管土压力报警装置、系统及方法与流程

1.本技术实施例涉及油气输送领域，特别涉及一种管土压力报警装置、系统及方法。

背景技术：

2.在油气输送领域，一般采用油气管道运输原油和天然气，而多数管道的敷设方式为埋地敷设，管道不可避免地会遇到滑坡等土体移动类地质灾害，近年来发生的数起管道爆炸事故均是由土体移动类地质灾害引起的，因此，针对威胁管道安全的土体移动进行监测报警显得尤为重要。
3.其中，管土压力报警能够实现对土体移动时作用在管道上的管土压力进行报警，在管道地质灾害防控中起到了重要作用。但是，常规的管土压力报警系统由土压力传感器、数据采集器、供电系统和通讯系统组成，系统安装操作较复杂，成本较高，不便于大范围实施。

技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种管土压力报警装置、系统及方法，结构简单，制造流程简便，无需独立的供电系统和通讯装置，降低了成本，有利于大范围快速地部署实施。
5.所述技术方案如下：
6.一方面，提供了一种管土压力报警装置，所述装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；
7.所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；
8.所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；
9.所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；
10.所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；
11.管土压力作用于所述迎土承压板(11)，所述迎土承压板(11)挤压所述弹性柱(13)，所述弹性柱(13)发生变形，柱体长度缩短，当所述碰触探头(14)的一端与所述碰触开关(15)碰撞时，所述触碰开关(15)通过所述连接线(4)发送唤醒信号，唤醒所述信号发送器(2)，所述信号发送器(2)通过所述通讯天线(3)发送管土压力报警信号。
12.在一种可能实现方式中，所述装置还包括：管壁保护座(8)，所述管壁保护座(8)固定于所述管道(5)的管壁上，位于所述压力触发盒(1)与所述管道(5)之间。
13.在一种可能实现方式中，所述管壁保护座(8)包括水平面和凹陷面，所述水平面与
所述压力触发盒(1)嵌固，所述凹陷面与所述管道(5)的管壁嵌固。
14.在一种可能实现方式中，所述管壁保护座(8)为内嵌有钢板的橡胶板，所述水平面的面积不小于所述迎土承压板11的面积的2倍。
15.在一种可能实现方式中，所述碰触探头(14)穿过所述迎土承压板(11)；
16.所述压力触发盒(1)还包括可旋转的探头调节旋钮(16)，所述探头调节旋钮(16)位于所述迎土承压板(11)的外侧，与所述碰触探头(14)的另一端连接；
17.所述探头调节旋钮(16)旋转时，带动所述碰触探头(14)旋转，并向靠近或远离所述碰触开关(15)的方向移动，调整所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)之间的净距。
18.在一种可能实现方式中，所述压力触发盒(1)还包括密封套(17)；
19.所述迎土承压板(11)、所述管壁承压板(12)、所述弹性柱(13)、所述碰触探头(14)和所述碰触开关(15)位于所述密封套(17)的内部。
20.在一种可能实现方式中，所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)为塑料板或钢板，厚度为5-10毫米，截面为圆形，直径不小于100毫米。
21.另一方面，提供了一种管土压力报警系统，所述系统包括管土压力报警装置，所述装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；
22.所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；
23.所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；
24.所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；
25.所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；
26.所述系统还包括：信号接收器(9)和控制设备(10)；所述信号接收器(9)与所述信号发送器(2)通过无线网络连接，所述信号接收器(9)与所述控制设备(10)电连接；
27.管土压力作用于所述迎土承压板(11)，所述迎土承压板(11)挤压所述弹性柱(13)，所述弹性柱(13)发生变形，柱体长度缩短，当所述碰触探头(14)的一端与所述碰触开关(15)碰撞时，所述触碰开关(15)通过所述连接线(4)发送唤醒信号，唤醒所述信号发送器(2)，所述信号发送器(2)通过所述通讯天线(3)向所述信号接收器(9)发送管土压力报警信号；
28.所述信号接收器(9)将所述管土压力报警信号转发至所述控制设备(10)；
29.所述控制设备(10)在接收到所述管土压力报警信号时，输出报警信息，所述报警信息用于表示所述管土压力报警装置受到管土压力作用。
30.另一方面，提供了一种管土压力报警方法，应用于管土压力报警装置，所述装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所
述通讯天线(3)电连接；
31.所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；
32.所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；
33.所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；
34.所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；
35.所述方法包括：
36.管土压力作用于所述迎土承压板(11)，所述迎土承压板(11)挤压所述弹性柱(13)，所述弹性柱(13)发生变形，柱体长度缩短，当所述碰触探头(14)的一端与所述碰触开关(15)碰撞时，所述触碰开关(15)通过所述连接线(4)发送唤醒信号，唤醒所述信号发送器(2)，所述信号发送器(2)通过所述通讯天线(3)发送管土压力报警信号。
37.在一种可能实现方式中，所述碰触探头(14)穿过所述迎土承压板(11)；所述压力触发盒(1)还包括可旋转的探头调节旋钮(16)，所述探头调节旋钮(16)位于所述迎土承压板(11)的外侧，与所述碰触探头(14)的另一端连接；
38.所述方法还包括：
39.所述探头调节旋钮(16)旋转时，带动所述碰触探头(14)旋转，并向靠近或远离所述碰触开关(15)的方向移动，调整所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)之间的净距。
40.另一方面，提供了一种确定净距报警阈值的方法，管土压力报警装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；
41.所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；
42.所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；
43.所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；
44.所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；
45.所述方法包括：采用以下公式，确定所述净距报警阈值，所述净距报警阈值为所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)之间的初始净距：
[0046][0047]nch
＝6.752+0.065h/d-11.063(h/d+1)2+7.119(h/d+1)3；
[0048]nqh
＝c0+c1(h/d)+c2(h/d)2+c3(h/d)3+c4(h/d)4；
[0049]
其中，δl
alm
表示所述净距报警阈值，c表示所述管道(5)与管沟壁(6)之间的管沟土的粘聚力，n
ch
表示所述粘聚力c在水平方向上的粘聚力相关参数，n
qh
表示所述管沟土内的摩擦角在水平方向上的摩擦角相关参数，ρ表示所述管沟土的密度，g表示重力加速度，h表示所述管道(5)的中心线的埋深；r表示所述管道(5)的半径，d表示所述管道(5)的外径，k表示所述弹性柱(13)的弹性系数；φ表示所述管沟土的内摩擦角，c0表示第一权重，c1表示第二权重，c2表示第三权重，c3表示第四权重，c4表示第五权重，且所述第一权重、所述第二权重、所述第三权重、所述第四权重和所述第五权重根据所述内摩擦角确定。
[0050]
本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0051]
本技术实施例通过压力触发盒、信号发送器、连接线和通讯天线等部件的简单连接组合，搭建形成管土压力报警装置，能够在发生土体移动时及时地进行报警，且该装置的结构简单，制造流程简便，无需独立的供电系统和通讯装置，降低了成本，有利于大范围快速地部署实施。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053]
图1是本技术实施例提供的一种管土压力报警装置的结构示意图；
[0054]
图2是本技术实施例提供的一种压力触发盒的结构示意图；
[0055]
图3是本技术实施例提供的一种管土压力报警装置的位置示意图；
[0056]
图4是本技术实施例提供的一种管壁保护座的结构示意图；
[0057]
图5是本技术实施例提供的一种管土压力报警系统的结构示意图；
[0058]
图6是本技术实施例提供的一种管土压力报警方法的流程图；
[0059]
图7是本技术实施例提供的一种安装管土压力报警系统的工艺流程图。
[0060]
附图标记分别表示：
[0061]
1-压力触发盒，
[0062]
11-迎土承压板，
[0063]
12-管壁承压板，
[0064]
13-弹性柱，
[0065]
14-碰触探头，
[0066]
15-碰触开关，
[0067]
16-探头调节旋钮，
[0068]
17-密封套，
[0069]
2-信号发送器，
[0070]
3-通讯天线，
[0071]
4-连接线，
[0072]
5-管道壁，
[0073]
6-管沟壁，
[0074]
7-中空管道标志桩，
[0075]
8-管壁保护座，
[0076]
81-橡胶板，
[0077]
811-橡胶板水平面，
[0078]
812-橡胶板凹陷面，
[0079]
82-钢板，
[0080]
9-信号接收器，
[0081]
10-控制设备。
具体实施方式
[0082]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
[0083]
本技术所使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用于描述各种概念，但除非特别说明，这些概念不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个概念与另一个概念区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一基质模型称为第二基质模型，且类似地，可将第二基质模型称为第一基质模型。
[0084]
本技术所使用的术语“多个”、“每个”，多个包括两个或两个以上，而每个是指对应的多个中的每一个。举例来说，多个半径包括7个半径，而每个是指这7个半径中的每一个半径。
[0085]
图1是本技术实施例提供的一种管土压力报警装置的结构示意图，图2是本技术实施例提供的一种压力触发盒的结构示意图，图3是本技术实施例提供的一种管土压力报警装置的位置示意图。
[0086]
如图1所示，该装置包括：压力触发盒1、信号发送器2、通讯天线3和连接线4，压力触发盒1与连接线4电连接，连接线4与信号发送器2电连接；信号发送器2和通讯天线3电连接。其中，压力触发盒1和信号发送器2可以由内置的电池供电，如碱性电池等，满足信号的发送需求。
[0087]
如图2所示，压力触发盒1包括：迎土承压板11、管壁承压板12、弹性柱13、碰触探头14、碰触开关15。
[0088]
弹性柱13的两端分别与迎土承压板11和管壁承压板12固定连接；碰触探头14设置于迎土承压板11上，碰触探头14的一端位于迎土承压板11的内侧，碰触开关15固定于管壁承压板12的内侧，且碰触探头14与碰触开关15的位置相对。
[0089]
其中，迎土承压板11和管壁承压板12可以为塑料板或钢板，如高强度abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)工程塑料板等。迎土承压板11和管壁承压板12的厚度为5-10毫米，截面为圆形，直径不小于100毫米。例如，压力触发盒1为圆柱体，即迎土承压板11和管壁承压板12分别位于压力触发盒1的两端，迎土承压板11和管壁承压板12相互平行，压力触发盒1的侧表面为圆形。
[0090]
其中，弹性柱13可以为塑料板，如高弹性abs工程塑料板。弹性柱13的数量可以为一个或多个，例如可以为4个或者不少于4个。弹性柱13位于迎土承压板11与管壁承压板12
之间，具体位置可以任意设置，例如4个弹性柱13可以均匀分布于迎土承压板11与管壁承压板12之间，每个弹性柱13的两端分别与迎土承压板11和管壁承压板12紧固连接。
[0091]
其中，碰触探头14可以设置于迎土承压板11的中间位置，碰触开关15固定于管壁承压板12的中间位置，且碰触探头14与碰触开关15的位置相对。
[0092]
如图3所示，压力触发盒1放置于管道5与管沟壁6之间，以便压力触发盒1与管道5与管沟壁6之间的管土接触，检测管土压力。信号发送器2放置于中空管道标志桩7内，通讯天线3固定于中空管道标志桩7的顶端内侧，如粘贴在中空管道标志桩7的顶端内侧。也即是，信号发送器2和通讯天线3均位于中空管道标志桩7内，以防止管土对信号发送器2和通讯天线3造成损害，并且，通讯天线3用于发送信号，将通讯天线3固定于中空管道标志桩7的顶端内侧，能够尽可能地避免对通讯天线3的遮挡，提高通讯性能。
[0093]
管道5与管沟壁6之间存在管土，土体静止状态下，管土压力恒定，一旦土体发生移动，管土压力可能会增大。管土压力作用于迎土承压板11，迎土承压板11挤压弹性柱13，弹性柱13发生变形，柱体长度缩短，则迎土承压板11向管壁承压板12的方向移动，碰触探头14与碰触开关15之间的距离变近。随着管土压力的增大，碰触探头14与碰触开关15之间的距离越来越近，当碰触探头14的一端与碰触开关15碰撞时，触碰开关15通过连接线4发送唤醒信号，唤醒信号发送器2，信号发送器2通过通讯天线3发送管土压力报警信号。
[0094]
可选地，当碰触探头14的一端与碰触开关15碰撞后，信号发送器2每隔预设时长发送一次管土压力报警信号，该预设时长可以为12小时、24小时或其他时长。另外，当碰触探头14的一端与碰触开关15脱离接触时，碰触开关15复位，停止发送唤醒信号，则信号发送器2停止通过通讯天线3发送管土压力报警信号。
[0095]
或者，当碰触探头14的一端与碰触开关15碰撞后，信号发送器2持续性地发送管土压力报警信号，直至碰触探头14的一端与碰触开关15脱离接触时，碰触开关15复位，停止发送唤醒信号。
[0096]
在一种可能实现方式中，通讯天线3与控制设备建立无线连接，向控制设备发送管土压力报警信号，控制设备接收到管土压力报警信号时，发出报警消息，技术人员在查看报警消息后，能够及时获知土体移动现象的发生，从而采用必要的措施对管道进行维护。
[0097]
本技术实施例通过压力触发盒、信号发送器、连接线和通讯天线等部件的简单连接组合，搭建形成管土压力报警装置，能够在发生土体移动时及时地进行报警，且该装置的结构简单，制造流程简便，无需独立的供电系统和通讯装置，降低了成本，有利于大范围快速地部署实施。
[0098]
在一种可能实现方式中，管壁承压板12固定于管道5的管壁上。
[0099]
或者，在另一种可能实现方式中，如图1和3所示，该装置还包括：管壁保护座8，管壁保护座8固定于管道5的管壁上，位于压力触发盒1与管道5之间。在管土压力增大时，管土压力通过迎土承压板11、弹性柱13和管壁承压板12，传递到管壁保护座8，管壁保护座8对管道5的管壁起到保护作用，可有效避免管土压力损伤管壁的情况发生。
[0100]
可选地，参见图4，管壁保护座8包括水平面811和凹陷面812，水平面811与压力触发盒1嵌固，凹陷面812与管道5的管壁嵌固。例如，凹陷面812与管道5的管壁贴合，凹陷面812与管道5的管壁之间无缝隙。这种管壁保护座8能够分散管土压力，防止由于管土压力过大而造成管壁凹陷。
[0101]
可选地，参见图4，管壁保护座8为内嵌有钢板82的橡胶板81，利用钢板82和橡胶板81的双重保护，避免管土压力损伤管壁的情况发生。另外，管壁保护座8的水平面811的面积不小于迎土承压板11的面积的2倍，这样保证了管壁保护座8上支撑管土的面积足够大，减小管壁保护座8损坏的可能，能更有效地保护管壁。
[0102]
在一种可能实现方式中，参见图2，压力触发盒1还包括密封套17；迎土承压板11、管壁承压板12、弹性柱13、碰触探头14和碰触开关15位于密封套17的内部。
[0103]
例如，密封套17为易变形且密封性较好的柔性abs工程塑料，能够将迎土承压板11、管壁承压板12、弹性柱13、碰触探头14和碰触开关15包裹在内，与管土分隔开，起到防水防渗的作用。
[0104]
在一种可能实现方式中，参见图1至图3，碰触探头14穿过迎土承压板11；压力触发盒1还包括可旋转的探头调节旋钮16，探头调节旋钮16位于迎土承压板11的外侧，与碰触探头14的另一端连接。
[0105]
探头调节旋钮16受到外力作用时，发生旋转，带动碰触探头14旋转，并向靠近或远离碰触开关15的方向移动，调整碰触探头14与碰触开关15之间的净距。其中，碰触探头14与碰触开关15之间的净距越大，触发报警的管土压力越大，净距越小，触发报警的管土压力越小。
[0106]
因此，技术人员能够根据需求确定碰触探头14与碰触开关15之间的净距报警阈值，该净距报警阈值为碰触探头14与碰触开关15之间的初始净距，因此技术人员通过旋转探头调节旋钮16，调整碰触探头14与碰触开关15之间的净距，以使该净距等于净距报警阈值。
[0107]
可选地，在探头调节旋钮16上标记多个档位的净距数值，即探头调节旋钮16旋转到某一档位时，表示当前碰触探头14与碰触开关15之间的净距等于该档位对应的净距数值。则技术人员在确定净距报警阈值后，将探头调节旋钮16旋转到该净距报警阈值对应的档位，即可完成净距设置，便于用户实现精准调整，操作方便快捷。
[0108]
另外，本技术实施例还提供了一种确定净距报警阈值的方法，根据管道埋深、管道直径、管沟土体物理力学性质等参数确定净距报警阈值，该方法包括：
[0109]
采用以下公式，确定净距报警阈值：
[0110][0111]nch
＝6.752+0.065h/d-11.063(h/d+1)2+7.119(h/d+1)3；
[0112]nqh
＝c0+c1(h/d)+c2(h/d)2+c3(h/d)3+c4(h/d)4；
[0113]
其中，δl
alm
表示净距报警阈值，单位为m，c表示管道5与管沟壁6之间的管沟土的粘聚力，单位为kpa，n
ch
表示粘聚力c在水平方向上的粘聚力相关参数，n
qh
表示管沟土内的摩擦角在水平方向上的摩擦角相关参数，ρ表示管沟土的密度，单位为kg/m3，g表示重力加速度，h表示管道5的中心线的埋深，单位为m；r表示管道5的半径，单位为m，d表示管道5的外径，单位为m，k表示弹性柱13的弹性系数，单位为n/m；φ表示管沟土的内摩擦角，单位为
°
，c0表示第一权重，c1表示第二权重，c2表示第三权重，c3表示第四权重，c4表示第五权重，且第一权重、第二权重、第三权重、第四权重和第五权重根据内摩擦角确定。
[0114]
这是由于，f
max
表示土体移动时作用在管道上的最大压力，也即是管土压力报警阈值，单位为n，f
max
＝k
·
δl
alm
，在该最大压力下弹性柱13移动的距离即为碰触探头14与碰触开关15之间的净距报警阈值。需要注意的是，当计算的净距报警阈值超过探头调节旋钮16量程时，需要更换弹性系数更大的弹性柱。
[0115]
可选地，n
ch
≤9；当c＝0时，n
ch
＝0；当φ＝00时，n
qh
＝0。
[0116]
例如，针对不同的内摩擦角，第一权重、第二权重、第三权重、第四权重和第五权重的取值如下表1所示。
[0117]
表1
[0118]
φc0c1c2c3c420
°
2.3990.439-0.0300.001059-0.000017525
°
3.3300.839-0.0900.005606-0.000131930
°
4.5651.234-0.0890.004275-0.000091635
°
6.8162.019-0.1460.007651-0.000168340
°
10.9591.7830.045-0.005425-0.000115345
°
17.6583.3090.048-0.006443-0.0001299
[0119]
需要说明的是，确定净距报警阈值的方法，可以由任一计算机设备执行，该计算机设备可以为服务器、手机、个人电脑、平板电脑等。
[0120]
在上述实施例所示的管土压力报警装置的基础上，本技术实施例还提供了一种管土压力报警系统，图5是本技术实施例提供的一种管土压力报警系统的示意图。如图5所示，该系统包括：上述实施例所述的管土压力报警装置、信号接收器9和控制设备10；管土压力报警装置与信号接收器9通过无线网络连接，信号接收器9和控制设备10电连接。
[0121]
管土压力作用于迎土承压板11，迎土承压板11挤压弹性柱13，弹性柱13发生变形，柱体长度缩短，当碰触探头14的一端与碰触开关15碰撞时，触碰开关15通过连接线4发送唤醒信号，唤醒信号发送器2，信号发送器2通过通讯天线3向信号接收器9发送管土压力报警信号；
[0122]
信号接收器9将管土压力报警信号转发至控制设备10；
[0123]
控制设备10在接收到管土压力报警信号时，输出报警信息，报警信息用于表示管土压力报警装置受到管土压力作用。
[0124]
其中，控制设备可以提供为终端或者服务器。在一种可能的实现方式中，控制设备10将管土压力报警信号进行编辑处理，得到报警信息。在得到该报警信息之后，控制设备10将该报警信息发送给信息接收人员所使用的终端，这样信息接收人员能够及时获知管道当前的状态，以及时维护管土压力报警装置，延长管土压力报警装置的寿命。例如，控制设备通过目标报警方式向信息接收人员所使用的终端发送该报警信息。其中，该目标报警方式可以为短信息、等方式。
[0125]
在另一种可能的实现方式中，控制设备10显示该报警信息，这样，信息接收人员可以从控制设备10上查看该报警信息。
[0126]
本技术实施例通过将管土压力报警装置、信号接收器和控制设备连接，构成管土
压力报警系统，能够将管土压力报警装置生成的管土压力报警信号及时地发送至控制设备，使得信息接收人员及时获知报警信息，从而及时对受到管土作用的管道进行相应处理，且该系统的结构较为简单，成本较低。
[0127]
相关技术在管土压力报警应用过程中仍存在以下主要问题：一是常规管土压力报警系统由土压力传感器、数据采集器、供电系统和通讯系统等组成，系统安装操作较复杂，成本较高，不便于大范围实施。二是管土压力报警装置不易维护，寿命一般仅为两年，地面供电及通讯系统可靠性不高且易遭人为损坏。三是常规的管土压力传感器可能对管道造成损伤，传感器一般由钢质材料构成，管土作用于传感器，而传感器直接安装在管道壁上，当管土压力足够大时，钢质传感器外壳极有可能造成管道外壁损伤，甚至出现凹陷。鉴于以上，本技术实施例提供了一种使用寿命长、不需维护、不会对管道造成损伤、安装简易便于大范围实施的管土压力报警系统，能够解决相关技术中的问题。
[0128]
图6是本技术实施例提供的一种管土压力报警方法的流程图，该方法应用于上述实施例所示的管土压力报警装置，如图6所示，该方法包括：
[0129]
601、管土压力作用于迎土承压板。
[0130]
602、迎土承压板挤压弹性柱，弹性柱发生变形，柱体长度缩短。
[0131]
603、当碰触探头的一端与碰触开关碰撞时，触碰开关通过连接线发送唤醒信号，唤醒信号发送器。
[0132]
604、信号发送器通过通讯天线发送管土压力报警信号。
[0133]
本技术实施例提供的方法，通过压力触发盒、信号发送器、连接线和通讯天线等部件的简单连接组合，能够在发生土体移动时及时地进行报警，且采用的装置的结构简单，制造流程简便，无需独立的供电系统和通讯装置，降低了成本，有利于大范围快速地部署实施。
[0134]
在一种可能实现方式中，碰触探头14穿过迎土承压板11；压力触发盒1还包括可旋转的探头调节旋钮16，探头调节旋钮16位于迎土承压板11的外侧，与碰触探头14的另一端连接；方法还包括：探头调节旋钮16旋转时，带动碰触探头14旋转，并向靠近或远离碰触开关15的方向移动，调整碰触探头14与碰触开关15之间的净距。
[0135]
图7是本技术实施例提供的一种安装管土压力报警系统的工艺流程图，如图7所示，该工艺流程包括：
[0136]
步骤701、确定管土压力报警装置的安装位置。
[0137]
其中，安装位置的确定原则如下：
[0138]
(1)斜坡坡度不小于25度；
[0139]
(2)斜坡为土质斜坡；
[0140]
(3)管道敷设方式为沿坡横向敷设或者敷设倾角不大于45度的沿坡斜向敷设；
[0141]
(4)安装位置的管道上下游各5公里范围内没有出现过滑坡灾害、滑坡变形活动或连续长度超过10m的斜坡地裂缝、深度超过1.5m的土体溜滑等不良地质现象。
[0142]
步骤702、在该安装位置处开挖管沟，形成稳固的管沟壁。
[0143]
其中，管沟的深度开挖至管道底端以上10cm。在开挖管沟之前，需要确定管沟壁的放坡坡度值，该放坡坡度值为管沟的深度(h)与边坡的底宽(b)之比，即边坡的坡度值为(1：m)＝h/b。该放坡坡度值按下列要求确定：
[0144]
(1)中密的砂土，1:1；
[0145]
(2)中密的碎石类土(充填物为砂土)，1:0.75；
[0146]
(3)硬塑的粉土，1:0.67；
[0147]
(4)中密的碎石类土(充填物为黏性土)，1:0.5；
[0148]
(5)硬塑的粉质黏土、黏土，1:0.33；
[0149]
(6)老黄土，1:0.1；
[0150]
(7)软土(经井点降水)，1:1。
[0151]
步骤703、固定管壁保护座。
[0152]
该步骤的具体实现方式包括：首先清理管道壁表面附着的土颗粒等杂物，然后标定管壁保护座的安装位置，其次在该安装位置刷普通强力胶，最后将管壁保护座的凹陷面粘贴至管道壁。
[0153]
其中，标定管壁保护座的安装位置时需要注意：管壁保护座的长轴线与管道的轴线平行，管壁保护座的中心位置与管道的中心位置的连线平行于斜坡的坡面。
[0154]
步骤704、确定探头调节旋钮的档位。
[0155]
在该步骤中，需确定碰触探头与碰触开关之间的净距，以使该净距等于净距报警阈值。该净距报警阈值可以根据上述实施例提供的确定净距报警阈值的方法来确定。之后，根据所确定的档位，调整探头调节旋钮。
[0156]
步骤705、安装压力触发盒。
[0157]
该步骤的具体实现方式包括：调整探头调节旋钮后，在压力触发盒的管壁承压板端刷强力胶，将管壁承压板粘贴至管壁保护座的水平面的中心位置，最后将压力触发盒的连接线引至斜坡面，该连接线另一端连接信号发送器。
[0158]
步骤706、回填且夯实管沟。
[0159]
其中，在回填夯实的过程中需要注意保护管道、压力触发盒和连接线。
[0160]
步骤707、安装信号发送器。
[0161]
该步骤的具体实现方式包括：将信号发送器固定于中空的管道标志桩的内部，埋设管道标志桩。其中，管道标志桩内的信号发送器的安装位置需高于斜坡面。
[0162]
步骤708、调试信号接收器和控制设备，设置报警方式和信息接收人员。
[0163]
其中，该报警方式可以为：发送包含报警信息的短信息或者、在主界面展示报警信息等。
[0164]
在本技术实施例中，通过上述安装管土压力报警系统的工艺流程，在需要进行监测的管道上安装管土压力报警装置，通过调试信号接收器和控制设备，使得管土压力报警装置在周围的土体移动时，及时通过信号接收器向控制设备报警，该安装工艺流程较为简便，无需安装独立的供电系统和通讯装置，成本较低。
[0165]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0166]
以上所述仅为本技术实施例的可选实施例，并不用以限制本技术实施例，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种管土压力报警装置，其特征在于，所述装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；管土压力作用于所述迎土承压板(11)，所述迎土承压板(11)挤压所述弹性柱(13)，所述弹性柱(13)发生变形，柱体长度缩短，当所述碰触探头(14)的一端与所述碰触开关(15)碰撞时，所述触碰开关(15)通过所述连接线(4)发送唤醒信号，唤醒所述信号发送器(2)，所述信号发送器(2)通过所述通讯天线(3)发送管土压力报警信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：管壁保护座(8)，所述管壁保护座(8)固定于所述管道(5)的管壁上，位于所述压力触发盒(1)与所述管道(5)之间。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述管壁保护座(8)包括水平面和凹陷面，所述水平面与所述压力触发盒(1)嵌固，所述凹陷面与所述管道(5)的管壁嵌固。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述管壁保护座(8)为内嵌有钢板的橡胶板，所述水平面的面积不小于所述迎土承压板11的面积的2倍。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述碰触探头(14)穿过所述迎土承压板(11)；所述压力触发盒(1)还包括可旋转的探头调节旋钮(16)，所述探头调节旋钮(16)位于所述迎土承压板(11)的外侧，与所述碰触探头(14)的另一端连接；所述探头调节旋钮(16)旋转时，带动所述碰触探头(14)旋转，并向靠近或远离所述碰触开关(15)的方向移动，调整所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)之间的净距。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力触发盒(1)还包括密封套(17)；所述迎土承压板(11)、所述管壁承压板(12)、所述弹性柱(13)、所述碰触探头(14)和所述碰触开关(15)位于所述密封套(17)的内部。7.一种管土压力报警系统，所述系统包括管土压力报警装置，所述装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰
触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；所述系统还包括：信号接收器(9)和控制设备(10)；所述信号接收器(9)与所述信号发送器(2)通过无线网络连接，所述信号接收器(9)与所述控制设备(10)电连接；管土压力作用于所述迎土承压板(11)，所述迎土承压板(11)挤压所述弹性柱(13)，所述弹性柱(13)发生变形，柱体长度缩短，当所述碰触探头(14)的一端与所述碰触开关(15)碰撞时，所述触碰开关(15)通过所述连接线(4)发送唤醒信号，唤醒所述信号发送器(2)，所述信号发送器(2)通过所述通讯天线(3)向所述信号接收器(9)发送管土压力报警信号；所述信号接收器(9)将所述管土压力报警信号转发至所述控制设备(10)；所述控制设备(10)在接收到所述管土压力报警信号时，输出报警信息，所述报警信息用于表示所述管土压力报警装置受到管土压力作用。8.一种管土压力报警方法，其特征在于，应用于管土压力报警装置，所述装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；所述方法包括：管土压力作用于所述迎土承压板(11)，所述迎土承压板(11)挤压所述弹性柱(13)，所述弹性柱(13)发生变形，柱体长度缩短，当所述碰触探头(14)的一端与所述碰触开关(15)碰撞时，所述触碰开关(15)通过所述连接线(4)发送唤醒信号，唤醒所述信号发送器(2)，所述信号发送器(2)通过所述通讯天线(3)发送管土压力报警信号。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述碰触探头(14)穿过所述迎土承压板(11)；所述压力触发盒(1)还包括可旋转的探头调节旋钮(16)，所述探头调节旋钮(16)位于所述迎土承压板(11)的外侧，与所述碰触探头(14)的另一端连接；所述方法还包括：所述探头调节旋钮(16)旋转时，带动所述碰触探头(14)旋转，并向靠近或远离所述碰触开关(15)的方向移动，调整所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)之间的净距。10.一种确定净距报警阈值的方法，其特征在于，管土压力报警装置包括：压力触发盒(1)、信号发送器(2)、通讯天线(3)和连接线(4)，所述压力触发盒(1)与所述连接线(4)电连接，所述连接线(4)与所述信号发送器(2)电连接；所述信号发送器(2)和所述通讯天线(3)电连接；
所述压力触发盒(1)包括：迎土承压板(11)、管壁承压板(12)、弹性柱(13)、碰触探头(14)、碰触开关(15)；所述弹性柱(13)的两端分别与所述迎土承压板(11)和所述管壁承压板(12)固定连接；所述碰触探头(14)设置于所述迎土承压板(11)上，所述碰触探头(14)的一端位于所述迎土承压板(11)的内侧，所述碰触开关(15)固定于所述管壁承压板(12)的内侧，且所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)的位置相对；所述压力触发盒(1)放置于管道(5)与管沟壁(6)之间，所述信号发送器(2)放置于中空管道标志桩(7)内，所述通讯天线(3)固定于所述中空管道标志桩(7)的顶端内侧；所述方法包括：采用以下公式，确定所述净距报警阈值，所述净距报警阈值为所述碰触探头(14)与所述碰触开关(15)之间的初始净距：n
ch
＝6.752+0.065h/d-11.063(h/d+1)2+7.119(h/d+1)3；n
qh
＝c0+c1(h/d)+c2(h/d)2+c3(h/d)3+c4(h/d)4；其中，δl
alm
表示所述净距报警阈值，c表示所述管道(5)与管沟壁(6)之间的管沟土的粘聚力，n
ch
表示所述粘聚力c在水平方向上的粘聚力相关参数，n
qh
表示所述管沟土内的摩擦角在水平方向上的摩擦角相关参数，ρ表示所述管沟土的密度，g表示重力加速度，h表示所述管道(5)的中心线的埋深；r表示所述管道(5)的半径，d表示所述管道(5)的外径，k表示所述弹性柱(13)的弹性系数；φ表示所述管沟土的内摩擦角，c0表示第一权重，c1表示第二权重，c2表示第三权重，c3表示第四权重，c4表示第五权重，且所述第一权重、所述第二权重、所述第三权重、所述第四权重和所述第五权重根据所述内摩擦角确定。

技术总结

本申请实施例公开了一种管土压力报警装置、系统及方法，属于油气输送领域。该装置包括：压力触发盒、信号发送器、通讯天线和连接线；压力触发盒包括：迎土承压板、管壁承压板、弹性柱、碰触探头、碰触开关；弹性柱的两端分别与迎土承压板和管壁承压板固定连接；碰触探头设置于迎土承压板上，碰触开关固定于管壁承压板的内侧，且碰触探头与碰触开关的位置相对；管土压力作用于迎土承压板，迎土承压板挤压弹性柱，弹性柱发生变形，柱体长度缩短，当碰触探头的一端与碰触开关碰撞时，触碰开关通过连接线发送唤醒信号，唤醒信号发送器，信号发送器通过通讯天线发送管土压力报警信号。该装置的结构简单，制造流程简便，有利于大范围快速地部署实施。部署实施。部署实施。