[发明专利]一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置

说明书

一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，包括埋设于开采工作面主断面内的沉陷观测墩，沉陷观测墩中心位置嵌设有竖直连接通道，沉陷观测墩内至少嵌设有三层水平连接通道，水平连接通道贯通到沉陷观测墩的侧面，水平连接通道垂直于竖直连接通道且与竖直连接通道连通，竖直连接通道的顶部与主水平连接通道连通，主水平连接通道伸出沉陷观测墩的位置上设置有与中央处理器连通的数据采集器；三层水平连接通道由上而下依次为第一层水平连接通道、第二层连接通道和第三层连接通道；三层水平连接通道外侧均设置有土壤水分传感器，土壤水分传感器上的数据线分别穿过对应的水平连接通道进入到竖直连接通道，最后经主水平连接通道与数据采集器连通。能够实现动态监测、在一定时间内的无人值守，并且达到多层次无损监测的效果。

技术领域

本发明涉及一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，尤其涉及开采过程地表的移动变形、土壤含水量等土地损伤主要特征的定点监测，实现一定时间内的无人值守。

背景技术

我国是煤炭资源的消耗大国，煤炭资源在我国一次性能源消费的比例高达70%左右，煤炭资源的开采，不可避免对土地资源造成不同程度的塌陷、损毁、压占，受损土地需经过土地复垦等措施，使之恢复至原有的状态和生产力水平。其中，土地的受损特征、受损程度以及分布规律，是选择复垦工艺和措施的最要依据。

由于各地区煤炭资源的赋存条件不同，开采过程中采取的开采工艺也不同，土地的受损特征也具有较为明显的差异性。如中东部高潜水地区的淮南、淮北矿区，井工开采后易形成季节性积水区或常年性积水区，积水掩盖了其他破坏特征，但这也是个渐进的过程，需要进行动态的监测；而在我国煤炭的主产区西部五省，井工开采后，会形成地表的塌陷，地裂缝的产生，由于松散层厚度以及土质的区别，这些表现形式也不尽相同，有的以塌陷为主要表现形式，而有的以地裂缝为主；部分区域还伴生水土流失，土壤质量的退化如含水量的减少等，因此这种土地损伤的监测也需要一定的手段获取。

目前，针对于煤炭资源的损毁规律的研究，主要集中在小尺度的现场监测、大尺度的遥感监测、以及基于力学模型的数值模拟以及相似材料模拟试验等手段。相比于其他研究手段，小尺度的现场监测更为精细，获取的数据更具有说服力。然而，煤炭开采是个持续的生产活动，通常一个工作面的开采周期在1年以上，这也就为现场监测带来一定的难题，加之土地损伤特征具有多重指标，诸如移动变形、土壤含水量的变化等，这需要投入大量的人力、时间去完成各项数据的获取。而以往的监测过程，多划定若干个时间节点去监测，造成数据间断性。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置及其施工方法，为土地损伤的监测提供一个新途径。可以进行开采过程地表的移动变形、土壤含水量等土地损伤主要特征的监测，与传统技术相比，沉陷观测墩不再单一的用于定位，而是能够实现多个指标的定点定向监测，能够实现动态监测、在一定时间内的无人值守，并且达到多层次无损监测的效果。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种煤矿区开采沉陷土地损伤的多功能监测装置，包括埋设于开采工作面主断面内的沉陷观测墩，沉陷观测墩中心位置嵌设有竖直连接通道，竖直连接通道的底部贯通到沉陷观测墩底部，沉陷观测墩内至少嵌设有三层水平连接通道，水平连接通道贯通到沉陷观测墩的侧面，水平连接通道垂直于竖直连接通道且与竖直连接通道连通，竖直连接通道的顶部与主水平连接通道连通，主水平连接通道伸出沉陷观测墩的位置上设置有数据采集器；所述三层水平连接通道由上而下依次为第一层水平连接通道、第二层连接通道和第三层连接通道；沉陷观测墩侧面对应的第一层水平连接通道、第二层水平连接通道和第三层水平连接通道处均设置有土壤水分传感器，土壤水分传感器上的数据线分别穿过对应的水平连接通道进入到竖直连接通道，最后经主水平连接通道与数据采集器连通；在沉陷观测墩的顶部设置有控制点标志；数据采集器与中央处理器连接。