一種用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井及其成井工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井及其成井工藝。所述的監(jiān)測井包括監(jiān)測鉆孔，所述在監(jiān)測鉆孔中設(shè)置有護(hù)管，該護(hù)管由封閉管和滲水管連接而成，所述封閉管和滲水管的連接處對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔中的土-巖界面處，在該封閉管和滲水管的連接處還設(shè)置有由止水材料構(gòu)成的止水環(huán)；在護(hù)管的封閉管的外壁止水環(huán)以上部位與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間的縫隙中填充水泥砂漿；護(hù)管的頂端端口設(shè)置有密封蓋。本發(fā)明所述的成井工藝簡單易操作，采用該工藝形成的監(jiān)測井揭露了巖溶溶洞或裂隙帶，并對護(hù)管頂端進(jìn)行封堵，以避免外界環(huán)境對監(jiān)測井內(nèi)水、氣壓力的影響，達(dá)到真實(shí)反應(yīng)巖溶管道中水、氣壓力的變化信息的目的，為巖溶塌陷研究、監(jiān)測和預(yù)警提供依據(jù)。
【專利說明】一種用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井及其成井工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測井，具體涉及一種用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井及其成井工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]巖溶塌陷是巖溶區(qū)一種常見的地質(zhì)災(zāi)害。在國外及我國都時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致建筑物陷落或破壞，造成交通中斷，給生命財(cái)產(chǎn)帶來重大損失。而塌陷的主要誘因之一為巖溶區(qū)巖溶管道中的水氣壓力變化，特別是大幅、快速或頻繁變化。
[0003]由于具有隱蔽性、突發(fā)性特點(diǎn)，目前巖溶塌陷區(qū)的監(jiān)測工作尚無一套完善的監(jiān)測方案，其監(jiān)測井的選址及成井仍沿用非巖溶區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，未考慮巖溶區(qū)巖溶管道及巖溶塌陷形成演化的特殊性，且現(xiàn)有技術(shù)中還未開展針對巖溶管道中氣壓力變化的監(jiān)測工作。因此，需要尋找、設(shè)計(jì)一種新的巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，使其能夠真實(shí)反應(yīng)巖溶管道中的水、氣壓力的變化條件，為巖溶塌陷的研究、監(jiān)測和預(yù)警提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井及其成井工藝。本發(fā)明所述的監(jiān)測井揭露了巖溶溶洞或裂隙帶，可真實(shí)反應(yīng)巖溶管道裂隙中水、氣壓力的變化信息。
[0005]本發(fā)明所述的用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，包括監(jiān)測鉆孔，其特征在于:
[0006]在監(jiān)測鉆孔中設(shè)置有護(hù)管，所述的護(hù)管由封閉管和滲水管連接而成，所述封閉管和滲水管的連接處對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔中的土 -巖界面處，在該封閉管和滲水管的連接處還設(shè)置有由止水材料構(gòu)成的止水環(huán)；
[0007]所述護(hù)管的封閉管的外壁止水環(huán)以上部位與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間的縫隙中填充水泥砂漿；
[0008]所述護(hù)管的頂端端口設(shè)置有密封蓋。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述的封閉管可以是管道周壁上不具有開孔的管材，優(yōu)選為PVC管；所述的滲水管可以是管道周壁上開設(shè)有孔的管材，優(yōu)選為PVC濾水管。
[0010]所述的止水材料與現(xiàn)有技術(shù)相同，優(yōu)選為海帶。所述的止水環(huán)將護(hù)管的外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間的空隙分隔成上、下兩個(gè)腔室。
[0011]所述的保護(hù)蓋由泡沫填充劑或玻璃膠形成。所述的泡沫填充劑或玻璃膠可從市場上直接購買得到，具體可以選擇市場上銷售的賽磊那(上海)貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的頂泰發(fā)泡劑、長沙大禹防水公司生產(chǎn)的聚氨酯填縫發(fā)泡膠、青島金固友建材有限公司生產(chǎn)的發(fā)泡膠、道康寧(中國)投資有限公司生產(chǎn)的道康寧玻璃膠、西卡(中國)有限公司生產(chǎn)的西卡玻璃膠或成都硅寶科技股份有限公司生產(chǎn)的硅寶玻璃膠等。
[0012]本發(fā)明還提供上述用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井的成井工藝，包括以下步驟:
[0013]I)確定監(jiān)測井的位置；
[0014]2)鉆孔形成監(jiān)測鉆孔，該監(jiān)測鉆孔能夠揭露巖溶溶洞或裂隙帶，即穿過土 -巖界面；
[0015]3)對形成的監(jiān)測鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)；
[0016]4)提供由封閉管和滲水管連接而成的護(hù)管，所述護(hù)管中滲水管的高度為當(dāng)護(hù)管放入監(jiān)測孔洞時(shí)，使護(hù)管上封閉管和滲水管的連接處正好對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔的土 -巖界面處；在護(hù)管上封閉管和滲水管的連接處綁置由止水材料，將綁置有止水材料的護(hù)管放入監(jiān)測鉆孔中，并使止水材料遇水膨脹形成止水環(huán)將護(hù)管外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間分隔成上、下兩個(gè)腔室；
[0017]5)向由護(hù)管的封閉管的外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間形成的上腔室中填充水泥砂漿；
[0018]6)在護(hù)管中安裝所需的儀器；
[0019]7)在護(hù)管的頂端端口形成密封保護(hù)蓋。
[0020]上述工藝中，
[0021]步驟I)中，根據(jù)已有基礎(chǔ)地質(zhì)資料、現(xiàn)場地面調(diào)查，必要時(shí)可輔助物探探測，選擇下伏基巖巖溶管道、裂隙相對發(fā)育的地區(qū)，在此基礎(chǔ)上確定監(jiān)測井的位置。
[0022]步驟2)中，按現(xiàn)有常規(guī)水文地質(zhì)鉆探要求成孔，但需要關(guān)注土層與基巖分界面的位置，需要穿過溶洞或裂隙發(fā)育帶(鉆探漿液漏失)3?5m后方才終孔。
[0023]步驟3)中，所述的抽水試驗(yàn)按現(xiàn)有常規(guī)方法進(jìn)行。進(jìn)行抽水試驗(yàn)一方面可以判斷所形成的監(jiān)測孔洞是否位于該區(qū)巖溶管道區(qū)，另一方面是為了清孔，疏通孔周的巖溶裂隙。
[0024]步驟4)中，所述的封閉管可以是管道周壁上不具有開孔的管材，優(yōu)選為PVC管；所述的滲水管可以是管道周壁上開設(shè)有孔的管材，優(yōu)選為PVC濾水管。
[0025]步驟4)中，所述的止水材料與現(xiàn)有技術(shù)相同，優(yōu)選為干海帶。
[0026]步驟5)中，用于填充由井管的封閉管的外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間形成的腔室的水泥砂漿的配比與現(xiàn)有技術(shù)相同。
[0027]步驟6)中，為了與監(jiān)測系統(tǒng)配合，通常需要在井管中安裝一些測量巖溶管道中水、氣的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)的儀器，如各種傳感器(如孔隙水壓力傳感器、氣壓力傳感器)等。
[0028]步驟7)中，所述的保護(hù)蓋通過在護(hù)管的頂端端口加注泡沫填充劑形成，或者是加注玻璃膠形成，還可以在泡沫填充劑形成的保護(hù)蓋上再用玻璃膠形成一層加強(qiáng)保護(hù)蓋。所述的泡沫填充劑和玻璃膠可從市場上直接購買得到，具體可以選擇市場上銷售的賽磊那(上海)貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的頂泰發(fā)泡劑、長沙大禹防水公司生產(chǎn)的聚氨酯填縫發(fā)泡膠、青島金固友建材有限公司生產(chǎn)的發(fā)泡膠、道康寧(中國)投資有限公司生產(chǎn)的道康寧玻璃膠、西卡(中國)有限公司生產(chǎn)的西卡玻璃膠或成都硅寶科技股份有限公司生產(chǎn)的硅寶玻璃膠
坐寸ο
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的成井工藝簡單易操作，采用該工藝形成的監(jiān)測井揭露了巖溶溶洞或裂隙帶，并在護(hù)管頂端的端口處進(jìn)行封堵，以隔絕監(jiān)測井內(nèi)部和外界的水、氣壓力聯(lián)系，從而避免外界環(huán)境對監(jiān)測井內(nèi)水、氣壓力的影響，達(dá)到真實(shí)反應(yīng)巖溶管道中水、氣壓力的變化信息的目的，為巖溶塌陷研究、監(jiān)測和預(yù)警提供依據(jù)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明所述的用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為與本發(fā)明所述的用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井聯(lián)合使用的監(jiān)測裝置。
[0032]圖中標(biāo)號為:
[0033]I護(hù)管；1-1封閉管；1-2滲水管；2止水環(huán)；3水泥砂漿；4密封蓋；5 土-巖界面；6托板。
[0034]20太陽能供電系統(tǒng)；21太陽能板；22太陽能電池控制器；23蓄電池；30數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)；31微電腦時(shí)控開關(guān)；32無線通訊模塊；33天線；34數(shù)據(jù)采集模塊；40傳感器系統(tǒng)；41孔隙水壓力傳感器；42氣壓力傳感器；50客戶端。
【具體實(shí)施方式】
[0035]如圖1所示，本發(fā)明所述的用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，包括監(jiān)測鉆孔，在監(jiān)測鉆孔中設(shè)置有護(hù)管1，所述的護(hù)管I由PVC管和PVC濾水管螺紋連接而成，其中PVC管位于PVC濾水管的上部，所述PVC管和PVC濾水管的連接處對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔的土 -巖界面5處，在該P(yáng)VC管和PVC濾水管的連接處還綁置由海帶構(gòu)成的止水環(huán)2 ;在護(hù)管I的PVC管的外壁和監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間的空隙中填充有水泥砂漿3，所述護(hù)管I的內(nèi)部可以安裝用于測量巖溶管道中水、氣的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)的傳感器，在護(hù)管I的頂端端口處設(shè)置有由泡沫填充劑和/或玻璃膠形成的密封蓋4。
[0036]上述用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井的成井工藝，包括以下步驟:
[0037]I)確定監(jiān)測井的位置，根據(jù)已有基礎(chǔ)地質(zhì)資料、現(xiàn)場地面調(diào)查，必要時(shí)可輔助物探探測，選擇下伏基巖巖溶管道、裂隙相對發(fā)育的地區(qū)，在此基礎(chǔ)上確定監(jiān)測井的位置；
[0038]2)按現(xiàn)有常規(guī)水文地質(zhì)鉆孔方法進(jìn)行鉆孔形成監(jiān)測鉆孔，鉆孔過程中需要關(guān)注土層與基巖分界面的位置，在鉆進(jìn)過程中需要穿過溶洞或裂隙帶(鉆探漿液漏失)3?5m后方才終孔；如果鉆成的孔洞沒有穿過溶洞或裂隙帶(鉆探漿液漏失)，則需要重復(fù)步驟I)，再進(jìn)行本步驟；
[0039]3)按現(xiàn)有常規(guī)方法對形成的監(jiān)測鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)；
[0040]4)提供由PVC管和PVC濾水管螺紋連接而成的護(hù)管I，其中PVC管位于PVC濾水管的上部，且所述護(hù)管I中PVC濾水管的高度為當(dāng)護(hù)管I放入監(jiān)測鉆孔時(shí)，使護(hù)管I上PVC管和PVC濾水管的連接處正好對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔的土 -巖界面5處；根據(jù)土 -巖界面5處監(jiān)測孔的孔徑大小，在護(hù)管I上PVC管和PVC濾水管的連接處綁置海帶或其它止水材料，將綁置有海帶或其它止水材料的進(jìn)管放入監(jiān)測鉆孔中，并使海帶或其它止水材料膨脹形成止水環(huán)2，并將護(hù)管I的外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間的空隙分隔成上、下兩個(gè)腔室；
[0041]5)向由護(hù)管I的封閉管1-1的外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁圍成的腔室(上腔室)中填充水泥砂漿3 ；
[0042]6)在護(hù)管I中安裝所需的儀器如水壓力傳感器、氣壓力傳感器等；
[0043]7)在護(hù)管I的頂端端口以下約20厘米處放置托板6 (托板6起防止泡沫填充劑或玻璃膠下漏作用，可根據(jù)護(hù)管I內(nèi)徑大小用硬紙板裁剪或用廢報(bào)紙揉成紙團(tuán)現(xiàn)場加工)，將設(shè)置在護(hù)管I內(nèi)的傳感器的導(dǎo)線引出后，再用現(xiàn)有常規(guī)的泡沫填充劑或玻璃膠加注到在托板6之上，形成厚度約20厘米的密封蓋4，在泡沫填充劑成型后還可再在其上加注一層約Icm厚玻璃膠，以隔絕監(jiān)測井內(nèi)部和外界的水、氣壓力聯(lián)系。
[0044]可采用現(xiàn)有常規(guī)的監(jiān)測地下水的監(jiān)測裝置與本發(fā)明所述的用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井聯(lián)合使用，優(yōu)選采用如圖2所示結(jié)構(gòu)的監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置包括監(jiān)測端和客戶端50，兩者通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送/接收監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的監(jiān)測端包括傳感器系統(tǒng)40、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)30和太陽能供電系統(tǒng)20，所述的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)30分別與傳感器系統(tǒng)40和太陽能供電系統(tǒng)20相連接，其中:
[0045]所述的傳感器系統(tǒng)40用于測量地下水氣的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)，在本實(shí)施方式中，所述的傳感器系統(tǒng)40包括2個(gè)傳感器，分別是測量巖溶管道中水壓力的孔隙水壓力傳感器41和測量巖溶管道中氣壓力的氣壓力傳感器42 ;這兩個(gè)傳感器安裝于監(jiān)測孔中，其中孔隙水壓力傳感器41置于護(hù)管I中的水面以下位置，氣壓力傳感器42置于護(hù)管I中的水面以上位置；
[0046]所述的太陽能供電系包括太陽能板21、蓄電池23和太陽能電池控制器22，其中太陽能板21將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，蓄電池23存儲電能，所述太陽能電池控制器22分別與太陽能板21和蓄電池23相連接，同時(shí)該太陽能電池控制器22還分別與數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)30中的微電腦時(shí)控開關(guān)31和數(shù)據(jù)采集模塊34相連接；所述的太陽能電池控制器22將太陽能板21轉(zhuǎn)化的電能存儲到蓄電池23中，并將所述蓄電池23輸出的電力穩(wěn)壓后向所述的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)30供電；
[0047]所述的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)30包括微電腦時(shí)控開關(guān)31、無線通訊模塊32、天線33和數(shù)據(jù)采集模塊34，其中，數(shù)據(jù)采集模塊34分別與傳感器系統(tǒng)40中的孔隙水壓力傳感器41和氣壓力相連接，用于采集上述傳感器的數(shù)據(jù)信號以形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并存儲；所述的無線通訊模塊32與數(shù)據(jù)采集模塊34相連接，并借助天線33將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端50 ;所述的無線通訊模塊32還與微電腦時(shí)控開關(guān)31相連接，通過微電腦時(shí)控開關(guān)31控制該無線通訊模塊32向客戶端50發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)的工作時(shí)間；
[0048]所述的無線網(wǎng)絡(luò)為GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。
[0049]采用上述監(jiān)測裝置與本發(fā)明所述監(jiān)測井聯(lián)合使用時(shí)，由太陽能供電系統(tǒng)20提供電力，由傳感器系統(tǒng)40中的各傳感器采集巖溶管道中的水、氣壓力數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集模塊34形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并存儲，所述的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊32借助天線33再經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端50 ;對于無線通訊模塊32向客戶端50發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，則由微電腦時(shí)控開關(guān)31控制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，包括監(jiān)測鉆孔，其特征在于: 在監(jiān)測鉆孔中設(shè)置有護(hù)管(I)，所述的護(hù)管(I)由封閉管(1-1)和滲水管(1-2)連接而成，所述封閉管(1-1)和滲水管(1-2)的連接處對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔中的土-巖界面(5)處，在該封閉管(1-1)和滲水管(1-2)的連接處還設(shè)置由止水材料構(gòu)成的止水環(huán)(2); 所述護(hù)管⑴的封閉管(1-1)的外壁止水環(huán)⑵以上部位與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間的縫隙中填充水泥砂漿(3)； 所述護(hù)管(I)的頂端端口設(shè)置有密封蓋(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，其特征在于:所述的封閉管(1-1)為PVC管,所述的滲水管(1-2)為PVC濾水管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，其特征在于:所述的止水材料為海帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井，其特征在于:所述的密封蓋(4)由泡沫填充劑和/或玻璃膠形成。
5.權(quán)利要求1所述的用于監(jiān)測巖溶塌陷水氣壓力的監(jiān)測井的成井工藝，包括以下步驟: 1)確定監(jiān)測井的位置； 2)鉆孔形成監(jiān)測鉆孔，該監(jiān)測鉆孔能夠揭露巖溶溶洞或裂隙帶，即穿過土-巖界面(5)； 3)對形成的監(jiān)測鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)； 4)提供由封閉管(1-1)和滲水管(1-2)連接而成的護(hù)管(I)，所述護(hù)管(I)中滲水管(1-2)的高度為當(dāng)護(hù)管(I)放入監(jiān)測孔洞時(shí)，使護(hù)管(I)上封閉管(1-1)和滲水管(1-2)的連接處正好對應(yīng)于監(jiān)測鉆孔的土 -巖界面(5)處；在護(hù)管(I)上封閉管(1-1)和滲水管(1-2)的連接處綁置由止水材料，將綁置有止水材料的護(hù)管(I)放入監(jiān)測鉆孔中，并使止水材料遇水膨脹形成止水環(huán)(2)將護(hù)管(I)外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間分隔成上、下兩個(gè)腔室; 5)向由護(hù)管(I)的封閉管(1-1)的外壁與監(jiān)測鉆孔的內(nèi)壁之間形成的上腔室中填充水泥砂漿⑶； 6)在護(hù)管(I)中安裝所需的儀器； 7)在護(hù)管(I)的頂端端口形成密封密封蓋(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成井工藝，其特征在于:步驟4)中，所述的封閉管(1-1)為PVC管,所述的滲水管(1-2)為PVC濾水管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成井工藝，其特征在于:步驟4)中，所述的止水材料為海帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成井工藝，其特征在于:步驟7)中，所述的密封蓋(4)由泡沫填充劑和/或玻璃膠形成。
【文檔編號】E21B47/06GK104005753SQ201410233733
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】蔣小珍, 雷明堂, 蒙彥, 戴建玲, 管振德, 吳遠(yuǎn)斌, 羅偉權(quán), 賈龍 申請人:中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所