一种矿井水文状况实时监测装置和方法

本发明涉及水文监测。具体地说是一种矿井水文状况实时监测装置和方法。

背景技术：

1、矿区开采诱发复杂的岩体活动，开采方案根据需要分为采空区实时回填与不回填两种工况，并在持续开采的扰动下，进一步加剧地层渗流条件的复杂性。为保障井下作业人员安全，需要持续监测地下水向矿区渗流发展状况。

2、目前，针对地下水文监测，通常采用从地面向目标地层钻探查孔，再投入相应的监测装置进行水文监测，为了判断渗流的具体层位，需要对探查孔进行分隔，从而避免不同地层的地下水大量相互窜流。针对临时性短期监测，需要监测设备具有较高的灵活性，而现有的分隔方式一般为水泥浆封孔，这种封孔方式不具有灵活性，而采用橡胶囊的方式，需要额外布置气路结构，在布设上存在一定的不便，同时应对压力较大的情况时，容易发生位移。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够对探查孔进行有效分隔，并可以根据需要自由调控，实现针对任一分段位置进行监测的矿井水文状况实时监测装置和方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种矿井水文状况实时监测装置，包括多个竖向布置的隔离件和沿径向滑动安装在隔离件上的弧形撑开件，隔离件上沿径向均布有多个螺纹杆，螺纹杆与弧形撑开件螺纹连接，以驱动弧形撑开件相对隔离件径向运动；螺纹杆端部转动连接在隔离件上，隔离件内转动连接有对各个螺纹杆进行驱动的驱动环；隔离件上分别开设有竖向布置且用于穿过绳索的通孔，绳索竖向布置在探查孔内，各个隔离件内分别转动连接有卷绕轮，绳索竖向布置且依次穿过各个隔离件并卷绕在对应的卷绕轮上；隔离件上端固定连接有环形的弹性密封膜，弹性密封膜外圆周分别固定连接有多个卡环，弧形撑开件的外侧上端与卡环位置对应处分别固定连接有卡扣；相邻的隔离件之间设有测量支撑件，测量支撑件上开设有穿过球心且用于穿过绳索的竖向通道，绳索穿过竖向通道，测量支撑件两侧可拆卸固定有用于监测水文状况的无线传感器。

3、上述矿井水文状况实时监测装置，隔离件上端位于弹性密封膜上方设有对弹性密封膜限位的限位框架，限位框架外圆周设有斜向上伸出的倒角，限位框架与隔离件固定连接。

4、上述矿井水文状况实时监测装置，弧形撑开件包括螺纹连接在螺纹杆上的驱动块、支撑杆和弧形压紧板，驱动块外侧固定连接有对称布置的支撑杆，两支撑杆外侧与弧形压紧板连接；弧形压紧板上固定连接有卡扣，卡扣上端朝向上端面外侧伸出并与卡环配合。

5、上述矿井水文状况实时监测装置，弧形压紧板内侧固定有弹性块，弹性块上固定有铰接板，支撑杆的端部固定安装有铰接头，铰接头与铰接板通过销轴铰接；销轴位于弧形压紧板顶点的上方；支撑杆的下方和铰接板之间通过弹簧片支撑。

6、上述矿井水文状况实时监测装置，弹性密封膜的边缘上位于相邻两个弧形压紧板之间设置有弹性辅助密封凸块；在弹性密封膜的径向上：弹性辅助密封凸块的中心向远离弹性密封膜的圆心方向延伸；在弹性密封膜的厚度方向上：弹性辅助密封凸块向上延伸变厚。

7、上述矿井水文状况实时监测装置，测量支撑件内设有与竖向通道相对应的环形空间，测量支撑件上下两端分别开设有出线口，环形空间内转动连接有与竖向通道同轴布置的卷线轮，卷线轮上下两端分别与出线口相对应，卷线轮上下两端分别反向卷绕有位置调整线，位置调整线伸出端分别从对应的出线口穿过并固定连接在对应的隔离件上；测量支撑件上转动连接有装配环，装配环与卷线轮同轴布置，装配环外侧圆周均布有多个用于扩展连接的卡接口，卡接口上可拆卸连接有无线传感器。

8、上述矿井水文状况实时监测装置，装配环内侧固定连接有转动环，测量支撑件上开设有环形转动口，转动环转动连接在环形转动口内，转动环内侧从环形转动口伸入到测量支撑件内，转动环内侧设有齿轮环；卷线轮中部固定连接有与卷线轮同轴布置的驱动齿轮，驱动齿轮与齿轮环上下错开布置，驱动齿轮中的齿与齿轮环中齿的参数相同。

9、上述矿井水文状况实时监测装置，测量支撑件内固定连接有竖向布置的驱动电机，驱动电机转轴上沿转轴轴线方向滑动连接有配合齿轮，配合齿轮分别与驱动齿轮或齿轮环相啮合；配合齿轮侧面固定连接有移动架，移动架与固定在测量支撑件内的伸缩杆自由端固定连接，伸缩杆驱动移动架推动配合齿轮与驱动齿轮或齿轮环相啮合。

10、上述矿井水文状况实时监测装置，驱动齿轮的底壁上沿周向固定有定位环，定位环上开设有卡槽，伸缩杆的自由端上通过卡杆固定连接有定位块，伸缩杆的自由端伸出时同步通过卡杆带动定位块卡入定位环内，以限制驱动齿轮转动。

11、一种矿井水文状况实时监测方法，利用上述矿井水文状况实时监测装置进行监测，包括以下步骤：

12、步骤1：利用钻机从地面向目标地层钻探查孔；

13、步骤2：按照勘探数据，将隔离件和测量支撑件依次组装到绳索的相应位置上；绳索上至少安装三个隔离件和一个测量支撑件，并且测量支撑件位于任意两个隔离件之间，同时在测量支撑件上安装用于水文监测的无线传感器；

14、步骤3：将安装有隔离件和测量支撑件的绳索一端下放到探查孔内并通过固定件与探查孔固定，将绳索的另一端与孔口固定；

15、步骤4：通过控制隔离件沿绳索上下运动，调节隔离件在探查孔内的轴向位置，以覆盖住需要监测的地层区域；

16、步骤5：控制位于两端的两个隔离件的弧形撑开件带动弹性密封膜径向展开并撑住孔壁，实现与孔壁密封，控制位于中间的隔离件的弧形撑开件径向展开并撑住孔壁；两端的两个隔离件之间为密封监测段，通过无线传感器对密封监测段内水文状况进行实时监测。

17、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

18、采用多个隔离件相互配合的方式，能够在探查孔中形成灵活可调的不同的分段，同时利用中间的隔离件进行有效的机械支撑，兼具灵活性和固定的牢固性。可以根据需要在探查孔任意高度悬停，相对深度可根据需要调节，还能根据需要，将探查孔中的空间分为任意分段，并在各个分段之间分别监测水文变化，在对探查孔中的各个分段进行分隔时能够任意调节各个分段之间的高度，还能够根据情况来控制各个分段之间联通与否。

1.一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，包括多个竖向布置的隔离件（1）和沿径向滑动安装在隔离件（1）上的弧形撑开件（3），隔离件（1）上沿径向均布有多个螺纹杆（2），螺纹杆（2）与弧形撑开件（3）螺纹连接，以驱动弧形撑开件（3）相对隔离件（1）径向运动；螺纹杆（2）端部转动连接在隔离件（1）上，隔离件（1）内转动连接有对各个螺纹杆（2）进行驱动的驱动环（4）；隔离件（1）上分别开设有竖向布置且用于穿过绳索的通孔（5），绳索竖向布置在探查孔内，各个隔离件（1）内分别转动连接有卷绕轮（6），绳索竖向布置且依次穿过各个隔离件（1）并卷绕在对应的卷绕轮（6）上；隔离件（1）上端固定连接有环形的弹性密封膜（12），弹性密封膜（12）外圆周分别固定连接有多个卡环（13），弧形撑开件（3）的外侧上端与卡环（13）位置对应处分别固定连接有卡扣（14）；相邻的隔离件（1）之间设有测量支撑件（7），测量支撑件（7）上开设有穿过球心且用于穿过绳索的竖向通道（8），绳索穿过竖向通道（8），测量支撑件（7）两侧可拆卸固定有用于监测水文状况的无线传感器。

2.根据权利要求1的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，隔离件（1）上端位于弹性密封膜（12）上方设有对弹性密封膜（12）限位的限位框架（15），限位框架（15）外圆周设有斜向上伸出的倒角，限位框架（15）与隔离件（1）固定连接。

3.根据权利要求1的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，弧形撑开件（3）包括螺纹连接在螺纹杆（2）上的驱动块（16）、支撑杆（17）和弧形压紧板（18），驱动块（16）外侧固定连接有对称布置的支撑杆（17），两支撑杆（17）外侧与弧形压紧板（18）连接；弧形压紧板（18）上固定连接有卡扣（14），卡扣（14）上端朝向上端面外侧伸出并与卡环（13）配合。

4.根据权利要求3的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，弧形压紧板（18）内侧固定有弹性块（181），弹性块（181）上固定有铰接板（182），支撑杆（17）的端部固定安装有铰接头（183），铰接头（183）与铰接板（182）通过销轴铰接；销轴位于弧形压紧板（18）顶点的上方；支撑杆（17）的下方和铰接板（182）之间通过弹簧片支撑。

5.根据权利要求4的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，弹性密封膜（12）的边缘上位于相邻两个弧形压紧板（18）之间设置有弹性辅助密封凸块（121）；在弹性密封膜（12）的径向上：弹性辅助密封凸块（121）的中心向远离弹性密封膜（12）的圆心方向延伸；在弹性密封膜（12）的厚度方向上：弹性辅助密封凸块（121）向上延伸变厚。

6.根据权利要求1的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，测量支撑件（7）内设有与竖向通道（8）相对应的环形空间，测量支撑件（7）上下两端分别开设有出线口（9），环形空间内转动连接有与竖向通道（8）同轴布置的卷线轮（10），卷线轮（10）上下两端分别与出线口（9）相对应，卷线轮（10）上下两端分别反向卷绕有位置调整线（11），位置调整线（11）伸出端分别从对应的出线口（9）穿过并固定连接在对应的隔离件（1）上；测量支撑件（7）上转动连接有装配环（19），装配环（19）与卷线轮（10）同轴布置，装配环（19）外侧圆周均布有多个用于扩展连接的卡接口（20），卡接口（20）上可拆卸连接有无线传感器。

7.根据权利要求6的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，装配环（19）内侧固定连接有转动环（21），测量支撑件（7）上开设有环形转动口，转动环（21）转动连接在环形转动口内，转动环（21）内侧从环形转动口伸入到测量支撑件（7）内，转动环（21）内侧设有齿轮环（22）；卷线轮（10）中部固定连接有与卷线轮（10）同轴布置的驱动齿轮（23），驱动齿轮（23）与齿轮环（22）上下错开布置，驱动齿轮（23）中的齿与齿轮环（22）中齿的参数相同。

8.根据权利要求7的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，测量支撑件（7）内固定连接有竖向布置的驱动电机，驱动电机转轴上沿转轴轴线方向滑动连接有配合齿轮（24），配合齿轮（24）分别与驱动齿轮（23）或齿轮环（22）相啮合；配合齿轮（24）侧面固定连接有移动架（25），移动架（25）与固定在测量支撑件（7）内的伸缩杆自由端固定连接，伸缩杆驱动移动架（25）推动配合齿轮（24）与驱动齿轮（23）或齿轮环（22）相啮合。

9.根据权利要求8的一种矿井水文状况实时监测装置，其特征在于，驱动齿轮（23）的底壁上沿周向固定有定位环（27），定位环（27）上开设有卡槽，伸缩杆的自由端上通过卡杆（26）固定连接有定位块（28），伸缩杆的自由端伸出时同步通过卡杆（26）带动定位块（28）卡入定位环（27）内，以限制驱动齿轮（23）转动。

10.一种矿井水文状况实时监测方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一所述的矿井水文状况实时监测装置进行监测，包括以下步骤：