本發(fā)明涉及一種礦業(yè)機(jī)械，具體涉及一種露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其建立和使用方法。

背景技術(shù)：

露天采煤直接剝離表土和煤層的上覆巖層，使煤層暴露后開(kāi)采，并在采區(qū)內(nèi)、外分層堆置剝離的巖土形成排土場(chǎng)。大型排土場(chǎng)是采區(qū)巖土混合堆積形成的人工巨型堆墊體。在大型排土場(chǎng)堆積形成過(guò)程中，排土場(chǎng)區(qū)域水位和水質(zhì)變化對(duì)區(qū)域環(huán)境評(píng)估，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警都有重要的作用。

排土場(chǎng)由無(wú)到有的過(guò)程實(shí)際上是整個(gè)露天礦區(qū)開(kāi)采的過(guò)程，但是現(xiàn)在鮮有研究，有部分團(tuán)隊(duì)在排土場(chǎng)周?chē)鷧^(qū)域布設(shè)幾個(gè)測(cè)井，對(duì)水位進(jìn)行研究，這種布設(shè)方式需要多個(gè)測(cè)井，費(fèi)用高，其次，并沒(méi)有直接測(cè)試排土場(chǎng)實(shí)際水位和水質(zhì)的變化，這對(duì)于科研研究而言并不嚴(yán)謹(jǐn)，不能進(jìn)行排土場(chǎng)中心向周?chē)鷧^(qū)域水位和水質(zhì)的變化趨勢(shì)，最后，排土場(chǎng)從無(wú)到有，從大到小，也就是開(kāi)采區(qū)域經(jīng)歷開(kāi)采到開(kāi)采形成排土場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程的水位和水質(zhì)變化，目前沒(méi)有真正做到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的，但是這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)于科學(xué)研究，環(huán)境評(píng)價(jià)和煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警都有極其重要的參考價(jià)值；露天礦的排土場(chǎng)有“大雨大滑、小雨小滑、無(wú)雨不滑”的特點(diǎn)，因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排土場(chǎng)的水位變化情況，對(duì)排土場(chǎng)本身的穩(wěn)定性具有重要意義。

主要難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

1、排土場(chǎng)區(qū)域會(huì)經(jīng)歷從無(wú)到有，地表經(jīng)歷從低到高的過(guò)程，因此測(cè)井也會(huì)逐步增加，如何實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)井高度的安全穩(wěn)定增加，并保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定測(cè)試和傳輸是個(gè)難點(diǎn)；

2、排土場(chǎng)從縱向方向主要分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是地表以上的堆土場(chǎng)區(qū)域，其水位主要補(bǔ)充水源為地表水，其變化大，受天氣影響較大，其水位變化對(duì)排土場(chǎng)安全性影響極大；第二個(gè)是地表以下區(qū)域，受礦坑排水影響，其水位與礦坑排水和突水有直接關(guān)系，其水質(zhì)好壞也是重要的參考數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在排土場(chǎng)由無(wú)到有過(guò)程中，即露天礦開(kāi)采前，開(kāi)采中和開(kāi)采后，如何克服現(xiàn)有的技術(shù)困難，實(shí)現(xiàn)排土場(chǎng)區(qū)域水位和水質(zhì)變化情況，為此，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)便的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一種露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述露天煤礦排土場(chǎng)包括地上部分和地下部分，所述地上部分為位于原來(lái)地表上方的堆土場(chǎng)，所述露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括第一測(cè)量井和第二測(cè)量井；

所述第一測(cè)量井設(shè)置于所述堆土場(chǎng)的中部，在所述第一測(cè)量井的下部設(shè)置有第一水位傳感器和位于其上部的固定套筒，在所述堆土場(chǎng)上方設(shè)置有線圈車(chē)，在所述線圈車(chē)上設(shè)置有第一無(wú)線傳輸模塊，所述第一水位傳感器連接第一線纜的一端，所述第一線纜的另一端穿過(guò)所述固定套筒與所述第一無(wú)線傳輸模塊相連；

所述第二測(cè)量井包括依次連接的豎直段、水平段和自由段，其中，所述豎直段設(shè)置在地下，在所述豎直段和所述水平段連接處設(shè)置有固定滑輪，在所述豎直段的下部設(shè)置有第二水位傳感器，所述第二水位傳感器通過(guò)第二線纜與所述自由段外部的第二無(wú)線傳輸模塊相連。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述第一測(cè)量井由多個(gè)自密封套管上下連接而成，所述自密封套管由兩個(gè)直徑不同的中空管體套接固定而成，所述自密封套管的下部?jī)?nèi)徑與上部外徑一致。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述固定套筒為圓柱形，在所述固定套筒的外側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)向內(nèi)凹陷的第一凹槽，在所述固定套筒的中心設(shè)置有上下貫通的通孔；所述固定套筒和所述自密封套管之間采用塑膠固定。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，在所述自密封套管上設(shè)置有連通其內(nèi)部和外部的第一線纜縫；在所述固定套筒上設(shè)置有連通其內(nèi)部和外部的第二線纜縫。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述第一水位傳感器的內(nèi)部從下至上包括依次連接的第一壓力探頭、長(zhǎng)條形電池組和第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)還與所述第一壓力探頭相連，在所述第一水位傳感器的底部設(shè)置有向上凹陷的第二凹槽，所述第二凹槽的頂部即為所述第一壓力探頭的底部。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述第二水位傳感器的內(nèi)部從下至上包括依次連接的第二壓力探頭、變壓裝置和第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)還與所述第二壓力探頭相連，在所述第二水位傳感器的底部設(shè)置有向上凹陷的第三凹槽，所述第三凹槽的頂部即為所述第二壓力探頭的底部；所述變壓裝置與外部電源相連。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述固定滑輪包括滑輪支撐桿和與所述滑輪支撐桿相連的滑輪，所述滑輪的直徑為30mm，寬度為25mm，所述滑輪支撐桿長(zhǎng)為28mm，所述滑輪支撐桿與豎直面形成的夾角為40°。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述第二測(cè)量井的豎直段為鉆孔，所述水平段采用所述自密封套管左右連接而成，所述水平段設(shè)置在所述堆土場(chǎng)和原地表之間，所述自由段由中空橡膠材料制成，所述自由段豎直設(shè)置在所述堆土場(chǎng)的外部；

所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括控制中心，分別與所述第一無(wú)線傳輸模塊和所述第二無(wú)線傳輸模塊通訊相連。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述第一測(cè)量井的底端與原地表之間的距離為5-8m，橫截面為直徑80mm的圓形，所述第一線纜的長(zhǎng)度比所述堆土場(chǎng)的高度長(zhǎng)30m；

所述第二測(cè)量井的豎直段為直徑80mm的鉆孔，高度比1.2倍的礦坑深度高40m，所述自由段的高度為5m以上；

所述線纜車(chē)能夠在直徑10m的范圍內(nèi)自由移動(dòng)，所述固定套筒的底端距離原地表之間的距離為40m，所述第一線纜縫和所述第二線纜縫的寬度為15mm，所述固定套筒的所述通孔的直徑為15mm；所述自密封套管中部的外徑為94mm，內(nèi)徑為80mm，底部的外徑為94mm，內(nèi)徑為87mm，上部的外徑為87mm，內(nèi)徑為80mm；

所述固定套筒的材質(zhì)為高強(qiáng)度塑膠，所述自密封套管的材質(zhì)為鋼。

本發(fā)明所述的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立及使用方法，包括如下步驟：

(a)根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙找到堆土場(chǎng)的中心位置；

(b)打鉆孔，形成第二測(cè)量井的豎直段，在其中安設(shè)第二水位傳感器，并采用第二線纜固定在固定滑輪上，監(jiān)測(cè)水位變化；

(c)2～3月后，露天礦開(kāi)始開(kāi)采工作面，并且開(kāi)始將礦坑區(qū)域的表土層剝離到堆土場(chǎng)，這時(shí)鋪設(shè)自密封套管形成水平段，并且將所述第二線纜從第一線纜縫里塞進(jìn)去，連接到堆土場(chǎng)堆土范圍之外；

(d)1～3月后，堆土場(chǎng)逐漸堆到5-8m高度，此時(shí)開(kāi)始鋪設(shè)所述自密封套管，形成第一測(cè)量井，同時(shí)，所述第二測(cè)量井的水平段外側(cè)一端安裝自由段，所述自由段為采用膠灌形式形成的橡膠管；

(e)3～5月后，堆土場(chǎng)逐漸堆到40m高度，開(kāi)始監(jiān)測(cè)所述第一測(cè)量井水位情況，安裝第一水位傳感器，并且在進(jìn)口安裝和封貼固定套筒，保證所述固定套筒以下的第一線纜和所述第一水位傳感器不受井口以上的活動(dòng)影響；

(f)2～3年后，此區(qū)域的堆土場(chǎng)高度幾乎穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)所述第一測(cè)量井和所述第二測(cè)量井的水位變化，時(shí)刻關(guān)注，做好滑坡預(yù)防工作。

本發(fā)明露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：本發(fā)明露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

排土場(chǎng)區(qū)域會(huì)經(jīng)歷從無(wú)到有，地表經(jīng)歷從低到高的過(guò)程，因此測(cè)井也會(huì)逐步增加，本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)井高度的安全穩(wěn)定增加，并保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定測(cè)試和傳輸；

排土場(chǎng)從縱向方向主要分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是地表以上的堆土場(chǎng)區(qū)域，其水位主要補(bǔ)充水源為地表水，其變化大，受天氣影響較大，其水位變化對(duì)排土場(chǎng)安全性影響極大；第二個(gè)是地表以下區(qū)域，受礦坑排水影響，其水位與礦坑排水和突水有直接關(guān)系；本發(fā)明的系統(tǒng)很好的兼顧了地上和地下部分的水位檢測(cè)情況。

本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)便易行，使用效果顯著，彌補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中自密封套管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明中固定套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4的側(cè)視圖；

圖6為本發(fā)明中第一水位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中第二水位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1～圖7所示，一種露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，露天煤礦排土場(chǎng)包括地上部分和地下部分，地上部分為位于原來(lái)地表上方的堆土場(chǎng)1，露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括第一測(cè)量井2和第二測(cè)量井3；

第一測(cè)量井2設(shè)置于堆土場(chǎng)1的中部，主要用于測(cè)量堆土場(chǎng)1的水位變化；在第一測(cè)量井2的下部設(shè)置有第一水位傳感器4和位于其上部的固定套筒5，在堆土場(chǎng)1上方設(shè)置有線圈車(chē)6，在線圈車(chē)6上設(shè)置有第一無(wú)線傳輸模塊，第一水位傳感器4連接第一線纜7的一端，第一線纜7的另一端穿過(guò)固定套筒5與第一無(wú)線傳輸模塊相連；

第二測(cè)量井3包括依次連接的豎直段301、水平段302和自由段303，其中，豎直段301設(shè)置在地下，在豎直段301和水平段302連接處設(shè)置有固定滑輪8，在豎直段301的下部設(shè)置有第二水位傳感器9，第二水位傳感器9通過(guò)第二線纜10與自由段303外部的第二無(wú)線傳輸模塊相連。

以上技術(shù)方案即可完成本發(fā)明的目的，以下均為效果更優(yōu)的優(yōu)選方式：

第一測(cè)量井2由多個(gè)自密封套管11上下連接而成，自密封套管11由兩個(gè)直徑不同的中空管體套接固定而成，自密封套管11的下部?jī)?nèi)徑與上部外徑一致。自密封套管11為在堆土過(guò)程中安放的，在這里的主要作用是形成第一測(cè)量井2，以往的測(cè)井都是人工打鉆，在這里是通過(guò)安設(shè)自密封套管11形成的測(cè)井，安設(shè)一根自密封套管11，在堆土過(guò)程中，土場(chǎng)逐步升高，升高到快要掩埋已放入的自密封套管11最高處時(shí)，再安裝一根自密封套管11，如此形成第一測(cè)量井2。

固定套筒5為圓柱形，在固定套筒5的外側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)向內(nèi)凹陷的第一凹槽501，在固定套筒5的中心設(shè)置有上下貫通的通孔502；固定套筒5的主要作用是固定線纜，保證第一水位傳感器4位置固定不動(dòng)，同時(shí)地面的線圈車(chē)6在移動(dòng)時(shí)，對(duì)第一水位傳感器4不會(huì)造成任何影響，而且其形狀并不是圓形，不影響水位在井中的變化，固定套筒5和自密封套管11之間采用塑膠固定。在自密封套管11上設(shè)置有連通其內(nèi)部和外部的第一線纜縫12；在固定套筒5上設(shè)置有連通其內(nèi)部和外部的第二線纜縫13。通孔502作用為固定第一線纜7，第一線纜7可以通過(guò)第二線纜縫13放進(jìn)去。

第一水位傳感器4為壓力式水位傳感器，原理為通過(guò)水壓大小得出水位高度值，內(nèi)部從下至上包括依次連接的第一壓力探頭401、長(zhǎng)條形電池組402和第一單片機(jī)403，第一單片機(jī)403還與第一壓力探頭401相連，在第一水位傳感器4的底部設(shè)置有向上凹陷的第二凹槽404，第二凹槽404的頂部即為第一壓力探頭401的底部，第二凹槽404形成的孔可以感知水的壓力，這樣的設(shè)計(jì)可以避免井中沙石堵住感知孔。在滿足井中空間條件下，長(zhǎng)條電池組402可以保證電量，同時(shí)長(zhǎng)條電池組402靠近第一水位傳感器4的底端，這樣整個(gè)第一水位傳感器4的重心在中心以下，保證第一水位傳感器4的狀態(tài)穩(wěn)定，第一單片機(jī)403主要作用為收集轉(zhuǎn)換信號(hào)并傳輸?shù)降乇?，因?yàn)榫^(guò)50m時(shí)，無(wú)線傳輸信號(hào)就會(huì)變?nèi)跏д?，因此必須要使用有線傳輸。

第二水位傳感器9采用的是外接電源傳感器內(nèi)部變壓的，內(nèi)部從下至上包括依次連接的第二壓力探頭901、變壓裝置902和第二單片機(jī)903，第二單片機(jī)903還與第二壓力探頭901相連，在第二水位傳感器9的底部設(shè)置有向上凹陷的第三凹槽904，第三凹槽904的頂部即為第二壓力探頭901的底部；變壓裝置902與外部電源相連，第三凹槽904形成的孔可以感知水的壓力，這樣的設(shè)計(jì)可以避免井中沙石堵住感知孔。

固定滑輪8包括滑輪支撐桿和與滑輪支撐桿相連的滑輪，滑輪的直徑為30mm，寬度為25mm，滑輪支撐桿長(zhǎng)為28mm，滑輪支撐桿與豎直面形成的夾角為40°。這樣的設(shè)計(jì)一是為了滑輪左邊仍然有最小47mm的空間，可以把第二水位傳感器9需要維修的時(shí)候拉上來(lái)，40°的角度設(shè)計(jì)，保證第二水位傳感器9從水平段302塞回去的時(shí)候可以自然的在重力作用下進(jìn)入豎直段301。

第二測(cè)量井3的主要作用是測(cè)量原地表以下的水位變化，在堆土場(chǎng)1開(kāi)始堆土前，打鉆孔形成豎直段301，水平段302采用自密封套管11左右連接而成，水平段302設(shè)置在堆土場(chǎng)1和原地表之間，自由段303由中空橡膠材料制成，自由段303豎直設(shè)置在堆土場(chǎng)1的外部；這樣的設(shè)計(jì)保證了與大氣壓連接，保證了第二水位傳感器9工作準(zhǔn)確，同時(shí)自由段303可以活動(dòng)自由，不受堆土場(chǎng)1的推進(jìn)影響，自由段303一般處于垂直狀態(tài)，高度為5m以上，保證水位最大時(shí)不會(huì)從里面冒水。

本發(fā)明露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括控制中心，分別與第一無(wú)線傳輸模塊和第二無(wú)線傳輸模塊通訊相連。

第一測(cè)量井2的底端與原地表之間的距離為5-8m，橫截面為直徑80mm的圓形，第一線纜7的長(zhǎng)度比堆土場(chǎng)1的高度長(zhǎng)30m；第二測(cè)量井3的豎直段301為直徑80mm的鉆孔，高度比1.2倍的礦坑深度高40m，自由段303的高度為5m以上；線圈車(chē)6能夠在直徑10m的范圍內(nèi)自由移動(dòng)，這樣可以方便地面推土車(chē)堆土，固定套筒5的底端距離原地表之間的距離為40m，第一線纜縫12和第二線纜縫13的寬度為15mm，固定套筒5的通孔502的直徑為15mm；自密封套管11中部的外徑為94mm，內(nèi)徑為80mm，底部的外徑為94mm，內(nèi)徑為87mm，上部的外徑為87mm，內(nèi)徑為80mm；固定套筒5的材質(zhì)為高強(qiáng)度塑膠，自密封套管11的材質(zhì)為鋼。

本發(fā)明的露天煤礦排土場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立及使用方法，包括如下步驟：

(a)根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙找到堆土場(chǎng)1的中心位置；

(b)打鉆孔，形成第二測(cè)量井3的豎直段301，在其中安設(shè)第二水位傳感器9，并采用第二線纜10固定在固定滑輪8上，監(jiān)測(cè)水位變化；

(c)2～3月后，露天礦開(kāi)始開(kāi)采工作面，并且開(kāi)始將礦坑區(qū)域的表土層剝離到堆土場(chǎng)1，這時(shí)鋪設(shè)自密封套管11形成水平段302，并且將第二線纜10從第一線纜縫12里塞進(jìn)去，連接到堆土場(chǎng)1堆土范圍之外；

(d)1～3月后，堆土場(chǎng)1逐漸堆到5-8m高度，此時(shí)開(kāi)始鋪設(shè)自密封套管11，形成第一測(cè)量井2，同時(shí)，第二測(cè)量井2的水平段302外側(cè)一端安裝自由段303，自由段303為采用膠灌形式形成的橡膠管；

(e)3～5月后，堆土場(chǎng)1逐漸堆到40m高度，開(kāi)始監(jiān)測(cè)第一測(cè)量井2水位情況，安裝第一水位傳感器4，并且在進(jìn)口安裝和封貼固定套筒5，保證固定套筒5以下的第一線纜7和第一水位傳感器4不受井口以上的活動(dòng)影響；

(f)2～3年后，此區(qū)域的堆土場(chǎng)1高度幾乎穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)第一測(cè)量井2和第二測(cè)量井3的水位變化(特別水大型排土場(chǎng)形成后，暴雨天氣等情況下)，時(shí)刻關(guān)注，做好滑坡預(yù)防工作。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。