[發明專利]防止地下工程圍巖滲壓突變的導壓擴散與預警裝置及方法

有效

• 申請號: 201811440075.6
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109441544B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 袁越;付金磊;秦堅
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 洛陽啟越專利代理事務所(普通合伙) 41154
• 代理人: 吳楠

1.一種防止地下工程圍巖滲壓突變的導壓擴散與預警裝置的使用方法，其特征在于，采用的導壓擴散與預警裝置包括導壓擴散裝置、監測模塊、控制電路和預警發布模塊，所述監測模塊包括圍巖應力傳感器、圍巖應變傳感器、兩個動水圧力傳感器和數字顯示屏，所述導壓擴散裝置包括一級排水通道、二級排水通道和三級排水通道，一級排水通道設置在二級排水通道和三級排水通道之間，二級排水通道和三級排水通道內分別設有泄壓電磁閥，兩個動水圧力傳感器分別裝在二級排水通道的入水口和三級排水通道的入水口，數字顯示屏裝在二級排水通道的外表面，圍巖應力傳感器、圍巖應變傳感器和兩個動水圧力傳感器均與數字顯示屏連接，同時圍巖應力傳感器、圍巖應變傳感器、兩個動水圧力傳感器和兩個泄壓電磁閥均與控制電路中的單片機連接；所述控制電路包括單片機、預警電路和兩個泄壓控制電路，兩個泄壓控制電路的電路結構相同，所述預警電路包括電阻R1、R2，繼電器K1及其常開觸點K1-1，三極管Q1，二極管D1，發光二極管LED，電鈴SP；單片機的輸出端口通過電阻R1與三極管Q1的基極連接，三極管Q1的發射極接地，三極管Q1的集電極與繼電器K1的一端和二極管D1的正極連接，繼電器K1的另一端與二極管D1的負極和常開觸點K1-1的一端連接后接+5V電源，常開觸點K1-1的另一端與電阻R2的一端和電鈴SP的一端連接，電阻R2的另一端與發光二極管LED的正極連接，發光二極管LED的負極與電鈴SP的另一端連接后接地；所述兩個泄壓控制電路分別與單片機的P2口和P3口連接，其中與單片機P2口連接的泄壓控制電路包括電阻R3～R6，繼電器K2及其常開觸點K2-1，三極管?Q2，光電耦合器SW，二極管D2，泄壓電磁閥線圈FA；單片機的P2口通過電阻R3與光電耦合器SW中發光二極管的正極連接，發光二極管的負極接地，光電耦合器SW中光敏三極管的集電極與二極管D2的負極、繼電器K2的一端和常開觸點K2-1的一端連接后接電源VCC，二極管D2的正極與繼電器K2的另一端和三極管Q2的集電極連接，三極管Q2的基極與電阻R4的一端和電阻R5的一端連接，電阻R4的另一端與光電耦合器SW中光敏三極管的發射極連接，電阻R5的另一端與三極管Q2的發射極連接后接地；常開觸點K2-1的另一端與泄壓電磁閥線圈FA的一端和電阻R6的一端連接，泄壓電磁閥線圈FA的另一端與電阻R6的另一端連接后接地，具體使用步驟為：

Ⅰ、裝置組裝及安放：

A、首先組裝多個排水通道，將一級排水通道設置在二級排水通道和三級排水通道之間；

B、將控制電路和預警發布模塊連接后放在耐腐蝕箱內，然后安置在二級排水通道上方；

C、將兩個泄壓電磁閥和兩個動水圧傳感器分別安裝在二級排水通道和三級排水通道內，數字顯示屏裝在二級排水通道上，泄壓電磁閥與控制電路連接，圍巖應力傳感器、圍巖應變傳感器和動水圧傳感器均與數字顯示屏和控制電路連接；完成導壓擴散與預警裝置的組裝；

Ⅱ、多源數據監測：

①根據圍巖滲漏水實際情況，確定地下工程圍巖所需監測的滲水區域，將導壓擴散與預警裝置安放在該滲水區域，并將圍巖應力傳感器和圍巖應變傳感器安裝在導壓擴散與預警裝置周圍的圍巖處；

②導壓擴散與預警裝置中的動水圧傳感器、圍巖應力傳感器和圍巖應變傳感器分別對滲水壓力及水流量、滲漏點的圍壓應力和圍壓應變進行監測，并將監測數據傳輸到控制電路進行分析，然后根據分析情況傳遞給預警發布模塊；

Ⅲ、多級預警處理及自動化導壓：

（1）在單片機中預先設定滲水壓力閾值、圍壓應力及應變閾值和水流量閾值；

（2）控制電路實時接收動水圧傳感器、圍巖應力傳感器和圍巖應變傳感器傳來的滲水壓力、水流量、圍壓應力及應變的監測數據，然后將監測數據與設定的閾值進行比較后做出決策：

a、若僅圍巖的應力及應變數據達到或超過閾值，此時執行Ⅰ級預警及導壓排水模式，二級排水通道和三級排水通道均處于關閉狀態，地下水從一級排水通道排出，同時電鈴SP發出報警音和發光二極管LED發光；

b、若滲水壓力、水流量、圍壓應力及應變中任意兩項監測數據達到或超過閾值時，此時執行Ⅱ級預警及導壓排水模式，則控制電路控制處于三級排水通道內的泄壓電磁閥開啟，使三級排水通道導通，地下水從一級排水通道和三級排水通道同時排出，同時電鈴SP發出報警音和發光二極管LED發光；

c、若滲水壓力、水流量、圍壓應力及應變全部達到或超過閾值，此時執行Ⅲ級預警及導壓排水模式，則控制電路控制處于二級排水通道內和三級排水通道內的泄壓電磁閥開啟，使二級排水通道和三級排水通道均導通，地下水從一級排水通道、二級排水通道和三級排水通道同時排出，同時電鈴SP發出報警音和發光二極管LED發光；

Ⅳ、多模式發布預警：

若導壓擴散與預警裝置處于Ⅰ級預警及導壓排水模式、Ⅱ級預警及導壓排水模式和Ⅲ級預警及導壓排水模式之一時，控制電路通過無線網關系統并結合通信服務器、FTP服務器將預警情況通過無線通信進行發布，用戶通過電腦或手機能實時接收信息。