[发明专利]地面塌陷监测装置及监测方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种地质灾害监测技术，尤其涉及一种地面塌陷监测装置及监测方法。

背景技术

每年在全国各地都会发生多起地面塌陷灾害，特别是在岩溶地区相关塌陷灾害更是频繁发生，给人民生命财产安全造成了严重损失；由于岩溶土洞均在地面以下，且埋深各异，极具隐蔽性，给灾害监测带来了极大的困难。

目前，用于地面塌陷灾害的监测手段主要有地质雷达（GPR）、TDR（BOTDR）技术以及水（气）压力监测，地质雷达和TDR的运行成本很高，不适合大范围推广，水（气）压力监测又难以得出较为准确的结论，并且三种方法还都存在操作便捷性差的缺陷。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种地面塌陷监测方法，其方案为：所涉及的硬件有：支架、垂重体、缆索、处理模块、磁传感器（即霍尔元件）、通信线缆和感应环；其中，支架、垂重体和缆索形成监测装置的支撑结构，支架用于将垂重体垂挂在监测洞中，垂重体用于将缆索张紧，缆索用于设置磁传感器；磁传感器、通信线缆和感应环形成监测装置的传感部分，感应环用于感应地质变化，磁传感器用于感应监测装置的状态，通信线缆用于将磁传感器采集到的信号传输至处理模块中；应用前述多个装置进行监测的具体操作如下：

1）在监测区域钻孔，形成与水平方向垂直的监测洞；

2）支架固定在监测洞的洞口位置处，垂重体和支架之间通过缆索固定连接，垂重体垂挂在监测洞内；磁传感器固定在缆索中部，磁传感器和处理模块之间通过通信线缆电气连接；

正常情况下监测洞为柱状结构，感应环通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接，感应环的位置位于磁传感器和支架之间，感应环上设置有永磁体；

3）当土体塌陷后，监测洞的内壁被破坏，弹性机构失去支撑部，感应环向监测洞底部滑落；在感应环滑落过程中，永磁体发出的磁力线与磁传感器的探测区域发生重叠，处理模块通过磁传感器感知到感应环已经滑落，通过对感应环的设置高度进行预先标定，即可知道土体出现塌陷的深度。

前述方法实施简便，且所需的硬件装置均为十分常见的东西，并且感应环对地质变化十分敏感，监测结果准确。

地面塌陷灾害一般是从地表较深位置处向地表方向发展，基于地面塌陷灾害的这种特点，还可将感应环的数量设置为多个，多个感应环沿监测洞轴向依次设置，通过设置多个感应环并对多个感应环的分布深度进行预先标定，当地面塌陷灾害影响到感应环所在位置的监测洞时，感应环开始滑落，处理模块对磁传感器感应到磁场的次数进行计数，即可知道有多少个感应环滑落了，这不仅能够对地面塌陷灾害的发生进行监测，还能对地面塌陷灾害的发展进度进行监测，并可据此制订多级预警机制，即可通过监测感应环滑落的数量来判断地面塌陷的发展深度，如果地面塌陷的深度还不足以威胁地表安全，则仅需密切监视即可，从而进一步提高灾害预警的准确性。

在前述的监测方法基础上，本发明还提出了一种地面塌陷监测装置，其结构为：所述地面塌陷监测装置由支架、垂重体、缆索、处理模块、磁传感器、通信线缆和感应环组成；

缆索上端与支架固定连接，缆索下端与垂重体固定连接；磁传感器固定在缆索中部，磁传感器和处理模块之间通过通信线缆电气连接；感应环设置于缆索上支架和磁传感器之间的位置处，且感应环能沿缆索滑动；

所述感应环由外筒、内筒、永磁体、多个卡臂和多个弹簧组成；所述外筒和内筒均为两端开口的圆筒结构，内筒套接在外筒内，外筒和内筒之间通过连接梁固定；内筒内壁上设置有安装槽，永磁体镶嵌在安装槽内；多个卡臂与外筒外壁转动连接，卡臂能沿外筒轴向转动；每个卡臂均对应一个弹簧，弹簧的一端与卡臂中部连接，弹簧的另一端与外筒外壁连接；自然状态时，卡臂外端在弹簧的拉力作用下向外筒表面靠拢，且多个卡臂的外端朝向相同；布设感应环时，用力转动卡臂，使卡臂外端朝与弹簧收缩方向相反的方向转动，并且使卡臂的外周小于监测洞的直径，然后将卡臂运送到监测洞内对应位置后，松开卡臂，卡臂就在弹簧作用下反向转动并最终被监测洞的洞壁卡住，从而完成感应环的布设。

缆索从感应环的内筒内孔中穿过，缆索与内筒之间留有间隙。

前述结构中所涉及的部件结构简单，安装设置操作简便，测试结果准确可靠。