CN108303068A - 一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法，包括测斜管，监测滑杆，数据传输电缆及微型记录仪，导向提升装置，其中，测斜管是带有两组导轨凹槽的透明PVC管，监测滑杆包括测斜仪、可变焦针孔摄像头、水位监测仪、减震装置、角度调节装置和定向导轮，导向提升装置包括支撑架、承载圆环、定向滑轮、手摇式缠线器和微型记录仪，监测滑杆通过数据传输电缆与导向提升装置连接，通过其两侧定向导轮沿测斜管装置上下滑动。本发明克服现有测斜仪器只能测量两个固定方向的位移以及劳动强度高，效率低，精度差等缺点，提供了一种可以同时测量边坡岩土体内部多角度方向的位移和坡体内水位以及钻孔壁变形，并可减轻测试人员劳动强度提高工作效率和测量精度的监测装置。

Description

一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法

技术领域

本发明涉及露天矿边坡稳定性研究技术领域，提出了一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法。

背景技术

随着浅部矿产资源的开发利用，深凹露天矿成为我国露天矿山的发展趋势，露天开采过程中随着边坡高度的增加和边坡角度的加陡，一方面可以尽可能多的采出矿产资源，另一方面也不断增加露天边坡体失稳滑塌的风险。露天矿山一旦发生边坡滑塌事故，将会给矿山造成无法挽回的重大经济损失，严重时也会导致工作人员的伤亡，而边坡监测是保证露天矿山边坡稳定，探究边坡滑移机理的重要手段。

对露天开采边坡岩体内部位移大小、水位线的高低及二者变化速率的监测是判断采矿生产过程中边坡体稳定性能否满足安全生产的指标之一。由于边坡岩体移动变形的复杂性，不仅有垂直于边坡体方向的位移也有与边坡体呈一定角度的位移。已有的滑动式测斜仪可实现对土石坝、露天矿山、山体边坡等岩体内部水平移动与变形的监测，但仍存在如下缺点：(1)仅能实现对垂直边坡方向和平行边坡方向的位移监测，不能实现对任意角度的岩***移监测；(2)测试过程只能采用人工手提的方式，露天矿监测孔深度多在60m～200m不等，属高强度体力劳动，且耗时长，受环境影响大，数据稳定性受监测人员体能影响较大；(3)不能同时实现边坡体内水位值监测以及钻孔内部具体方位的变形情况。基于此本专利提出了一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法，对原有滑动式测斜仪进行改进和升华。

发明内容

本发明的目的在于克服现有测斜仪器只能测量两个固定方向的位移以及劳动强度高，效率低，精度差等缺点，提供一种可以同时测量边坡岩土体内部多角度方向的位移和坡体内水位以及钻孔壁变形，并可减轻测试人员劳动强度提高工作效率和测量精度的监测装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种可变焦可调角度窥视测斜仪，包括测斜管，监测滑杆，导向提升装置，数据传输电缆及微型记录仪，所述监测滑杆通过数据传输电缆与导向提升装置连接，通过其两侧定向导轮沿测斜管装置上下滑动。

所述测斜管是带有两组导轨凹槽的透明PVC管，所述透明PVC管由管体和端头两部分组成，各PVC管间通过嵌套螺母连接，可满足不同监测深度以及窥视钻孔壁变形的需求。

所述监测滑杆包括测斜仪、水位监测仪、可变焦针孔摄像头、减震装置、角度调节装置和定向导轮。所述测斜仪为一中空金属杆件，杆件内部含有测斜摆锤，其布设与已有滑动测斜仪一致，监测信号通过数据传输电缆上传至微型记录仪；所述水位监测仪为一静压液位传感器，内置于中空金属杆件底部，监测数据通过数据传输电缆上传至微型记录仪；所述可变焦针孔摄像头内置于减震垫块内部，通过数据传输电缆将图像信息上传至微型记录仪，在该可变焦针孔摄像头处留有孔洞，且该孔洞周边布置有冷光灯；所述减震装置为一橡胶减震垫块，通过螺栓与测斜装置底部连接；所述角度调节装置由2个滚动轴承和锁紧螺栓组成，所述滚动轴承外圈、内圈钻密集螺纹孔，相邻两孔与滚动轴承中心均成5°夹角，螺纹孔分布在滚动轴承外圈、内圈的一半，且标记第一个螺纹孔角度为0°，最后一个螺纹孔角度为180°，所述锁紧螺栓与密集螺纹孔相匹配，实现内圈、外圈不同角度的位置固定，所述滚动轴承内圈通过金属细杆与测斜仪焊接，焊接时应保证测斜仪内部摆锤摆动平面与0°螺纹孔轴线处于同一平面；所述定向导轮位于角度调节装置外侧，与滚动轴承外圈焊接。

所述导向提升装置包括支撑架、承载圆环、定向滑轮、手摇式缠线器，所述支撑架由三个金属支架，承载圆环组成，所述金属支架为组合式金属杆，通过锁紧螺钉实现高度可调，所述承载圆环在三等分点处与金属支架采取铰接连接。所述定向滑轮通过金属杆与承载圆环焊接。所述手摇式缠线器由缠线圆盘和手摇杆组成，可转动提升电缆。

所述微型记录仪带有显示屏，与数据传输电缆末端相连，读取并存储综合监测装置所测数据及图像。

一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法，包括如下步骤：

a、下放测斜管

根据监测要求在边坡平台上施工监测钻孔，钻孔施工完毕后下放透明PVC管，并在下放过程中依次连接各PVC管，使多节PVC管连接后到达钻孔最大深度，PVC管内侧两组导轨凹槽与边坡平台走向平行和垂直。

b、安设导向提升装置

根据PVC管出露平台高度，调整支撑架高度，并使定向滑轮处于PVC管中心位置；将数据传输电缆一端与监测滑杆连接，另一端通过手摇式缠线器分线口与微型记录仪连接。

c、角度调整

根据监测要求，转动角度调节装置至预定角度，并用锁紧螺栓固定，可调角度为0°，5°，10°，15°……175°，180°。

d、位移、水位、变形监测

将监测滑杆放入透明PVC管中，监测滑杆上的定向导轮应置于PVC管导轨凹槽中，将监测滑杆放至孔底，静止5s，转动手摇式缠线器上提监测滑杆，每提升0.5m用微型记录仪记录一次数据及图像信息。

e、数据处理

将微型记录仪与电脑连接，导出记录数据及图像，处理分析得出不同标高对应的边坡***移、水位压力值和变形情况。

本发明的有益效果：

1、本发明可开展多角度不同方向位移的测量，能够清晰地表现出因位移引发的钻孔形态改变，避免了以往测斜仪器只能测量平行边坡方向或垂直边坡方向位移的缺陷；

2、本发明可实现地下水位的测量，避免了单独水位测试工作，提高了劳动利用率；

3、本发明可同时进行钻孔内壁变形情况的图像采集，能够更清晰地了解钻孔内壁的变形状况及剧烈程度；

4、本发明增设了地面导向提升装置，能够减轻测量人员的劳动强度，缩短监测时间，有利于提高数据准确性；

5、本发明设计各装置部件易于制作，结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的监测滑杆俯视图；

图3是本发明的可变焦针孔摄像头俯视图；

图中：1—定向滑轮；2—承载圆环；3—支撑架；4—数据传输电缆；5—手摇式缠线器；6—微型记录仪；7—测斜管装置；8—定向导轮；9—导轨凹槽；10—金属细杆；11—滚动轴承；12—测斜仪；13—可变焦针孔摄像头；14—水位监测仪；15—减震垫块；16—螺纹孔；17—摆锤摆动平面；18—冷光灯。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

如图1和图2所示，一种可变焦可调角度窥视测斜仪，包括测斜管装置，监测滑杆，导向提升装置，数据传输电缆及微型记录仪。

测斜管装置7是带有两组导轨凹槽的PVC管，该PVC管由管体和端头两部分组成，各PVC管间通过嵌套螺母连接，在PVC管下放过程中逐节连接，可满足不同监测深度的需求。

所述监测滑杆包括测斜仪12、可变焦针孔摄像头13、水位监测仪14、减震垫块15和角度调节装置，所述角度调节装置包括金属细杆10、滚动轴承11、螺纹孔16和与之配合的锁紧螺栓和定向导轮8。所述测斜仪12的工作原理与现有滑动测斜仪相同，监测信号通过数据传输电缆4上传并存储至微型记录仪6。所述可变焦针孔摄像头13内置于减震垫块15内部，通过数据传输电缆将图像信息上传至微型记录仪，在该可变焦针孔摄像头处留有孔洞，且该孔洞周边布置有冷光灯18，在该可变焦针孔摄像头工作时，冷光灯打开，照亮钻孔内部拍摄区域，从微型记录仪显示屏上获得图像信息，通过控制变焦来获得清晰图像。所述水位监测仪14为一静压液位传感器，内置于测斜仪所在的中空金属杆件底部，监测信号通过数据传输电缆4上传并存储至微型记录仪6，该微型记录仪6与数据传输电缆4末端相连，读取并存储综合监测滑杆所测位移数据和水位数据。所述减震垫块15通过螺栓与测斜仪12底部连接，在测斜仪12到达钻孔底部时，防止触地时的冲击力过大对仪器产生损伤。所述角度调节装置由滚动轴承11和与之配合的锁紧螺栓组成，该滚动轴承外圈、内圈钻密集螺纹孔16，相邻两孔与滚动轴承中心均成5°夹角，螺纹孔分布在滚动轴承外圈、内圈的一半，且标记第一个螺纹孔角度为0°，最后一个螺纹孔角度为180°，所述锁紧螺栓与密集螺纹孔相匹配，实现内圈、外圈不同角度的位置固定，内圈用四组金属细杆10与测斜仪12焊接，焊接时使测斜仪内摆锤摆动平面17与0°所在的螺纹孔处于同一平面，方便读数，同样的角度调节装置在监测滑杆的上下两端各布置一组，并且每组角度调节装置都焊接有2个定向导轮8于旋转轴承外圈；把监测滑杆的两组定向导轮8对准轨道凹槽9放入测斜管装置7，调节角度时，先将锁紧螺栓从螺纹孔16中旋出，使滚动轴承内圈与外圈处于可转动状态后，转动监测滑杆，使测斜仪12的摆锤摆动平面17与需要测量钻孔的角度所在的螺纹孔16对齐，拧紧锁紧螺栓，固定内外圈位置，完成角度调节，下放监测滑杆。

所述导向提升装置包括支撑架3、定向滑轮1、手摇式缠线器5和微型记录仪6，所述支撑架3由三个金属支架和承载圆环2组成，所述金属支架为组合式金属杆，通过锁紧螺钉实现金属支架的高度可调，所述承载圆环2在三等分点处与三个金属支架铰接实现金属支架与承载圆环平面之间的角度可调。所述定向滑轮1为一定滑轮，该定向滑轮的轴部通过金属杆与承载圆环焊接，下放监测滑杆时该定向滑轮绕该金属杆转动。所述手摇式缠线器5由缠线圆盘和手摇杆组成，该缠线圆盘布置有支架，支架支撑在缠线圆盘轴部，缠线圆盘绕轴部旋转，该手摇杆布置在缠线圆盘边缘，测试人员摇动该手摇杆可实现转动提升或下放数据传输电缆4和监测滑杆。

所述微型记录仪6带有显示屏，与数据传输电缆4末端相连，读取并存储综合监测装置所测数据及图像。

一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法，利用上述监测装置，监测方法具体包括如下步骤：

a、下放测斜管

根据现场要求下放测斜管，并在下放过程中依次连接各节测斜管，使多节测斜管连接后达到钻孔最大深度。

b、安装导向提升装置

架设支撑架并调整至合适的高度和角度，确保支撑架稳定并能够适应钻孔区域地形，安装固定接头和升降滑轮。

c、角度调整

检查测斜仪，拧下锁紧螺栓，调节滚动轴承使摆锤摆动平面至所需测量的角度，拧紧锁紧螺栓，确保滚动轴承内外圈固定，转动手摇式缠线器，下放监测滑杆至钻孔底部，静止5s。

d、位移、水位、变形监测

测量员摇动手摇杆提升监测滑杆，在数据传输电缆上每0.5m会有标记，每提升0.5m，用微型记录仪记录数据及图像信息。

e、数据处理

将微型记录仪与电脑连接，导出记录数据及图像，处理分析得出不同标高对应的边坡***移、水位压力值和变形情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，如增加滚动轴承或定向导轮数量、调整可变焦针孔摄像头的位置、改变手摇式缠线器或支撑架形式等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：包括测斜管，监测滑杆，导向提升装置，数据传输电缆及微型记录仪，监测滑杆通过数据传输电缆与导向提升装置连接，通过其两侧定向导轮沿测斜管装置上下滑动。

2.根据权利要求1所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述监测滑杆包括测斜仪、可变焦针孔摄像头、水位监测仪、减震装置、角度调节装置和定向导轮，所述测斜仪与角度调节装置的连接方式为焊接，采用金属细杆焊接将滚动轴承的内圈与测斜仪焊接。

3.根据权利要求2所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述滚动轴承外圈侧边上标有角度0°至180°，每隔5°有一个角度标记。

4.根据权利要求3所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：在滚动轴承内圈及外圈上打密集螺纹孔，内、外圈相邻螺纹孔的轴心夹角均为5°，使用配套的锁紧螺栓拧入螺纹孔固定滚动轴承的内外圈。

5.根据权利要求2所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：焊接滚动轴承内圈与监测滑杆时，滚动轴承上0°与180°的连线处于测斜仪的摆锤摆动平面内。

6.根据权利要求3所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述角度调节装置在监测滑杆的上下两端各布置一组，且该两组角度调节装置上各焊接有一对定向导轮，且上端的一对定向导轮焊接在外圈上0°及180°所在位置，下端的一对定向导轮焊接在90°及对边的位置，两对定向导轮所在的直线空间上呈现垂直关系。

7.根据权利要求1所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述测斜管采用透明PVC管。

8.根据权利要求1所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述监测滑杆下部减震垫块处安装有可变焦针孔摄像头，在该可变焦针孔摄像头处开孔洞，该孔洞周围安装有冷光灯。

9.根据权利要求1所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述监测滑杆内部安装有水位监测仪。

10.根据权利要求1所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于：所述导向提升装置的金属支架与承载圆环的连接方式为铰接；定滑轮通过金属杆与承载圆环焊接，定滑轮绕金属杆转动；手摇式缠线器由缠线圆盘和手摇杆组成，手摇杆焊接在缠线圆盘上远离其圆心的位置上。

11.一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法，利用权利要求1至9之一所述的一种可变焦可调角度窥视测斜仪，其特征在于按照以下步骤进行：

a、下放测斜管

根据监测要求在边坡平台上施工监测钻孔，钻孔施工完毕后下放透明PVC管，并在下放过程中依次连接各PVC管，使多节PVC管连接后到达钻孔最大深度，PVC管内侧两组导轨凹槽与边坡平台走向平行和垂直。

b、安设导向提升装置

根据PVC管出露平台高度，调整支撑架高度，并使定向滑轮处于PVC管中心位置；将数据传输电缆一端与监测滑杆连接，另一端通过手摇式缠线器分线口与微型记录仪连接。

c、角度调整

根据监测要求，转动角度调节装置至预定角度，并用锁紧螺栓固定，可调角度为0°，5°，10°，15°……175°，180°。

d、位移、水位、变形监测

将监测滑杆放入透明PVC管中，监测滑杆上的定向导轮应置于PVC管导轨凹槽中，将监测滑杆放至孔底，静止5s，转动手摇式缠线器上提监测滑杆，每提升0.5m用微型记录仪记录一次数据及图像信息。