CN105334544B - 一种采用压缩空气检测地下空穴的装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用压缩空气检测地下空穴的装置及检测方法，属于地表塌陷治理技术领域，包括风机、空压机、储气箱及能够插入地下层中的空心钻杆，空心钻杆的侧壁上开设有孔，且空心钻杆中插设加孔导管；加孔导管、储气箱、空压机及风机依次通过管路相连，在加孔导管与储气箱相连的管路上设有第一压力表和温度计，在储气箱上设有第二压力表。该装置结构设计合理，简单紧凑，节能环保，能够有效克服现有探测地下空穴仪器所存在的价格昂贵，依赖与地表构造和使用复杂的缺陷。基于该装置的检测方法操作简单，重复性好，检测结果可靠。
Description
技术领域
本发明属于地表塌陷治理技术领域，涉及一种采用压缩空气检测地下空穴的装置及检测方法。
背景技术
近年来，由于地下矿藏被频繁开采，造成被开采的地下存在空穴。这些空穴会在大雨冲刷或地壳运动时在所处地表发生坍塌，致使周围厂房和居民住户忧心忡忡。较为严重时，会直接破坏地表上面的房屋或厂房机器设备的正常运营，已经发生的由于地表坍塌而造成居民房屋在暴雨后随之坍陷的事例时有发生。为了维护居民住房和安全生产，有必要对地下空穴的深度和空间的大小进行检测，并采取有效措施对空穴加以填注。
目前，地下空穴的监测方法主要有地质雷达测量法、光导纤维测量法等等，然而存在价格高，仪器使用维护复杂等缺点，碰到复杂构造的地表结构，会存在测不准的问题。因此，亟需一种能够监测地下空穴的位置和大小且性价比具有优势的测量仪器。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用压缩空气检测地下空穴的装置及检测方法，该装置结构设计合理，简单紧凑，节能环保；该检测方法操作简便、结果可靠。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种采用压缩空气检测地下空穴的装置，包括风、空压机、储气箱及能够插入地下层中的空心钻杆，空心钻杆的侧壁上开设有矩形孔隙，且空心钻杆中插设加孔导管，且在该加孔导管的管壁一侧开设有通孔；加孔导管、储气箱、空压机及风机依次通过管路相连，在加孔导管与储气箱相连的管路上设有第一压力表和温度计，在储气箱上设有第二压力表。
加孔导管通过连接管与储气箱相连，且在该连接管上还设有截止阀。
储气箱通过压缩空气管与空压机相连，且在该压缩空气管上还设有压气阀。
其特征在于，储气箱上还设有排气管，在该排气管上还设有排气阀。
空压机通过空气管与风机相连，在该空气管上设有进气阀。
本发明一种地下的空穴检测方法，其特征在于，利用检测装置进行检测；
所述检测装置包括风机、空压机、储气箱及能够插入地下层中的空心钻杆，空心钻杆的侧壁上开设有矩形孔隙，且空心钻杆中插设加孔导管，且在该加孔导管的管壁一侧开设有通孔；加孔导管、储气箱、空压机及风机依次通过管路相连，在加孔导管与储气箱相连的管路上设有第一压力表和温度计，在储气箱上设有第二压力表；
检测包括以下步骤：
1)工作前，采用风机吸入外界空气，并送入空压机中进行压缩，将被压缩的空气送入储气箱中储存；
2)使第一压力表和温度计维持在大气压力和环境温度，关闭压缩机和风机；
3)工作时，将空心钻杆伸入到地下层内，空心钻杆一侧的孔隙，与地下层直接相通，加孔导管的孔与空心钻杆的孔隙处于不同位置；
4)确认好加孔导管的位置后，将储气箱中压缩后的气体通入加孔导管中，记录此时第一压力表的压力读数；
如果加孔导管的孔所在位置处存在空穴，第一压力表的示值会下降，能够确定该处存在空穴；通过第二压力表的压力读数和温度计读数，获得空穴的容积ΔV，计算式如下：
式中，ΔV表示空穴的容积，R表示气体普适常数，T0表示大气温度，T2表示压缩空气温度，P1表示第一压力表读出的大气压力，P2表示第二压力表读出的压缩空气的压力；
否则，上移加孔导管向上一个孔，再次查看第一压力表的示值，以此类推，直到第一压力表的示值下降为止，确定该处存在空穴。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的采用压缩空气检测地下空穴的装置，采用空心钻杆插入到地下层内部，空心钻杆上面存在着矩形孔隙，在空心钻杆内部插入一侧开有小孔的加孔导管。这种结构可确定通入到地下层中气体的位置。然后将加孔导管通过管路连接风机和压缩机，被压缩到一定压力的空气被送入到储气箱中加以储存后送入到加孔导管中，压缩空气便从加孔导管的同孔流入到地下层的空穴中。通过工作前压缩空气的压力值和工作后管路上的压力表和温度计示值可计算得空穴大小。该装置结构设计合理，简单紧凑，节能环保，能够有效克服现有探测地下空穴仪器所存在的价格昂贵，依赖与地表构造和使用复杂的缺陷。
本发明还公开了基于上述装置的检测方法，该检测方法操作简单，重复性好，检测结果可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1.地下层；2.空心钻杆；3.加孔导管；4.连接管；5.温度计；6.第一压力表；7.截止阀；8.储气箱；9.排气管；10.排气阀；11.压缩空气管；12.压气阀；13.空压机；14.空气管；15.进气阀；16.风机；17.第二压力表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开的地下空穴检测装置，包括风机16、空压机13、储气箱8及能够插入地下层中的空心钻杆2，空心钻杆2的侧壁上开设有孔，且空心钻杆2中插设加孔导管3；加孔导管3、储气箱8、空压机13及风机16依次通过管路相连，在加孔导管3与储气箱8相连的管路上设有第一压力表6和温度计5，在储气箱8上设有第二压力表17。
优选地，空心钻杆2的侧壁上开设矩形孔隙。加孔导管3管壁一侧开设通孔。
加孔导管3通过连接管4与储气箱8相连，且在该连接管4上还设有截止阀7；储气箱8通过压缩空气管11与空压机13相连，且在该压缩空气管11上还设有压气阀12。储气箱8上还设有排气管9，在该排气管9上还设有排气阀10；空压机13通过空气管14与风机16相连，在该空气管14上设有进气阀15。
本发明的地下空穴检测装置，安装时：
空心钻杆2插入到地下层1中，在空心钻杆2内部套装了加孔导管3，在加孔导管3的上方安装了连接管4，将连接管4的另一端连接在储气箱8上，在连接管4上安装了温度计5、第一压力表6及截止阀7；在储气箱8的上还安装有排气管9和排气阀10，在储气箱8的右下侧安装了第二压力表17。在储气箱8的右侧安装了压缩空气管11，该管上面安装有压气阀12。在压缩空气管11的另一端安装了空压机13，空压机13的下方安装了空气管14，该空气管14上安装有进气阀15，空气管14的末端连接着风机16。
本发明的地下空穴检测装置，使用时：
工作前，关闭截止阀7和排气阀10，压气阀12和进气阀15打开。启动风机16，将外界空气吸入，并通过空气管14将其送入空压机13中，空气被压缩到一定压力后使其流过压缩空气管11，并送入到储气箱8中，同时记录储气箱上第二压力表17的压力读数，记作P2，然后观察连接管4上安装的第一压力表6和温度计5的读数，分别记作T0和P1，使其保持在大气压力和环境温度，关闭压缩机和风机。
工作时，空心钻杆2深入地下层1一定深度后，如果空心钻杆2一侧的某个空隙刚好处于地下空穴的位置，那么这个空隙就可以通过空心钻杆2于本测量系统相通。通过加孔导管3的逐一排除可确定出这个矩形空隙的位置，由此就能够知道地下空穴的位置。具体的做法是在空心钻杆2内部插入加孔导管3，加孔导管3可首先位于空心钻杆2的矩形孔隙的最下面的空隙，确定好加孔导管3的位置后，打开截止阀7和压气阀12。如果加孔导管3的孔所在位置处存在空穴，第一压力表6的示值会下降，由此可确定该处存在空穴。然后通过工作前第二压力表的示值P2和温度计示值T2，可获得空穴的大小面积，计算式如下：
式中ΔV表示空穴的容积，R表示气体普适常数，T0表示大气温度，T2表示压缩空气温度，P1表示第一压力表读出的大气压力，P2表示第二压力表读出的压缩空气的压力。
否则，上移加孔导管3向上一个孔，再次查看第一压力表6的示值，以此类推，直到第一压力表6的示值会下降，由此可确定该处存在空穴。
Claims (4)
1.一种采用压缩空气检测地下空穴的装置，其特征在于，包括风机(16)、空压机(13)、储气箱(8)及能够插入地下层中的空心钻杆(2)，空心钻杆(2)的侧壁上开设有矩形或圆形孔隙，且空心钻杆(2)中插设加孔导管(3)，且在该加孔导管(3)的管壁一侧开设有通孔；加孔导管(3)、储气箱(8)、空压机(13)及风机(16)依次通过管路相连，在加孔导管(3)与储气箱(8)相连的管路上设有第一压力表(6)和温度计(5)，在储气箱(8)上设有第二压力表(17)；加孔导管(3)通过连接管(4)与储气箱(8)相连，且在该连接管(4)上还设有截止阀(7)；储气箱(8)通过压缩空气管(11)与空压机(13)相连，且在该压缩空气管(11)上还设有压气阀(12)。
2.根据权利要求1所述的采用压缩空气检测地下空穴的装置，其特征在于，储气箱(8)上还设有排气管(9)，在该排气管(9)上还设有排气阀(10)。
3.根据权利要求1所述的采用压缩空气检测地下空穴的装置，其特征在于，空压机(13)通过空气管(14)与风机(16)相连，在该空气管(14)上设有进气阀(15)。
4.一种地下的空穴检测方法，其特征在于，利用检测装置进行检测；
所述检测装置包括风机(16)、空压机(13)、储气箱(8)及能够插入地下层中的空心钻杆(2)，空心钻杆(2)的侧壁上开设有矩形或圆形孔隙，且空心钻杆(2)中插设加孔导管(3)，且在该加孔导管(3)的管壁一侧开设有通孔；加孔导管(3)、储气箱(8)、空压机(13)及风机(16)依次通过管路相连，加孔导管(3)通过连接管(4)与储气箱(8)相连，且在该连接管(4)上还设有截止阀(7)；储气箱(8)通过压缩空气管(11)与空压机(13)相连，且在该压缩空气管(11)上还设有压气阀(12)；在加孔导管(3)与储气箱(8)相连的管路上设有第一压力表(6)和温度计(5)，在储气箱(8)上设有第二压力表(17)；
检测包括以下步骤：
1)工作前，采用风机(16)吸入外界空气，并送入空压机(13)中进行压缩，将被压缩的空气送入储气箱(8)中储存；
2)使第一压力表(6)和温度计(5)维持在大气压力和环境温度，关闭压缩机(13)和风机(16)；
3)工作时，将空心钻杆(2)伸入到地下层内一定深度直至碰到某一处空穴，当空心钻杆(2)的一侧空隙处于碰到空穴所在位置时，空心钻杆(2)一侧的孔隙与地下层直接相通；
4)在空心钻杆(2)内部插入加孔导管(3)，加孔导管(3)首先位于空心钻杆(2)一侧的矩形孔隙的最下面的空隙，确认好加孔导管(3)的位置后，打开截止阀(7)和压气阀(12)，将储气箱(8)中压缩后的气体通入加孔导管(3)中，记录此时第一压力表(6)的压力读数；如果加孔导管(3)的孔所在位置处存在空穴，第一压力表(6)的示值会下降，由此可确定该处存在空穴；
通过工作前第二压力表(17)的压力读数和温度计(5)读数，获得空穴的容积ΔV，计算式如下：
式中，ΔV表示空穴的容积，R表示气体普适常数，T0表示大气温度，T2表示压缩空气温度，P1表示第一压力表读出的大气压力，P2表示第二压力表读出的压缩空气的压力；
否则，将加孔导管(3)向上移动一个孔，再次查看第一压力表(6)的示值，以此类推，直到第一压力表(6)的示值会下降，由此确定该处存在空穴。
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