一种地面沉降监测装置以及监测方法与流程

1.本发明涉及监测装置技术领域，具体为一种地面沉降监测装置。


背景技术：

2.在采空区塌陷灾害的防治及预警中，对采空区深部地层进行沉降监测具有十分重要的作用和意义，常用的沉降监测装置包括插入式沉降监测装置和贴附式沉降监测装置，由于其自身结构所限，并不适于对采空区深部地层进行沉降监测，为此我们提出一种用于深层地面沉降的地面沉降监测装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种地面沉降监测装置，具备及时监测沉降深度、提高监测精度以及减少误差的优点，解决了背景技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种地面沉降监测装置，包括竖直贯穿硬化路面层和地表层的监测孔，所述硬化路面层上监测孔的内壁固定连接有支撑管，所述地表层上的监测孔内填充有沙粒，所述支撑管的内壁设有密封圆盘，所述密封圆盘的表面贯穿有受牵拉并且可轴向滑动的竖直插杆，所述竖直插杆的底部与沙粒的上表面活动连接，所述竖直插杆的顶部通过销轴转动连接有转动臂，所述支撑管的顶部固定连接有对监测孔进行密封的密封盖，所述密封盖的下表面固定连接有矩形管，所述矩形管内壁的底部定轴转动连接有指示管，所述指示管上靠近底部的弧形轮廓上固定套有传动齿轮，所述传动齿轮上的齿牙传动啮合有在矩形管内限位滑动的齿条，所述齿条的端部固定连接有在矩形管内水平限位滑动的连接板，所述连接板的侧面固定连接有连接座，所述连接座的内壁与转动臂的顶部通过销轴转动连接，所述指示管上靠近顶部的弧形轮廓贯穿矩形管以及密封盖的上表面并固定连接有用于显示转动幅度的指示杆。
5.优选的，所述竖直插杆上设有对沙粒进行按压的压平装置，所述压平装置包括设置在竖直插杆底部轮廓上的传动杆，所述传动杆上远离竖直插杆的一端固定连接有n形架，所述n形架内设有限位转动的压滚轮，所述压滚轮的底部与沙粒的顶部活动连接，所述矩形管的上表面固定连接有与传动齿轮同轴设置且由动力机构带动转动的驱动管，所述驱动管的顶部贯穿密封盖并与密封盖活动连接，所述驱动管的内壁与传动齿轮的表面活动连接
6.优选的，所述n形架上还设有使压滚轮在竖直方向上进行运动的复压装置，所述复压装置包括在n形架侧面上所开设的矩形通槽，所述矩形通槽的内壁上下限位滑动连接有升降滑块，所述升降滑块的顶部和底部均固定连接有复位弹簧，所述复位弹簧上远离升降滑块的一端与矩形通槽的内壁固定连接，所述n形架上的升降滑块被贯穿有可转动的转动轴，所述转动轴贯穿压滚轮的圆心并与压滚轮固定连接，所述转动轴上靠近端部的弧形轮廓上活动卡接有半圆环形压块，所述半圆环形压块的弧形轮廓上固定卡接有叉板，所述叉板的顶部固定连接有被竖直插杆贯穿的传动横板，所述地表层内贯穿插接有定位管，所述叉板上靠近定位管的一侧固定连接有引导叉块，所述定位管的弧形轮廓上开设有与引导叉
块的端部相适配的波浪形引导槽，所述定位管的表面贯穿沙粒
7.优选的，所述定位管内设有对沙粒内湿气进行转移的除湿装置，所述除湿装置包括固定在定位管内壁的固定塞，所述固定塞的表面贯通设置有单向向下导气的单向阀一，所述固定塞的正上方设有在定位管内壁中上下限位滑动的活动塞，所述活动塞的表面贯通设有两个单向向下导气的单向阀二，所述活动塞上表面的圆心处固定连接有活塞杆，所述活塞杆的顶部与传动横板的下表面固定连接，所述定位管的弧形轮廓上开设有排气口，所述传动齿轮的底部贯穿矩形管的下表面延伸至支撑管内。
8.优选的，所述齿条的数量为两个，且两个齿条以指示管的竖直中心线呈中心对称设置。
9.优选的，所述压滚轮的棱边处经过圆弧过渡，且压滚轮的弧形轮廓上开设有细纹。
10.优选的，所述引导叉块上远离叉板的一端为弧形面，且引导叉块通过其上的弧形面与波浪形引导槽的内壁滑动连接。
11.优选的，所述密封盖的上表面固定连接有支撑杆，所述支撑杆的顶部固定连接有与蓄电池电性连接的太阳能板。
12.优选的，所述该地面沉降监测装置的监测方法包括以下步骤：
13.s1：准备工作
14.首先在硬化路面层上向下开凿监测孔至地表层内，监测孔的深度为一点五米，然后将定位管竖直插至地表层内，最后将沙粒填充至监测孔内，并使沙粒的上表面与硬化路面层和地表层的相交面平齐，再将支撑管固定在硬化路面层上监测孔的内壁中，最后将密封盖焊接在支撑管的顶部并对监测孔的顶部进行密封；
15.s2：驱动阶段
16.通过动力机构带动驱动管、矩形管整体在密封盖上的转动，使与竖直插杆相连接的n形架、压滚轮在沙粒的顶部进行转动，一旦地表层内出现沉降，沙粒在地表层内的高度随即下降，竖直插杆随之下降，最后引发指示管的转动。
17.s3：分析阶段
18.通过指示管带着指示杆相对驱动管初始位置处偏离的转动幅度，可直接判断沉降的程度。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.一、本发明通过支撑管在硬化路面层上的监测孔内实现定位支撑作用，通过密封圆盘对竖直插杆的升降提供限位支撑，通过竖直插杆的限位升降以及转动臂的转动配合，使得连接座能够带着连接板、齿条在矩形管内进行水平限位滑动，由此使得与齿条传动啮合的传动齿轮带着指示管相对支撑管进行转动，最后通过指示管带着其上的指示杆相对初始角度所转动后的偏离幅度直观的判断沉降的深浅程度。
21.二、本发明通过压平装置的设置，能够将沙粒进行压实操作，避免沙粒内出现因吸收水分而造成的临时性结块，导致沉降幅度不易发现，通过压平装置能够通过挤压实现对结块的初步粉碎，保证监测结果的准确性。
22.三、本发明通过复压装置的设置，能够进一步通过竖直方向上的挤压，进一步的将存在的结块进行粉碎操作，进一步保证监测结果的准确性。
23.四、本发明通过除湿装置的设置，能够不断的将沙粒内存在的水分通过不断移动
的空气进行转移，一方面能够避免结块现象的发生，另一方面能够避免地表层上监测孔的内壁粘附沙粒的颗粒；
24.五、本发明通过上述结构之间的配合使用，解决了在实际使用过程中，由于传统地面沉降结构受到其自身结构所限制，并不适于对采空区深部地层进行沉降监测，给使用带来不便的问题。
附图说明
25.图1为本发明密封盖的立体图；
26.图2为本发明矩形管的俯视剖视图；
27.图3为本发明压滚轮的立体图；
28.图4为本发明定位管的正视剖视图；
29.图5为本发明n形架的立体图；
30.图6为本发明密封圆盘的立体图；
31.图7为本发明定位管的立体图。
32.图中：1、硬化路面层；2、地表层；101、监测孔；102、沙粒；3、支撑管；4、密封圆盘；5、竖直插杆；6、转动臂；7、密封盖；8、矩形管；9、指示管；10、传动齿轮；11、齿条；12、连接板；13、连接座；14、指示杆；15、传动杆；16、n形架；17、压滚轮；18、驱动管；19、矩形通槽；20、升降滑块；21、复位弹簧；22、转动轴；23、半圆环形压块；24、叉板；25、传动横板；26、定位管；27、引导叉块；28、波浪形引导槽；29、固定塞；30、单向阀一；31、活动塞；32、单向阀二；33、活塞杆；34、排气口；35、支撑杆；36、太阳能板。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例一
35.本发明提供一种技术方案：一种地面沉降监测装置，包括竖直贯穿硬化路面层1和地表层2的监测孔101，硬化路面层1上监测孔101的内壁固定连接有支撑管3，通过支撑管3在硬化路面层1上的监测孔101内实现定位支撑作用，地表层2上的监测孔101内填充有沙粒102，支撑管3的内壁设有密封圆盘4，密封圆盘4的表面贯穿有受牵拉并且可轴向滑动的竖直插杆5，通过密封圆盘4对竖直插杆5的升降提供限位支撑，竖直插杆5的底部与沙粒102的上表面活动连接，竖直插杆5的顶部通过销轴转动连接有转动臂6，支撑管3的顶部固定连接有对监测孔101进行密封的密封盖7，密封盖7的下表面固定连接有矩形管8，矩形管8内壁的底部定轴转动连接有指示管9，指示管9上靠近底部的弧形轮廓上固定套有传动齿轮10，传动齿轮10上的齿牙传动啮合有在矩形管8内限位滑动的齿条11，齿条11的端部固定连接有在矩形管8内水平限位滑动的连接板12，连接板12的侧面固定连接有连接座13，通过竖直插杆5的限位升降以及转动臂6的转动配合，使得连接座13能够带着连接板12、齿条11在矩形管8内进行水平限位滑动，连接座13的内壁与转动臂6的顶部通过销轴转动连接，指示管9上
靠近顶部的弧形轮廓贯穿矩形管8以及密封盖7的上表面并固定连接有用于显示转动幅度的指示杆14，由此使得与齿条11传动啮合的传动齿轮10带着指示管9相对支撑管3进行转动，最后通过指示管9带着其上的指示杆14相对初始角度所转动后的偏离幅度直观的判断沉降的深浅程度。
36.实施例二
37.与实施例一基本相同，更进一步的是：竖直插杆5上设有对沙粒102进行按压的压平装置，压平装置的设置，能够将沙粒102进行压实操作，避免沙粒102内出现因吸收水分而造成的临时性结块，导致沉降幅度不易发现，通过压平装置能够通过挤压实现对结块的初步粉碎，保证监测结果的准确性。
38.压平装置包括设置在竖直插杆5底部轮廓上的传动杆15，传动杆15上远离竖直插杆5的一端固定连接有n形架16，n形架16内设有限位转动的压滚轮17，压滚轮17的底部与沙粒102的顶部活动连接，矩形管8的上表面固定连接有与传动齿轮10同轴设置且由动力机构带动转动的驱动管18，驱动管18的顶部贯穿密封盖7并与密封盖7活动连接，驱动管18的内壁与传动齿轮10的表面活动连接。
39.参考图3和图1，通过动力机构带动驱动管18的转动，经由矩形管8、连接座13、转动臂6、竖直插杆5和传动杆15的传动，使得n形架16能够带动其内的压滚轮17同步以驱动管18的竖直中心线为转动中心进行转动，尤其在沙粒102顶部滚动的压滚轮17能够对沙粒102顶部进行压平操作。
40.实施例三
41.与实施例二基本相同，更进一步的是：n形架16上还设有使压滚轮17在竖直方向上进行运动的复压装置，通过复压装置的设置，能够进一步通过竖直方向上的挤压，进一步的将存在的结块进行粉碎操作，进一步保证监测结果的准确性。
42.复压装置包括在n形架16侧面上所开设的矩形通槽19，矩形通槽19的内壁上下限位滑动连接有升降滑块20，升降滑块20的顶部和底部均固定连接有复位弹簧21，复位弹簧21上远离升降滑块20的一端与矩形通槽19的内壁固定连接，n形架16上的升降滑块20被贯穿有可转动的转动轴22，转动轴22贯穿压滚轮17的圆心并与压滚轮17固定连接，转动轴22上靠近端部的弧形轮廓上活动卡接有半圆环形压块23，半圆环形压块23的弧形轮廓上固定卡接有叉板24，叉板24的顶部固定连接有被竖直插杆5贯穿的传动横板25，地表层2内贯穿插接有定位管26，叉板24上靠近定位管26的一侧固定连接有引导叉块27，定位管26的弧形轮廓上开设有与引导叉块27的端部相适配的波浪形引导槽28，定位管26的表面贯穿沙粒102。
43.参考图1、图3，通过竖直插杆5的传动，使得被竖直插杆5所贯穿的传动横板25能够同步进行定轴转动，叉板24在传动横板25上起到固定连接作用，由于定位管26固定在地表层2内，当传动横板25带着叉板24上的引导叉块27进行同步转动，且由于引导叉块27的端部置于波浪形引导槽28的内壁中，且在波浪形引导槽28上预制轨迹的引导下，使得引导叉块27能够通过叉板24带着传动横板25进行升降运动，且由于叉板24的底部处设置有活动卡接在转动轴22上的半圆环形压块23，当叉板24通过半圆环形压块23对转动轴22的表面产生下压时，即可实现通过转动轴22带着压滚轮17在转动过程中进行下压，而后在复位弹簧21上弹力作用下，即可实现升降滑块20、转动轴22以及压滚轮17的复位。
44.实施例四
45.与实施例三基本相同，更进一步的是：定位管26内设有对沙粒102内湿气进行转移的除湿装置，通过除湿装置的设置，能够不断的将沙粒102内存在的水分通过不断移动的空气进行转移，一方面能够避免结块现象的发生，另一方面能够避免地表层2上监测孔101的内壁粘附沙粒102的颗粒。
46.除湿装置包括固定在定位管26内壁的固定塞29，固定塞29的表面贯通设置有单向向下导气的单向阀一30，固定塞29的正上方设有在定位管26内壁中上下限位滑动的活动塞31，活动塞31的表面贯通设有两个单向向下导气的单向阀二32，活动塞31上表面的圆心处固定连接有活塞杆33，活塞杆33的顶部与传动横板25的下表面固定连接，定位管26的弧形轮廓上开设有排气口34，传动齿轮10的底部贯穿矩形管8的下表面延伸至支撑管3内。
47.参考图1、图3和图4。
48.通过传动横板25同步带动活塞杆33的往复升降，经活塞杆33的传动，活动塞31会带着其上的单向阀二32同步相对定位管26和固定塞29进行升降运动，由此使得m空间的大小出现增减变化，其内气压压强同步进行增减，在m空间内为高压环境时，m空间内的空气会通过单向阀一30向下排出，而后通过排气口34向四面八方转移，转移的空气能够带动水分的转移，进而能够不断的将沙粒102内的水分进行转移，以保证沙粒102内的干燥程度，以满足精准监测的需求。
49.进一步的，齿条11的数量为两个，且两个齿条11以指示管9的竖直中心线呈中心对称设置。
50.参考图1、图2、图3，通过两个齿条11对应两个连接板12、两个连接座13、两个转动臂6、两个竖直插杆5等，使得密封圆盘4、传动横板25等结构的受力更加平衡，在运动时也会更加稳定；
51.进一步的，压滚轮17的棱边处经过圆弧过渡，且压滚轮17的弧形轮廓上开设有细纹。
52.通过压滚轮17上棱边的圆弧过渡处理，能够增加与沙粒102的接触面积，而细纹的开设，能够进一步增加接触面积。
53.进一步的，引导叉块27上远离叉板24的一端为弧形面，且引导叉块27通过其上的弧形面与波浪形引导槽28的内壁滑动连接。
54.通过引导叉块27端部上弧形面的设置，使得引导叉块27的端部在波浪形引导槽28内滑动时摩擦阻力更小，滑动时会更加流畅。
55.进一步的，密封盖7的上表面固定连接有支撑杆35，支撑杆35的顶部固定连接有与蓄电池电性连接的太阳能板36。
56.参考图1，通过支撑杆35对太阳能板36进行支撑，而太阳能板36的设置，一方面能够对指示管9的顶部进行遮挡，避免雨水进入，另一方面，能够通过将太阳能转化为电能，存储在蓄电池内，给动力机构提供电能，本方案的动力机构为电机。
57.进一步的，该地面沉降监测装置的监测方法包括以下步骤：
58.s1：准备工作
59.首先在硬化路面层1上向下开凿监测孔101至地表层2内，监测孔101的深度为一点五米，然后将定位管26竖直插至地表层2内，最后将沙粒102填充至监测孔101内，并使沙粒
102的上表面与硬化路面层1和地表层2的相交面平齐，再将支撑管3固定在硬化路面层1上监测孔101的内壁中，最后将密封盖7焊接在支撑管3的顶部并对监测孔101的顶部进行密封；
60.s2：驱动阶段
61.通过动力机构带动驱动管18、矩形管8整体在密封盖7上的转动，使与竖直插杆5相连接的n形架16、压滚轮17在沙粒102的顶部进行转动，一旦地表层2内出现沉降，沙粒102在地表层2内的高度随即下降，竖直插杆5随之下降，最后引发指示管9的转动。
62.s3：分析阶段
63.通过指示管9带着指示杆14相对驱动管18初始位置处偏离的转动幅度，可直接判断沉降的程度。
64.工作原理：该地面沉降监测装置使用时，通过支撑管3在硬化路面层1上的监测孔101内实现定位支撑作用，通过密封圆盘4对竖直插杆5的升降提供限位支撑，通过竖直插杆5的限位升降以及转动臂6的转动配合，使得连接座13能够带着连接板12、齿条11在矩形管8内进行水平限位滑动，由此使得与齿条11传动啮合的传动齿轮10带着指示管9相对支撑管3进行转动，最后通过指示管9带着其上的指示杆14相对初始角度所转动后的偏离幅度直观的判断沉降的深浅程度。
65.本发明通过压平装置的设置，能够将沙粒102进行压实操作，避免沙粒102内出现因吸收水分而造成的临时性结块，导致沉降幅度不易发现，通过压平装置能够通过挤压实现对结块的初步粉碎，保证监测结果的准确性。
66.本发明通过复压装置的设置，能够进一步通过竖直方向上的挤压，进一步的将存在的结块进行粉碎操作，进一步保证监测结果的准确性。
67.本发明通过除湿装置的设置，能够不断的将沙粒102内存在的水分通过不断移动的空气进行转移，一方面能够避免结块现象的发生，另一方面能够避免地表层2上监测孔101的内壁粘附沙粒102的颗粒；
68.本发明通过上述结构之间的配合使用，解决了在实际使用过程中，由于传统地面沉降结构受到其自身结构所限制，并不适于对采空区深部地层进行沉降监测，给使用带来不便的问题。
69.本实施例中使用的标准零件可以从市场上直接购买，而根据说明书和附图的记载的非标准结构部件，也可以直根据现有的技术常识毫无疑义的加工得到，同时各个零部件的连接方式采用现有技术中成熟的常规手段，而机械、零件及设备均采用现有技术中常规的型号，故在此不再作出具体叙述。
70.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。