的圆柱形，挡水斜板105与盖体101之间的角度为115°；在挡水斜板105与盖体101之间的连接处连接导水管106的上端，导水管106的下端与距离第一测量井2一米以外的区域相连通。
[0113] 其他结构和实施例1相同。
[0114] 实施例3
[0115] 如图1～图7，图9～图20所示，在实施例1的基础上，本实施例还具有如下结构：
[0116] 在隔水树脂软板层401上固定有多个第一土壤湿度传感器，在部分第二隔水层5上固定有第二土壤湿度传感器，每隔4～5个第三隔水层6的第三隔水层6上设置有3个第三土壤湿度传感器，分别固定在最上部、中间和最下部的护水槽21上，由此可见，并不是所有的第三隔水层6上都安装有第三土壤湿度传感器，而是少量的第三隔水层6上的部分护水槽21上才安装，这样既达到了优良的监测效果又节约了成本。
[0117] 相邻两个第一土壤湿度传感器之间、相邻两个第二土壤湿度传感器之间的距离为50m；由此可见，并不是每一个第二隔水层5上都安装有第二土壤湿度传感器，而是部分有，这样既达到了目的，又节约了成本。
[0118] 其他结构和实施例1相同。
[0119] 实施例4
[0120] 一种露天煤矿排土场水位实时监测系统的建立及使用方法，包括如下步骤：
[0121] (A)根据设计的图纸找到堆土场的中心位置；打钻孔，形成第二测量井3的竖直段301，在其中安设第二水位传感器13，安设水平段302，布置第二线缆14，监测水位变化；
[0122] (B)2～3月后，露天矿开始开采工作面，并且开始将矿坑区域的表土层剥离到堆土场1；堆土场1逐渐堆到5-8m高度，此时开始铺设自密封套管15，形成第一测量井2，同时，水平段302外侧一端安装自由段303，自由段303为采用胶灌形式形成的橡胶管；
[0123] (C)3～5月后，堆土场1逐渐堆到40m高度，开始监测第一测量井2的水位情况，安装第一水位传感器9，并且在进口安装和封贴固定套筒10，保证固定套筒10以下的第一线缆12和第一水位传感器9不受井口以上的活动影响；
[0124] (D)1～2年期间，此区域的堆土场1中间区域距离最终堆土高度还差1.1m时，将堆土场1边缘到以内6m位置用推土机推成18-25°的平面，开始铺设第一隔水层4，其中，在此时的堆土场1顶部将多个隔水树脂软板拼接成一个隔水树脂软板层401，边缘距离堆土场1顶端边缘6m，在隔水树脂软板层401的边缘铺设防滑阻水装置，防滑阻水装置和隔水树脂软板之间拼接如有重合则需要做好密封工作，第一隔水层4与自密封套管15之间密封连接，第一隔水层4上部的自密封套管15在插入第一线缆12之后，要人工密封第一线缆缝17；
[0125] (E)在第一隔水层4上纵横间距为50m布设土壤温湿度监测器7，在设计位置铺设线缆管8，并铺设电源线，铺设机箱桶701和土壤监测管702，继续堆土，在机箱桶701和土壤监测管702附近不能车厢直接卸土，人工铺平，压匀；
[0126] (F)当计算将是最后一节自密封套管15时，将最后一节自密封套管15安装上，将第一线缆12固定好，密封此时堆土场1表面以上所有第一线缆缝17，盖上透气挡水盖；
[0127] (G)在堆土场1已经达到最高堆土的区域，在其后侧和两侧分别铺设第三隔水层6，间距为2.5m，并从第三隔水层6间隔处缓慢往下倾倒砂土，并人工抹匀，保证倾斜面沿水平方向往外增加了0.7m；
[0128] (H)土场堆积完之后，在上表面和侧面均铺设300mm厚的表层腐殖土，表层腐殖土为原来表面收集的，洒水，适当洒一些肥料；在第二隔水层5正上方种植以前种植的植物中根系较短、耐旱的物种，如果没有或者很难再种植则选择以下几种中的一种或几种的组合：百喜草、高羊茅、早熟禾、天鹅绒草、百枝莲、鸡冠花、枯叶菊、栀子花、苏铁、橘子、含笑；种植位置为在第二隔水层5正上方，种植面积为2×2m；
[0129] 在堆土场1其他区域种植以前本地区种植的植物中根系较长并耐旱的植物，如果没有或者很难再种植则选择以下几种中的一种或几种的组合：果树、红薯、大豆、马铃薯、花生、毛豆；在侧面种植以前本地区种植的植物中根系较短、耐旱的物种，如果没有或者很难再种植则选择以下几种中的一种或几种的组合：香根草、百喜草、早熟禾；
[0130] (I)全面监测堆土场1土层水和地下水，对二者的数据综合分析；当第一测量井2水位达到3.5m，这说明主要是因为地表降水等地表水补给造成的影响，这时需要时刻做好堆土场安全巡逻工作，特别是边坡区域，防止滑坡对周围造成人身财产损伤；防止矿坑突水发生，做好相关预警和排查工作，或者水位下降和上升的速率是前一天的1.5倍以上，这种慢性变化趋势的变化也是采矿事件或者水流动事件对水位造成的影响，都需要及时分析原因，排查隐患；
[0131] (J)当某监测点任何一对湿度探针707显示土壤湿度小于19％时，数据会自动传输到自动喷水装置22，自动喷水装置22在此区域喷水，当5对湿度探针707显示土壤湿度均大于30％时或者有1对湿度探针707达到42％时，停止喷水；一般情况下都是最上方湿度探针707湿度值最低，当最上方湿度探针707湿度值低于19％时，自动喷水装置22在此区域喷水，喷水半径为6m，当监测湿度小于19％的湿度探针707从上往下第2、3、4和5时，喷水半径分别为8m、11m、15m和20m；当5对湿度探针707显示土壤湿度均大于30％时或者有1对达到42％时，停止喷水。
[0132] 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。
