本發明專利技術提供了一種測量巖土層沉降的裝置，其包括監測井筒、沉降環和感應磁珠。本發明專利技術還提供了一種測量巖土層沉降的方法。本發明專利技術的方法可用于監測不同深度巖土層沉降，其克服了現有技術中必須人工放線、讀數、記錄的繁瑣程序，可供技術人員進行快速測沉操作，簡單、方便，且其可有效規避監測井筒變形引起的測量數據準確度低等實際問題。
【技術實現步驟摘要】
一種測量巖土層沉降的裝置、方法及應用
本專利技術屬于巖土工程、地下工程和地表修復工程等涉及土壤擾動工程的沉降監測設備領域，具體涉及一種用于測量巖土層沉降的裝置、一種測量巖土層沉降的方法及其應用。
技術介紹
巖土體由于自然沉積或外部擾動會發生不同形式的變形，自然界和工程界最常見的巖土體變形為在重力方向發生的豎向擠壓變形——沉降。過度抽取地下水、采掘固體礦產、開采石油(天然氣)、抽汲鹵水、高層建筑物的重壓、低載荷持續作用下的影響以及地下施工等都可能引起地面沉降。沉降會對人類社會活動造成很大影響，如：(1)危及建筑物的安全。使建筑物產生裂縫，甚至局部構件斷裂；(2)破壞城市給水、供氣等市政設施；(3)使城市御洪能力下降，加劇洪澇災害，出現嚴重的水患威脅；(4)造成海潮泛濫及海水入侵地下水，導致土地鹽堿化；(5)造成路面高低不平，影響交通運輸。因此，充分認識巖土體的沉降是工程安全領域的重要工作。目前監測沉降的主要方法有兩類：其一是在地表設置監測點，通過不同時間的高精度高程測繪監測地表沉降，該類方法常用于城市等需對地表沉降進行控制和規劃的地區，缺點是無法獲知地表以下不同層位的沉降情況；其二是在預先置有不同孔深感應裝置的沉降監測鉆孔，通過下放帶有磁性探頭的刻度軟尺與不同層深感應裝置產生電信號并讀取刻度來測量不同層位的沉降，該類方法常用于水壩壩體、礦山開發和科學研究等需要監測不同層深沉降規律的場景，缺點是監測井易受巖土體剪切拉伸等力學作用而發生彎曲、拉伸和破斷等嚴重影響測量準確度的情況。現有技術中所用測量不同層深巖土體的裝置多是由含有刻度軟尺、不銹鋼磁性探頭、聲光指示器電路及平尺卷軸等組成，配合監測鉆孔使用。當探頭接近預先安裝于監測鉆孔的磁性沉降環的區域時，將感應到磁信號并通過導線傳遞至卷軸內的聲光指示器發出指示。此類裝置存在測線彎曲導致讀數與實際距離不同、長期使用測線拉抻變長、往復收放卷尺操作復雜、針對礦區觀測點位密集時耗時耗力等實際問題。因此，急切需要一種簡單、方便、準確度高的巖土層沉降測量方法。
技術實現思路
鑒于上述現有技術中存在的問題，本專利技術提出了一種用于測量巖土層特別是礦區巖土層沉降的裝置，進而提出一種測量巖土層沉降的方法及其應用。本專利技術提供的方法可用于監測不同深度巖土層沉降，可供技術人員進行快速測沉操作，簡單、方便，且其在結合地表監測點技術的條件下，可有效規避監測井變形引起的測量數據準確度低等實際問題。為此，在第一個方面，本專利技術提供了一種測量巖土層沉降的裝置，其包括監測井筒、沉降環和感應磁珠，其中，所述監測井筒為圓柱形空心管；所述沉降環為帶有磁性的空心環，所述沉降環套設于所述監測井筒之外；所述沉降環包括地表定點沉降環和至少一個監測沉降環，所述地表定點沉降環位于所述監測沉降環之上；所述感應磁珠為帶有磁性的固體。根據本專利技術，當帶有磁性的感應磁珠通過帶有磁性的沉降環時，會激發感應磁珠和/或沉降環產生信號。根據本專利技術的一些實施方式，所述沉降環內設有功能模塊，所述功能模塊包括感應信號傳感模塊。根據本專利技術的一些實施方式，當帶有磁性的感應磁珠通過帶有磁性的沉降環時，會激發沉降環中的感應信號傳感模塊產生電信號。根據本專利技術的一些實施方式，所述功能模塊還包括電池組模塊和數據記錄存儲模塊。所述功能模塊對稱分布在沉降環內，同時兼顧均勻配重作用。在一些實施例中，所述功能模塊包括感應信號模塊、數據記錄模塊和兩個電池組模塊，其中，感應信號模塊和數據記錄存儲模塊對稱分布，兩個電池組模塊分別對稱分布于沉降環兩側。本專利技術中，“電池組模塊”用于給所述沉降環供電；“感應信號模塊”可以被激發產生并傳輸電信號；“數據記錄存儲模塊”對傳遞的信號信息進行收集并存儲。根據本專利技術的一些實施方式，地表定點沉降環內的功能模塊還包括數據傳輸模塊。根據本專利技術的一些實施方式，所述數據傳輸模塊包含數據存儲芯片和GPRS模塊的上位機電路板。根據本專利技術，“數據傳輸模塊”可將測得的數據遠程傳輸至讀取終端，也可相應配備開放式數據讀取接口，通過配套的數據讀取器讀取測得的沉降數據。根據本專利技術的一些實施方式，相鄰的沉降環之間連有導線。根據本專利技術的一些實施方式，所述監測井筒為抗變形材料，在一些實施例中，所述監測井筒為塑料材質。根據本專利技術的一些實施方式，所述地表定點沉降環固定在監測井筒頂端。根據本專利技術，所述監測沉降環套設于監測井筒之外，可根據需要固定于監測井筒或者被解除固定，解除固定后，其在外力作用下可相對于監測井筒發生移動。根據本專利技術的一些實施方式，監測井筒上有用來固定監測沉降環的托槽，該托槽給予監測沉降環的力略大于沉降環的重力，當巖土層沉降帶動監測沉降環位移時，監測沉降環將滑出托槽隨巖土層下移。該托槽可根據測定不同巖土層的層深而移動、固定于監測井筒相應位置，也可以是監測井筒筒壁上的凹槽。根據本專利技術的一些實施方式，所述監測井筒包括監測區和感應磁珠落存區，其中，感應磁珠落存區位于監測區下部。根據本專利技術的一些實施方式，所述監測沉降環位于監測井筒的監測區。本專利技術中，感應磁珠落存區用于存儲落入其中的感應磁珠。根據本專利技術的一些實施方式，所述感應磁珠落存區底部為錐形密封頭。根據本專利技術，所述監測沉降環的數目根據所測定的不同深度的巖土層沉降的實際需要決定。根據本專利技術的一些實施方式，所述沉降環還包括底部定點沉降環。根據本專利技術的一些實施方式，所述底部定點沉降環固定于感應磁珠落存區上部與監測區相接處。根據本專利技術的一些實施方式，感應信號通過相鄰的沉降環之間連接的導線逐個由下部沉降環向上傳輸直至地表定點沉降環。根據本專利技術的一些實施方式，所述裝置還包括監測探頭。本專利技術中，“監測探頭”為本領域常用的電磁沉降儀探測端頭，在一些實施例中，包括刻度軟尺、磁性探頭和探頭保護體。在另一些實施例中，所述刻度軟尺內帶有導線。所述刻度軟尺實現數據傳輸功能和向所述磁性探頭供電，所述磁性探頭在監測井筒內到達沉降環位置時會激發感應電路產生電信號并通過刻度軟尺傳輸至地表技術人員操作端以備記錄。在第二個方面，本專利技術提供了一種測量巖土層沉降的方法，其包括以下步驟：(1)使本專利技術第一個方面所述裝置的監測沉降環固定于監測井筒監測區的預置位置；(2)將固定有沉降環的監測井筒放入鉆孔，回填監測井筒與鉆孔的縫隙部分；(3)使感應磁珠自監測井筒的頂端自然下落，當其處于地表定點沉降環位置時開始計時；(4)當感應磁珠經過監測沉降環時，產生信號，記錄時間，得到感應磁珠從地表定點沉降環到監測沉降環所用的時間T1，此時監測沉降環相對于地表定點沉降環的距離為(5)使監測沉降環解除固定，當巖土層發生沉降時，監測沉降環隨著巖土層的移動相應下移，重復步驟(3)和(4)，得到感應磁珠從地表定點沉降環到監測沉降環所用的時間T2，此時監測沉降環相對于地表定點沉降環的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種測量巖土層沉降的裝置，其特征在于，包括監測井筒、沉降環和感應磁珠，其中，所述監測井筒為圓柱形空心管；/n所述沉降環為帶有磁性的空心環，所述沉降環套設于所述監測井筒之外；/n所述沉降環包括地表定點沉降環和至少一個監測沉降環，所述地表定點沉降環位于所述監測沉降環之上；/n所述感應磁珠為帶有磁性的固體；/n優選地，所述沉降環內設有功能模塊，所述功能模塊包括感應信號傳感模塊；/n更優選地，所述功能模塊還包括電池組模塊和數據記錄存儲模塊；/n最優選地，地表定點沉降環內的功能模塊還包括數據傳輸模塊。/n
【技術特征摘要】
1.一種測量巖土層沉降的裝置，其特征在于，包括監測井筒、沉降環和感應磁珠，其中，所述監測井筒為圓柱形空心管；
所述沉降環為帶有磁性的空心環，所述沉降環套設于所述監測井筒之外；
所述沉降環包括地表定點沉降環和至少一個監測沉降環，所述地表定點沉降環位于所述監測沉降環之上；
所述感應磁珠為帶有磁性的固體；
優選地，所述沉降環內設有功能模塊，所述功能模塊包括感應信號傳感模塊；
更優選地，所述功能模塊還包括電池組模塊和數據記錄存儲模塊；
最優選地，地表定點沉降環內的功能模塊還包括數據傳輸模塊。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述地表定點沉降環固定在所述監測井筒頂端；所述監測沉降環可固定于監測井筒或者被解除固定，解除固定后，監測沉降環可相對于監測井筒發生移動。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述監測井筒包括監測區和感應磁珠落存區，其中，感應磁珠落存區位于監測區下部，和/或監測沉降環位于所述監測區；
優選地，所述感應磁珠落存區底部為錐形密封頭。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述沉降環還包括底部定點沉降環，所述底部定點沉降環固定于感應磁珠落存區上部與監測區相接處。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括監測探頭，優選地，所述監測探頭包括刻度軟尺、磁性探頭和探頭保護體。
6.一種測量巖土層沉降的方法，其包括以下步驟：
(1)使權利要求1-5中任一項所述裝置的監測沉降環固定于監測井筒監測區的預置位置；
(2)將固定有沉降環的監測井筒放入鉆孔，回填監測井筒與鉆孔的縫隙部分；
【專利技術屬性】
技術研發人員：邢朕國，李全生，張凱，楊英明，何睿，
申請(專利權)人：神華神東煤炭集團有限責任公司，北京低碳清潔能源研究院，國家能源投資集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：內蒙古;15
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