CN104005753B - 一种用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井及其成井工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井及其成井工艺。所述的监测井包括监测钻孔，所述在监测钻孔中设置有护管，该护管由封闭管和渗水管连接而成，所述封闭管和渗水管的连接处对应于监测钻孔中的土‑岩界面处，在该封闭管和渗水管的连接处还设置有由止水材料构成的止水环；在护管的封闭管的外壁止水环以上部位与监测钻孔的内壁之间的缝隙中填充水泥砂浆；护管的顶端端口设置有密封盖。本发明所述的成井工艺简单易操作，采用该工艺形成的监测井揭露了岩溶溶洞或裂隙带，并对护管顶端进行封堵，以避免外界环境对监测井内水、气压力的影响，达到真实反应岩溶管道中水、气压力的变化信息的目的，为岩溶塌陷研究、监测和预警提供依据。

Description

一种用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井及其成井工艺

技术领域

本发明涉及一种监测井，具体涉及一种用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井及其成井工艺。

背景技术

岩溶塌陷是岩溶区一种常见的地质灾害。在国外及我国都时有发生，导致建筑物陷落或破坏，造成交通中断，给生命财产带来重大损失。而塌陷的主要诱因之一为岩溶区岩溶管道中的水气压力变化，特别是大幅、快速或频繁变化。

由于具有隐蔽性、突发性特点，目前岩溶塌陷区的监测工作尚无一套完善的监测方案，其监测井的选址及成井仍沿用非岩溶区的经验，未考虑岩溶区岩溶管道及岩溶塌陷形成演化的特殊性，且现有技术中还未开展针对岩溶管道中气压力变化的监测工作。因此，需要寻找、设计一种新的岩溶塌陷水气压力的监测井，使其能够真实反应岩溶管道中的水、气压力的变化条件，为岩溶塌陷的研究、监测和预警提供依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井及其成井工艺。本发明所述的监测井揭露了岩溶溶洞或裂隙带，可真实反应岩溶管道裂隙中水、气压力的变化信息。

本发明所述的用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井，包括监测钻孔，其特征在于：

在监测钻孔中设置有护管，所述的护管由封闭管和渗水管连接而成，所述封闭管和渗水管的连接处对应于监测钻孔中的土-岩界面处，在该封闭管和渗水管的连接处还设置有由止水材料构成的止水环；

所述护管的封闭管的外壁止水环以上部位与监测钻孔的内壁之间的缝隙中填充水泥砂浆；

所述护管的顶端端口设置有密封盖。

上述技术方案中，所述的封闭管可以是管道周壁上不具有开孔的管材，优选为PVC管；所述的渗水管可以是管道周壁上开设有孔的管材，优选为PVC滤水管。

所述的止水材料与现有技术相同，优选为海带。所述的止水环将护管的外壁与监测钻孔的内壁之间的空隙分隔成上、下两个腔室。

所述的保护盖由泡沫填充剂或玻璃胶形成。所述的泡沫填充剂或玻璃胶可从市场上直接购买得到，具体可以选择市场上销售的赛磊那(上海)贸易有限公司生产的顶泰发泡剂、长沙大禹防水公司生产的聚氨酯填缝发泡胶、青岛金固友建材有限公司生产的发泡胶、道康宁(中国)投资有限公司生产的道康宁玻璃胶、西卡(中国)有限公司生产的西卡玻璃胶或成都硅宝科技股份有限公司生产的硅宝玻璃胶等。

本发明还提供上述用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井的成井工艺，包括以下步骤：

1)确定监测井的位置；

2)钻孔形成监测钻孔，该监测钻孔能够揭露岩溶溶洞或裂隙带，即穿过土-岩界面；

3)对形成的监测钻孔进行抽水试验；

4)提供由封闭管和渗水管连接而成的护管，所述护管中渗水管的高度为当护管放入监测孔洞时，使护管上封闭管和渗水管的连接处正好对应于监测钻孔的土-岩界面处；在护管上封闭管和渗水管的连接处绑置由止水材料，将绑置有止水材料的护管放入监测钻孔中，并使止水材料遇水膨胀形成止水环将护管外壁与监测钻孔的内壁之间分隔成上、下两个腔室；

5)向由护管的封闭管的外壁与监测钻孔的内壁之间形成的上腔室中填充水泥砂浆；

6)在护管中安装所需的仪器；

7)在护管的顶端端口形成密封保护盖。

上述工艺中，

步骤1)中，根据已有基础地质资料、现场地面调查，必要时可辅助物探探测，选择下伏基岩岩溶管道、裂隙相对发育的地区，在此基础上确定监测井的位置。

步骤2)中，按现有常规水文地质钻探要求成孔，但需要关注土层与基岩分界面的位置，需要穿过溶洞或裂隙发育带(钻探浆液漏失)3～5m后方才终孔。

步骤3)中，所述的抽水试验按现有常规方法进行。进行抽水试验一方面可以判断所形成的监测孔洞是否位于该区岩溶管道区，另一方面是为了清孔，疏通孔周的岩溶裂隙。

步骤4)中，所述的封闭管可以是管道周壁上不具有开孔的管材，优选为PVC管；所述的渗水管可以是管道周壁上开设有孔的管材，优选为PVC滤水管。

步骤4)中，所述的止水材料与现有技术相同，优选为干海带。

步骤5)中，用于填充由井管的封闭管的外壁与监测钻孔的内壁之间形成的腔室的水泥砂浆的配比与现有技术相同。

步骤6)中，为了与监测系统配合，通常需要在井管中安装一些测量岩溶管道中水、气的各种指标数据的仪器，如各种传感器(如孔隙水压力传感器、气压力传感器)等。

步骤7)中，所述的保护盖通过在护管的顶端端口加注泡沫填充剂形成，或者是加注玻璃胶形成，还可以在泡沫填充剂形成的保护盖上再用玻璃胶形成一层加强保护盖。所述的泡沫填充剂和玻璃胶可从市场上直接购买得到，具体可以选择市场上销售的赛磊那(上海)贸易有限公司生产的顶泰发泡剂、长沙大禹防水公司生产的聚氨酯填缝发泡胶、青岛金固友建材有限公司生产的发泡胶、道康宁(中国)投资有限公司生产的道康宁玻璃胶、西卡(中国)有限公司生产的西卡玻璃胶或成都硅宝科技股份有限公司生产的硅宝玻璃胶等。

与现有技术相比，本发明所述的成井工艺简单易操作，采用该工艺形成的监测井揭露了岩溶溶洞或裂隙带，并在护管顶端的端口处进行封堵，以隔绝监测井内部和外界的水、气压力联系，从而避免外界环境对监测井内水、气压力的影响，达到真实反应岩溶管道中水、气压力的变化信息的目的，为岩溶塌陷研究、监测和预警提供依据。

附图说明

图1为本发明所述的用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井的一种实施方式的结构示意图；

图2为与本发明所述的用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井联合使用的监测装置。

图中标号为：

1护管；1-1封闭管；1-2渗水管；2止水环；3水泥砂浆；4密封盖；5土-岩界面；6托板。

20太阳能供电系统；21太阳能板；22太阳能电池控制器；23蓄电池；30数据采集与传输系统；31微电脑时控开关；32无线通讯模块；33天线；34数据采集模块；40传感器系统；41孔隙水压力传感器；42气压力传感器；50客户端。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井，包括监测钻孔，在监测钻孔中设置有护管1，所述的护管1由PVC管和PVC滤水管螺纹连接而成，其中PVC管位于PVC滤水管的上部，所述PVC管和PVC滤水管的连接处对应于监测钻孔的土-岩界面5处，在该PVC管和PVC滤水管的连接处还绑置由海带构成的止水环2；在护管1的PVC管的外壁和监测钻孔的内壁之间的空隙中填充有水泥砂浆3，所述护管1的内部可以安装用于测量岩溶管道中水、气的各种指标数据的传感器，在护管1的顶端端口处设置有由泡沫填充剂和/或玻璃胶形成的密封盖4。

上述用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井的成井工艺，包括以下步骤：

1)确定监测井的位置，根据已有基础地质资料、现场地面调查，必要时可辅助物探探测，选择下伏基岩岩溶管道、裂隙相对发育的地区，在此基础上确定监测井的位置；

2)按现有常规水文地质钻孔方法进行钻孔形成监测钻孔，钻孔过程中需要关注土层与基岩分界面的位置，在钻进过程中需要穿过溶洞或裂隙带(钻探浆液漏失)3～5m后方才终孔；如果钻成的孔洞没有穿过溶洞或裂隙带(钻探浆液漏失)，则需要重复步骤1)，再进行本步骤；

3)按现有常规方法对形成的监测钻孔进行抽水试验；

4)提供由PVC管和PVC滤水管螺纹连接而成的护管1，其中PVC管位于PVC滤水管的上部，且所述护管1中PVC滤水管的高度为当护管1放入监测钻孔时，使护管1上PVC管和PVC滤水管的连接处正好对应于监测钻孔的土-岩界面5处；根据土-岩界面5处监测孔的孔径大小，在护管1上PVC管和PVC滤水管的连接处绑置海带或其它止水材料，将绑置有海带或其它止水材料的进管放入监测钻孔中，并使海带或其它止水材料膨胀形成止水环2，并将护管1的外壁与监测钻孔的内壁之间的空隙分隔成上、下两个腔室；

5)向由护管1的封闭管1-1的外壁与监测钻孔的内壁围成的腔室(上腔室)中填充水泥砂浆3；

6)在护管1中安装所需的仪器如水压力传感器、气压力传感器等；

7)在护管1的顶端端口以下约20厘米处放置托板6(托板6起防止泡沫填充剂或玻璃胶下漏作用，可根据护管1内径大小用硬纸板裁剪或用废报纸揉成纸团现场加工)，将设置在护管1内的传感器的导线引出后，再用现有常规的泡沫填充剂或玻璃胶加注到在托板6之上，形成厚度约20厘米的密封盖4，在泡沫填充剂成型后还可再在其上加注一层约1cm厚玻璃胶，以隔绝监测井内部和外界的水、气压力联系。

可采用现有常规的监测地下水的监测装置与本发明所述的用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井联合使用，优选采用如图2所示结构的监测装置，该监测装置包括监测端和客户端50，两者通过无线网络发送/接收监测数据；所述的监测端包括传感器系统40、数据采集与传输系统30和太阳能供电系统20，所述的数据采集与传输系统30分别与传感器系统40和太阳能供电系统20相连接，其中：

所述的传感器系统40用于测量地下水气的各种指标数据，在本实施方式中，所述的传感器系统40包括2个传感器，分别是测量岩溶管道中水压力的孔隙水压力传感器41和测量岩溶管道中气压力的气压力传感器42；这两个传感器安装于监测孔中，其中孔隙水压力传感器41置于护管1中的水面以下位置，气压力传感器42置于护管1中的水面以上位置；

所述的太阳能供电系包括太阳能板21、蓄电池23和太阳能电池控制器22，其中太阳能板21将太阳能转化为电能，蓄电池23存储电能，所述太阳能电池控制器22分别与太阳能板21和蓄电池23相连接，同时该太阳能电池控制器22还分别与数据采集与传输系统30中的微电脑时控开关31和数据采集模块34相连接；所述的太阳能电池控制器22将太阳能板21转化的电能存储到蓄电池23中，并将所述蓄电池23输出的电力稳压后向所述的数据采集与传输系统30供电；

所述的数据采集与传输系统30包括微电脑时控开关31、无线通讯模块32、天线33和数据采集模块34，其中，数据采集模块34分别与传感器系统40中的孔隙水压力传感器41和气压力相连接，用于采集上述传感器的数据信号以形成监测数据并存储；所述的无线通讯模块32与数据采集模块34相连接，并借助天线33将监测数据通过无线网络发送到客户端50；所述的无线通讯模块32还与微电脑时控开关31相连接，通过微电脑时控开关31控制该无线通讯模块32向客户端50发送监测数据的工作时间；

所述的无线网络为GPRS无线网络。

采用上述监测装置与本发明所述监测井联合使用时，由太阳能供电系统20提供电力，由传感器系统40中的各传感器采集岩溶管道中的水、气压力数据，这些数据由数据采集模块34形成监测数据并存储，所述的监测数据通过无线通讯模块32借助天线33再经由无线网络发送到客户端50；对于无线通讯模块32向客户端50发送监测数据的时间间隔，则由微电脑时控开关31控制。

Claims (8)

1.一种用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井，包括监测钻孔，其特征在于：

在监测钻孔中设置有护管(1)，所述的护管(1)由封闭管(1-1)和渗水管(1-2)连接而成，所述封闭管(1-1)和渗水管(1-2)的连接处对应于监测钻孔中的土-岩界面(5)处，在该封闭管(1-1)和渗水管(1-2)的连接处还设置由止水材料构成的止水环(2)；

所述护管(1)的封闭管(1-1)的止水环(2)以上部位与监测钻孔的内壁之间的缝隙中填充水泥砂浆(3)；

所述护管(1)的顶端端口设置有密封盖(4)。

2.根据权利要求1用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井，其特征在于：所述的封闭管(1-1)为PVC管，所述的渗水管(1-2)为PVC滤水管。

3.根据权利要求1用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井，其特征在于：所述的止水材料为海带。

4.根据权利要求1用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井，其特征在于：所述的密封盖(4)由泡沫填充剂和/或玻璃胶形成。

5.权利要求1所述的用于监测岩溶塌陷水气压力的监测井的成井工艺，包括以下步骤：

1)确定监测井的位置；

2)钻孔形成监测钻孔，该监测钻孔能够揭露岩溶溶洞或裂隙带，即穿过土-岩界面(5)；

3)对形成的监测钻孔进行抽水试验；

4)提供由封闭管(1-1)和渗水管(1-2)连接而成的护管(1)，所述护管(1)中渗水管(1-2)的高度为当护管(1)放入监测孔洞时，使护管(1)上封闭管(1-1)和渗水管(1-2)的连接处正好对应于监测钻孔的土-岩界面(5)处；在护管(1)上封闭管(1-1)和渗水管(1-2)的连接处绑置由止水材料，将绑置有止水材料的护管(1)放入监测钻孔中，并使止水材料遇水膨胀形成止水环(2)将护管(1)外壁与监测钻孔的内壁之间分隔成上、下两个腔室；

5)向由护管(1)的封闭管(1-1)的外壁与监测钻孔的内壁之间形成的上腔室中填充水泥砂浆(3)；

6)在护管(1)中安装所需的仪器；

7)在护管(1)的顶端端口形成密封盖(4)。

6.根据权利要求5所述的成井工艺，其特征在于：步骤4)中，所述的封闭管(1-1)为PVC管，所述的渗水管(1-2)为PVC滤水管。

7.根据权利要求5所述的成井工艺，其特征在于：步骤4)中，所述的止水材料为海带。

8.根据权利要求5所述的成井工艺，其特征在于：步骤7)中，所述的密封盖(4)由泡沫填充剂和/或玻璃胶形成。