[发明专利]防止地下工程围岩渗压突变的导压扩散与预警装置及方法

权利要求书

1.一种防止地下工程围岩渗压突变的导压扩散与预警装置的使用方法，其特征在于，采用的导压扩散与预警装置包括导压扩散装置、监测模块、控制电路和预警发布模块，所述监测模块包括围岩应力传感器、围岩应变传感器、两个动水圧力传感器和数字显示屏，所述导压扩散装置包括一级排水通道、二级排水通道和三级排水通道，一级排水通道设置在二级排水通道和三级排水通道之间，二级排水通道和三级排水通道内分别设有泄压电磁阀，两个动水圧力传感器分别装在二级排水通道的入水口和三级排水通道的入水口，数字显示屏装在二级排水通道的外表面，围岩应力传感器、围岩应变传感器和两个动水圧力传感器均与数字显示屏连接，同时围岩应力传感器、围岩应变传感器、两个动水圧力传感器和两个泄压电磁阀均与控制电路中的单片机连接；所述控制电路包括单片机、预警电路和两个泄压控制电路，两个泄压控制电路的电路结构相同，所述预警电路包括电阻R1、R2，继电器K1及其常开触点K1-1，三极管Q1，二极管D1，发光二极管LED，电铃SP；单片机的输出端口通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与继电器K1的一端和二极管D1的正极连接，继电器K1的另一端与二极管D1的负极和常开触点K1-1的一端连接后接+5V电源，常开触点K1-1的另一端与电阻R2的一端和电铃SP的一端连接，电阻R2的另一端与发光二极管LED的正极连接，发光二极管LED的负极与电铃SP的另一端连接后接地；所述两个泄压控制电路分别与单片机的P2口和P3口连接，其中与单片机P2口连接的泄压控制电路包括电阻R3～R6，继电器K2及其常开触点K2-1，三极管 Q2，光电耦合器SW，二极管D2，泄压电磁阀线圈FA；单片机的P2口通过电阻R3与光电耦合器SW中发光二极管的正极连接，发光二极管的负极接地，光电耦合器SW中光敏三极管的集电极与二极管D2的负极、继电器K2的一端和常开触点K2-1的一端连接后接电源VCC，二极管D2的正极与继电器K2的另一端和三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端与光电耦合器SW中光敏三极管的发射极连接，电阻R5的另一端与三极管Q2的发射极连接后接地；常开触点K2-1的另一端与泄压电磁阀线圈FA的一端和电阻R6的一端连接，泄压电磁阀线圈FA的另一端与电阻R6的另一端连接后接地，具体使用步骤为：

Ⅰ、装置组装及安放：

A、首先组装多个排水通道，将一级排水通道设置在二级排水通道和三级排水通道之间；

B、将控制电路和预警发布模块连接后放在耐腐蚀箱内，然后安置在二级排水通道上方；

C、将两个泄压电磁阀和两个动水圧传感器分别安装在二级排水通道和三级排水通道内，数字显示屏装在二级排水通道上，泄压电磁阀与控制电路连接，围岩应力传感器、围岩应变传感器和动水圧传感器均与数字显示屏和控制电路连接；完成导压扩散与预警装置的组装；

Ⅱ、多源数据监测：

①根据围岩渗漏水实际情况，确定地下工程围岩所需监测的渗水区域，将导压扩散与预警装置安放在该渗水区域，并将围岩应力传感器和围岩应变传感器安装在导压扩散与预警装置周围的围岩处；

②导压扩散与预警装置中的动水圧传感器、围岩应力传感器和围岩应变传感器分别对渗水压力及水流量、渗漏点的围压应力和围压应变进行监测，并将监测数据传输到控制电路进行分析，然后根据分析情况传递给预警发布模块；

Ⅲ、多级预警处理及自动化导压：

（1）在单片机中预先设定渗水压力阈值、围压应力及应变阈值和水流量阈值；

（2）控制电路实时接收动水圧传感器、围岩应力传感器和围岩应变传感器传来的渗水压力、水流量、围压应力及应变的监测数据，然后将监测数据与设定的阈值进行比较后做出决策：

a、若仅围岩的应力及应变数据达到或超过阈值，此时执行Ⅰ级预警及导压排水模式，二级排水通道和三级排水通道均处于关闭状态，地下水从一级排水通道排出，同时电铃SP发出报警音和发光二极管LED发光；

b、若渗水压力、水流量、围压应力及应变中任意两项监测数据达到或超过阈值时，此时执行Ⅱ级预警及导压排水模式，则控制电路控制处于三级排水通道内的泄压电磁阀开启，使三级排水通道导通，地下水从一级排水通道和三级排水通道同时排出，同时电铃SP发出报警音和发光二极管LED发光；

c、若渗水压力、水流量、围压应力及应变全部达到或超过阈值，此时执行Ⅲ级预警及导压排水模式，则控制电路控制处于二级排水通道内和三级排水通道内的泄压电磁阀开启，使二级排水通道和三级排水通道均导通，地下水从一级排水通道、二级排水通道和三级排水通道同时排出，同时电铃SP发出报警音和发光二极管LED发光；

Ⅳ、多模式发布预警：

若导压扩散与预警装置处于Ⅰ级预警及导压排水模式、Ⅱ级预警及导压排水模式和Ⅲ级预警及导压排水模式之一时，控制电路通过无线网关系统并结合通信服务器、FTP服务器将预警情况通过无线通信进行发布，用户通过电脑或手机能实时接收信息。