CN107289997A - 一种岩溶裂隙水探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶裂隙水探测系统及方法，在待探测区中心打一口抽注井，并以抽注井为中心分别打地质钻孔；在抽注井中抽水，记录抽水时间、抽水量以及抽注井和地质钻孔的水位变化；分别布设盐度传感器和水温传感器，并将盐度传感器和水温传感器经数据采集模块接入电脑采集岩溶裂隙水的初始盐度及水温；实时采集各孔岩溶裂隙水的盐度变化，待有部分盐度传感器采集的值有明显变化时停止采集，而将热水注到抽注井中，通过水温传感器，实时采集各孔岩溶裂隙水的温度变化，待有部分水温传感器采集的值有明显变化时再停止采集；最后，分析岩溶裂隙水的渗透性、流向、流速以及主要导水通道。

Description

一种岩溶裂隙水探测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种岩溶裂隙水探测系统及方法，属于岩土工程勘察技术领域。

背景技术

在岩溶裂隙发育的地区进行地下工程施工，需考虑岩溶裂隙水对地下工程的影响。岩溶裂隙水除受地形地貌条件控制外，还受地质构造的控制，故其运移一般具有明显的非均质性。岩溶裂隙水因岩溶形态各异，裂隙横纵贯通，故渗漏及出水点较多。岩溶裂隙水多数与水利资源丰富的补给源相通，形成错综复杂的地下水力体系，地下工程施工期间，岩溶裂隙水大量涌入，会给地下工程带来极大风险，严重时可引发工程事故，故对岩溶裂隙水的渗透性、流向、流速以及主要导水通道进行有效探测，为地下工程施工期间防控岩溶裂隙水提供依据至关重要。

目前，一些学者对岩溶裂隙虽然已经做了大量研究，如专利文献CN102866417A公开了一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置及方法，该装置及方法可快速有效地探测地下溶洞，但无法反应地下溶洞中的水流情况，且成本昂贵，工期也较长；专利文献CN102426384A公开了一种探测地下采空区和岩溶分布的方法，该方法应用合成孔径偏移成像技术，可实现对采空区和岩溶分布的有效探测，但不能反应采空区和岩溶区的水流情况。

目前，一些学者对岩溶地下水的运移情况也已经做了大量研究，如专利文献CN104808258A公开了一种利用糖作为示踪剂测定岩溶地下水运移路径的方法，该方法灵敏度高成本低，可实现对岩溶地下水流速、流向的探测，但不能反应岩溶裂隙的分布情况；专利文献CN98114214.1公开了一种化学示踪剂井间示踪测定技术，该技术在岩溶地区的实际应用中，存在着稳定性差、检测精度不稳等缺点，且也不能反应岩溶裂隙的分布情况。

由此可见，针对岩溶裂隙分布及其内部水流运动情况的探测，目前，还没有提出较好的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述不足而提供一种岩溶裂隙水的探测系统及方法，该系统及方法操作简单，成本低，灵敏度高，无污染，可为探测区附近工程施工的安全进行提供有效保证。

为了实现上述目的，本发明提供了一种岩溶裂隙水探测系统，包括抽注井和地质钻孔，在所述的抽注井和地质钻孔中设置有盐度传感器和温度传感器，所述的盐度传感器和温度传感器与数据分析仪相连。

进一步的，所述的地质钻孔包括8个，分别以抽注井为中心，分布在抽注井的东、南、西、北、东北、东南、西北以及西南八个方位，以便大致探测抽注井四面八方的岩溶裂隙通道。

进一步的，所述的盐度传感器设置有一个，所述的温度传感器设置有多个，且多个传感器沿着抽注井和地质钻孔的中心线在竖直方向间隔设置。盐分在水中的扩散速度相对温度来说很慢，故此探测系统以温度传感器为主，盐度传感器辅助，温度传感器设置有多个，盐度传感器设置有一个，多个温度传感器沿着抽注井和地质钻孔的中心线在竖直方向间隔设置，主要是为了探测地层竖直剖面上岩溶通道的分布情况。

进一步的，所述的盐度传感器和温度传感器布设在抽注井和地质钻孔揭露的岩溶裂隙带处，且各个盐度传感器的布设深度应一致；主要是盐度传感器布设深度一致后，哪个盐度传感器先发生显著变化，就能说明哪个方向的岩溶通道是水流向的主通道。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种岩溶裂隙水探测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1在待探测区中心钻打一口抽注井，在抽注井的外圈钻打多个地质钻孔；分析抽注井及地质钻孔取出的岩芯地质情况；绘制待探测区附近的地质剖面图；

步骤2采用抽水泵在所打抽注井中抽水，同时记录抽水时间、抽水量以及抽注井和各地质钻孔的水位变化，据此来分析岩溶裂隙水的渗透性；

步骤3根据抽注井和各地质钻孔揭露的岩溶裂隙分别布设盐度传感器和温度传感器；且将各个传感器与数据分析仪相连，采集岩溶裂隙水的初始盐度及水温；

步骤4示踪信息采集

首先在抽注井中放入一小袋食盐，然后通过盐度传感器实时采集各孔岩溶裂隙水的盐度变化，待有部分盐度传感器采集的值有明显变化时停止盐度采集，而后将热水注到抽注井中；然后再通过温度传感器实时采集各孔岩溶裂隙水的温度变化，直到有部分温度传感器采集的值有明显增高且开始呈现逐渐下降趋势时再停止采集；

步骤5根据抽注井和各地质钻孔揭露的岩溶裂隙情况、抽注井的抽水情况以及盐度传感器和温度传感器监测到的岩溶裂隙水盐度和水温实时变化情况来分析岩溶裂隙水的渗透性、流向、流速以及主要导水通道。

进一步的，所述的盐度传感器和温度传感器布设在抽注井和地质钻孔揭露的岩溶裂隙带处，且盐度传感器的布设深度应一致。

进一步的，所述的地质钻孔包括8个，分别以抽注井为中心，分布在抽注井的东、南、西、北、东北、东南、西北以及西南八个方位。

进一步的，所述的盐度传感器在抽注井和各地质钻孔中各布设一个，温度传感器在抽注井和各地质钻孔中各布设多个。

进一步的，所述的多个温度传感器沿抽注井和各地质钻孔的中线方向竖直设置，温度传感器布设间距应在2～4m。(通过试验确定，间距太小，温度扩散太快，浪费，间距太大，探测精度下降。)

进一步的，所述的抽注井直径至少在0.8～1.0m，深度为入岩10～20m；

地质钻孔直径至少在100～120mm，深度为入岩10～20m；

所述的地质钻孔到抽注井之间的距离在10～30m。(根据现场实际勘察结果顶，深度入岩10～20m，可较好揭露深处岩溶裂隙；地质钻孔直径至少在100～120mm，方便下放监测传感器；地质钻孔与抽注井间距离根据工程实际需要确定，太近，温度扩散太快，监测频率要求高，太远，温度降低太快，监测效果不太好。)

所述的食盐不含污染物，热水为可饮用水，温度需在60°以上。(温度太低，灌注到抽注井里，水温会很快降低，监测效果不太好)

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种岩溶裂隙水探测系统结构简单，仅仅需要钻设一个抽水井和几个钻孔，然后再铺设盐度传感器和温度传感器就可以完成整个探测；

本发明提供的岩溶裂隙水探测方法，是通过利用渗流理论、扩散理论以及实时传感技术实现对地下岩溶裂隙水的渗透性、流向、流速及主要导水通道的有效探测，操作简单，成本低，灵敏度高，无污染，可为探测区附近工程施工的安全进行提供有效保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

附图1是本发明中抽注井和地质钻孔布设的平面图；

附图2是本发明中抽注井和地质钻孔布设的剖面图。

图中标号：1为土层、2为水位线、3为土岩交界面、4为岩层、5为岩溶裂隙、6为盐度传感器、7为温度传感器、8为钢丝绳、9为抽注井、10为地质钻孔、11为数据线、12为数据分析仪、13为数据采集模块、14为漏斗、15为出水阀、16为热水罐车。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的针对岩溶裂隙分布及其内部水流运动情况的探测，目前，还没有提出较好的方法。本发明提出了一种岩溶裂隙水探测系统及方法，下面结合附图对本发明进行详细说明。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1、2所示，提供了一种岩溶裂隙水探测系统，包括抽注井9和地质钻孔10，在所述的抽注井9和地质钻孔10中设置有盐度传感器6和温度传感器7，所述的盐度传感器6和温度传感器7与数据分析仪12相连。

进一步的，所述的地质钻孔10包括8个，分别以抽注井9为中心，分布在抽注井的东、南、西、北、东北、东南、西北以及西南八个方位，主要是为了可以全方位的分析待探测区土层1的厚度、水位线2的深度、土岩交界面3的大致走向以及岩溶裂隙5在岩层4中的垂直分布情况。

进一步的，所述的盐度传感器6设置有一个，所述的温度传感器设置有多个，且多个温度传感器沿着抽注井和地质钻孔的中心线在竖直方向间隔设置。

进一步的，所述的盐度传感器6和温度传感器7布设在抽注井和地质钻孔揭露的岩溶裂隙带处，且各个盐度传感器6的布设深度应一致，主要是为了准确检测各个抽注井和地质钻孔同一位置处的含水盐度。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种岩溶裂隙水探测方法，包括以下步骤：

(1)打孔

首先，在待探测区中心采用旋挖钻打一口直径约0.8～1.0m的抽注井9，抽注井9的深度为入岩10～20m；其次，以抽注井9为中心，10～30m距离为半径，在其东、南、西、北、东北、东南、西北以及西南八个方位采用地质钻机分别打八个直径约100～120mm的地质钻孔10，地质钻孔10的深度为入岩10～20m；再次，根据抽注井9及地质钻孔10取出的岩芯地质情况，分析待探测区土层1的厚度、水位线2的深度、土岩交界面3的大致走向以及岩溶裂隙5在岩层4中的垂直分布情况；最后，根据分析结果，绘制待探测区附近的地质剖面图。

(2)抽水信息采集

采用流量为50～100m³/h的抽水泵在所打抽注井9中抽水，记录好抽水时间t、抽水量Q以及抽注井9和各地质钻孔10的水位变化△h，据此来计算分析岩溶裂隙水的渗透性。

(3)仪器连接及初值测定

根据抽注井9和各地质钻孔10揭露的岩溶裂隙5分别布设盐度传感器6和温度传感器7，盐度传感器6和温度传感器7通过绑扎在底部焊有铁块的钢丝绳8吊入抽注井9和各地质钻孔10中，盐度传感器6在抽注井9和各地质钻孔10中各布设一个，温度传感器7在抽注井9和各地质钻孔10中各布设多个，盐度传感器6和温度传感器7均需布设在抽注井9和地质钻孔10揭露的岩溶裂隙带5处，且盐度传感器6的布设深度应一致,温度传感器7布设间距应在2～4m，待所有盐度传感器6和温度传感器7布设好后，将盐度传感器6和温度传感器7经数据采集系统的采集模块13接入电脑12，进而采集岩溶裂隙水的初始盐度及水温。

(4)示踪信息采集

首先在所打抽注井中放入一小袋不含污染物的食盐，然后通过盐度传感器6实时采集各孔岩溶裂隙水的盐度变化，待有部分盐度传感器6采集的值有明显变化(这里的明显变化可从数据分析仪展示的盐度变化曲线直观看出)时停止盐度采集，而后开启预先准备好的热水罐车16的出水阀15，将热水罐车16中的热水经漏斗14注到抽注井9中，然后再通过温度传感器7实时采集各孔岩溶裂隙水的温度变化，直到有部分温度传感器7采集的值有明显增高(这里的明显变化可从数据分析仪展示的温度变化曲线直观看出)且开始呈现逐渐下降趋势时再停止采集。

(5)信息分析

根据抽注井9和各地质钻孔10揭露的岩溶裂隙5的情况、抽注井9的抽水情况以及盐度传感器6和温度传感器7监测到的岩溶裂隙水盐度和水温实时变化情况来分析岩溶裂隙水的渗透性、流向、流速以及主要导水通道，进而绘制待探测区附近岩溶裂隙水的分布特征图。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明通过利用渗流理论、扩散理论以及实时传感技术实现对地下岩溶裂隙水的有效探测，操作简单，成本低，灵敏度高，无污染，可为探测区附近工程施工的安全进行提供有效保证，具有广泛的实用性。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明并不局限于此，凡利用此方式对本发明进行非实质性的改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩溶裂隙水探测系统，其特征在于，包括抽注井和地质钻孔，在所述的抽注井和地质钻孔中设置有盐度传感器和温度传感器，所述的盐度传感器和温度传感器与数据分析仪相连。

2.如权利要求1所述的岩溶裂隙水探测系统，其特征在于，所述的地质钻孔包括8个，分别以抽注井为中心，分布在抽注井的东、南、西、北、东北、东南、西北以及西南八个方位。

3.如权利要求1所述的岩溶裂隙水探测系统，其特征在于，所述的盐度传感器设置有一个，所述的温度传感器设置有多个，且多个传感器沿着抽注井和地质钻孔的中心线在竖直方向间隔设置。

4.如权利要求1所述的岩溶裂隙水探测系统，其特征在于，所述的盐度传感器和温度传感器布设在抽注井和地质钻孔揭露的岩溶裂隙带处，且各个盐度传感器的布设深度应一致。

5.一种岩溶裂隙水探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1在待探测区中心钻打一口抽注井，在抽注井的外圈钻打多个地质钻孔；分析抽注井及地质钻孔取出的岩芯地质情况；绘制待探测区附近的地质剖面图；

步骤2采用抽水泵在所打抽注井中抽水，同时记录抽水时间、抽水量以及抽注井和各地质钻孔的水位变化，据此来分析岩溶裂隙水的渗透性；

步骤3根据抽注井和各地质钻孔揭露的岩溶裂隙分别布设盐度传感器和温度传感器；且将各个传感器与数据分析仪相连，采集岩溶裂隙水的初始盐度及水温；

步骤4示踪信息采集

首先在抽注井中放入一小袋食盐，然后通过盐度传感器实时采集各孔岩溶裂隙水的盐度变化，待有部分盐度传感器采集的值有明显变化时停止盐度采集，而后将热水注到抽注井中；然后再通过温度传感器实时采集各孔岩溶裂隙水的温度变化，直到有部分温度传感器采集的值有明显增高且开始呈现逐渐下降趋势时再停止采集；

步骤5根据抽注井和各地质钻孔揭露的岩溶裂隙情况、抽注井的抽水情况以及盐度传感器和温度传感器监测到的岩溶裂隙水盐度和水温实时变化情况来分析岩溶裂隙水的渗透性、流向、流速以及主要导水通道。

6.如权利要求5所述的岩溶裂隙水探测方法，其特征在于，所述的盐度传感器和温度传感器布设在抽注井和地质钻孔揭露的岩溶裂隙带处，且盐度传感器的布设深度应一致。

7.如权利要求5所述的岩溶裂隙水探测方法，其特征在于，所述的地质钻孔包括8个，分别以抽注井为中心，分布在抽注井的东、南、西、北、东北、东南、西北以及西南八个方位。

8.如权利要求5所述的岩溶裂隙水探测方法，其特征在于，所述的盐度传感器在抽注井和各地质钻孔中各布设一个，温度传感器在抽注井和各地质钻孔中各布设多个。

9.如权利要求8所述的岩溶裂隙水探测方法，其特征在于，所述的多个温度传感器沿抽注井和各地质钻孔的中线方向竖直设置，温度传感器布设间距应在2～4m。

10.如权利要求5所述的岩溶裂隙水探测方法，其特征在于，所述的抽注井直径至少在0.8～1.0m，深度为入岩10～20m；地质钻孔直径至少在100～120mm，深度为入岩10～20m；所述的地质钻孔到抽注井之间的距离在10～30m。