CN109470621A - 一种用于岩层渗透率的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩层渗透率的测量装置，属于地质勘探技术领域，包括安装在钻孔内的水泵和液位计，水泵的出水口连接有抽水管，抽水管上端连接有排水管和支撑架，排水管上安装有流量计，支撑架与水泵之间连接有吊绳，液位计的电线上端连接在支撑架上，水泵的电缆捆扎在抽水管的管壁上，水泵与抽水管之间连接有连接管，连接管下端与水泵的出水口连接，连接管上端通过连接头与抽水管连接，连接管上连接有上挡块和下挡块，连接管上开设有排水孔，连接管外部于上挡块与下挡块之间套有浮筒，连接管外壁与浮筒内壁之间具有一定的间隙。本发明能够自动调节水泵排出积水的流量，操作简单，能够较为准确地测量岩层的渗透率。

Description

一种用于岩层渗透率的测量装置

技术领域

本发明属于地质勘探技术领域，具体涉及一种用于岩层渗透率的测量装置。

背景技术

“地质勘探”即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动。是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。在地质勘探钻孔时，地下水会通过钻孔内壁渗透到钻孔内，则需要测量渗透率。

测量时，由于钻孔内积水的深度不同时，岩层的渗透水的流量不同，所以需要测量积水深度在钻孔内的1/3深度、2/3深度和底部三个位置时对应的渗透率，以此来综合评价岩层的渗透率，因此需要先后三次通过调节水泵功率而调节水泵的流量，使水泵排出的流量等于对应水位时孔壁渗透水的流量。 但是，由于测量时间较长，如果水泵不在额定功率下工作，长时间使用后很容易损坏水泵，减少使用寿命，所以现有技术中采取的方式是，在抽水管上连接一个三通接头，三通接头位于地面之上，三通接头再接一根回水管，回水管插入钻孔底部。当水泵工作时，抽水管内的一部分水通过三通接头和回水管回到钻孔内，施工人员在地面上通过三次调节三通接头的流量，让水泵排出的流量等于孔壁渗透水的流量，从而使钻孔内的液位在三个位置达到平衡，通过流量计测得的流量计算三个不同液位时岩层的渗透率，再综合三个渗透率的值即可计算该岩层的渗透率。

但是上述方式存在一些难点，首先需要将三通接头调节到合适的流量，这对于施工人员来说非常困难，因为如果三通接头的流量太大，使得水泵排出的流量小于孔壁渗透水的流量，则钻孔中的水位只会下降一小段深度就达到平衡水位，而不能在规定的深度位置达到平衡水位，无法测量渗透率；如果三通接头的流量太小，使得水泵排出的流量大于孔壁渗透水的流量，则钻孔内的积水会被抽干，也不能测量渗透率。其次由于回水管通常为软管，难以顺利的插入较小的钻孔中，而是仅放在钻孔的入口附近，使水流沿钻孔壁向下流动，由于水流到水面需要一定的时间，从而使得调节三通流量的人难以准确把握这个时间延迟而带来较多失误，所以这种方式导致施工人员操作非常困难，测量的准确性很低。

发明内容

本发明目的是：旨在提供一种用于岩层渗透率的测量装置，以自动调节水泵排出钻孔积水的流量，较为准确地测量岩层的渗透率。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于岩层渗透率的测量装置，包括安装在钻孔内的水泵和液位计，所述水泵的出水口连接有抽水管，所述抽水管上端连接有排水管和支撑架，所述排水管上安装有流量计，所述支撑架与水泵之间连接有吊绳，所述吊绳上端连接在支撑架上，所述吊绳下端连接在水泵的吊绳孔上，所述液位计的电线上端连接在支撑架上，所述水泵的电缆捆扎在抽水管的管壁上，所述水泵与抽水管之间连接有连接管，所述连接管下端与水泵的出水口连接，所述连接管上端通过连接头与抽水管连接，所述连接管上连接有上挡块和下挡块，所述连接管上于上挡块与下挡块之间开设有排水孔，所述连接管外部于上挡块与下挡块之间套有浮筒，所述连接管外壁与浮筒内壁之间具有一定的间隙。

在每一个位置进行测量时，水泵将钻孔内的积水通过抽水管向外排出，流量计测得的排水流量大于岩层渗水的流量，钻孔内的积水会逐渐减少，当积水的液位下降到浮筒上部露出水面时，浮筒下降，排水孔露出水面，连接管内的部分积水通过露出水面的部分排水孔返回钻孔内，当流量计测得的排水流量等于岩层渗水的流量，液位达到稳定状态时，读取流量计的读数，即可计算求得该平衡液位时岩层的渗透率。

进一步限定，所述上挡块和下挡块的外径大于浮筒的外径。在将水泵放入钻孔底部时，由于上挡块和下挡块的外径大于浮筒的外径，可以防止浮筒碰刮到钻孔内壁而将浮筒损坏。

进一步限定，所述排水孔为圆孔结构，所述连接管上沿圆周方向开设有至少四列排水孔，所述浮筒的长度大于最上端排水孔到最下端排水孔之间的距离。排水孔的数量越多，在调节积水通过排水孔的流量时，调节的灵敏度越高，使测得的岩层渗透率越准确。

进一步限定，所述排水孔为长条形结构，所述连接管上沿圆周方向开设有至少四个排水孔，所述浮筒的长度大于排水孔的长度。这样能够对积水通过排水孔的流量进行连续调节，提高调节的灵敏度越高，使测得的岩层渗透率越准确。

进一步限定，所述上挡块上沿圆周方向均匀设置有四个喷水孔，所述喷水孔内侧开口与连接管连通，所述喷水孔外侧开口朝下。在测量时，如果钻孔内壁掉落的泥土等将浮筒与钻孔内壁之间的缝隙堵塞，喷水孔内喷出的水能够将泥土等冲洗掉，尽量防止堵塞。

进一步限定，所述连接管的表面设置有耐磨涂层，所述耐磨涂层为纳米陶瓷涂层。这样能够提高连接管的耐磨性，防止连接管磨损较快。

进一步限定，所述连接管的表面设置有自润滑涂层，所述自润滑涂层为石墨涂层。石墨具有一定的润滑性能，所以石墨涂层还能提高连接管的润滑性，不仅能减小连接管的磨损，也利于浮筒在连接管上滑动。

进一步限定，所述支撑架上安装有定滑轮，所述吊绳连接在定滑轮上。当需要调节水泵的高度时，定滑轮便于拉动吊绳，操作方便。

进一步限定，所述浮筒外部设置有气囊。通过预先对气囊充气或者放气，能够调节气囊的体积，改变浮筒浮力的大小，从而适应不同深度的钻孔的使用。

本发明与现有技术相比，使用连接管代替现有技术中的三通管，能够自动调节水泵排出钻孔积水的流量，而无需人为调节，不仅操作简单，而且测量结果更加准确。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大结构示意图；

图3为图2中B处的局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例二的局部结构示意图；

主要元件符号说明如下：

水泵1、抽水管2、排水管3、支撑架4、流量计5、吊绳6、电缆7、连接管8、连接头81、上挡块82、喷水孔821、下挡块83、排水孔84、浮筒85。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例一

如图1到图3所示，本发明的一种用于岩层渗透率的测量装置，包括安装在钻孔内的水泵1和液位计，水泵1的出水口连接有抽水管2，抽水管2为软管结构，抽水管2上端连接有排水管3和支撑架4，支撑架4支撑在地面上，用于支撑抽水管2和水泵1，排水管3上安装有流量计5，支撑架4与水泵1之间连接有吊绳6，吊绳6下端连接在水泵1的吊绳孔上，水泵1通过吊绳6悬挂在支撑架4上，液位计的电线上端连接在支撑架4上，水泵1的电缆7捆扎在抽水管2的管壁上，上述结构均为本技术领域的常规技术手段，本发明与现有技术的不同之处在于，为了方便调节水泵1的高度，本实施例中，在吊绳6上端绕在定滑轮上，定滑轮安装在支撑架4上。在水泵1与抽水管2之间连接有连接管8，连接管8下端与水泵1的出水口连接，连接管8上端通过连接头81与抽水管2连接，连接头81的结构类似于消防水管接头，将连接头81与抽水管2下端的接头相对转动，即可进行连接，连接管8上连接有上挡块82和下挡块83，连接管8外部于上挡块82与下挡块83之间套有浮筒85，在钻孔内液位较高时，浮筒85在浮力的作用下上升，上挡块82用于挡住浮筒85，对浮筒85起到限位的作用。连接管8外壁与浮筒85内壁之间具有一定的间隙，这样能够防止连接管8与浮筒85之间的摩擦力过大而导致浮筒85无法上浮。在水泵1工作过程中，该间隙排出的积水的流量较小，对测量结果的影响较小，可忽略不计。

在本实施例中，上挡块82和下挡块83的外径大于浮筒85的外径，在将水泵1放入钻孔底部时，由于上挡块82和下挡块83的外径大于浮筒85的外径，可以防止浮筒85碰刮到钻孔内壁而将浮筒85损坏。

连接管8上于上挡块82与下挡块83之间开设有排水孔84，在本实施例中，排水孔84为圆孔结构，连接管8上沿圆周方向开设有四列排水孔84，实际上，排水孔84的数量越多，在调节积水通过排水孔84的流量时，调节的灵敏度越高，使测得的岩层渗透率越准确，所以排水孔84的数量可以根据具体情况而定；为了使浮筒85能够完全将排水孔84封闭，浮筒85的长度大于最上端排水孔84到最下端排水孔84之间的距离。

在钻孔完成后，需要先进行安装，首先根据经验选择合适功率的水泵1，然后将连接管8的下端与水泵1的出水口连接，然后再通过连接头81将抽水管2连接在连接管8的上端，然后将水泵1、连接管8和抽水管2逐渐放入钻孔底部，同时将电缆7捆扎在抽水管2的管壁上，当水泵1到达钻孔底部合适位置后，将抽水管2上端连接在支撑架4上，然后将液位计放入钻孔底部合适位置，需要说明的是，由于液位平衡的位置位于多个排水孔84之间的某一位置，所以为了使液位计淹没在水中，需要将液位计放入排水孔84以下的位置，这一位置可根据钻孔深度以及水泵1、连接管8和抽水管2的长度求得，并将液位计的电线上端连接在支撑架4上，然后再在抽水管2上端连接排水管3，并在排水管3上安装流量计5。

初始状态时，钻孔内的积水液位较高，水泵1和连接管8完全淹没在积水中，浮筒85在积水的浮力作用下上浮，紧靠住上挡块82，浮筒85将所有排水孔84封闭。

安装完成后，需要先测试水泵1的功率是否合适。检测时，启动水泵1，水泵1将钻孔内的积水通过抽水管2向外排出，虽然连接管8外壁与浮筒85内壁之间具有一定的间隙，但该间隙较小，从间隙中排出的水量对整个测量的结构影响很小，几乎可以忽略；假设流量计5测得的排水流量为Q1，岩层渗水的流量为Q2，如果钻孔内的液位下降一小段后维持不变，则说明Q1＜Q2，此水泵1的功率较小，无法达到测量要求，则需要更换功率稍大的水泵1。

逐渐选择功率依次增大的水泵1进行测试，直到钻孔内的积水逐渐下降到钻孔底部时，则说明Q1＞Q2，水泵1的功率满足测量的要求。需要说明的是，如果初始选择水泵1测试时，钻孔内的积水逐渐减少并且最终下降到钻孔底部，说明该水泵1的功率符合要求，不需要更换水泵1。另外，最好不要一开始就选择功率很大的水泵1，因为可能会因为功率过大，导致即使排水孔84全部进行排水时，钻孔内的积水依然减少，而无法测量岩层的渗透率，遇到此种情况，除了更换功率较小的水泵1，也可以适当的降低水泵1的功率。

在选择到合适功率的水泵1之后，开始进行第一次液位平衡时，岩层渗透率的测量，测量时，水泵1将钻孔内的积水通过抽水管2向外排出，当积水的液位下降到浮筒85上部露出水面时，浮筒85下降，部分排水孔84露出水面，连接管8内的部分积水通过露出水面的部分排水孔84返回钻孔内，设返回钻孔内的积水的流量为Q3；随着积水液位的逐渐降低，Q3逐渐增大，Q1逐渐减小，当Q1减小到Q1=Q2时，液位达到稳定状态（即使液位达到稳定状态的液位以下，由于此时Q3+Q2＞Q1，所以液位最终还是会达到稳定状态），读取流量计5的读数，即可计算求得该平衡液位时岩层的渗透率。通过流量计5的读数计算岩层渗透率的计算过程为本领域的常规技术手段，此处不再赘述。

由于液位处于不同平衡位置时，岩层的渗透水流量不同，所以需要测试三个不同平衡液位时岩层的渗透率。在第一个液位平衡的位置测量完成后，需要进行另外两个液位平衡位置时渗透率的测量。

首先将抽水管2向上提升，使水泵1上升到钻孔深度的2/3的位置，关闭水泵1，待液位恢复到初始位置时，启动水泵1，使液位重新达到平衡位置，读取此时流量计5的读数，计算求得岩层在此液位时的渗透率；再将抽水管2向上提升，使水泵1上升到钻孔深度的1/3的位置，关闭水泵1，待液位恢复到初始位置时，启动水泵1，使液位重新达到平衡位置，读取此时流量计5的读数，计算求得岩层在此液位时的渗透率；综合三个平衡液位时的渗透率，即可得到该岩层的渗透率。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，排水孔84为长条形结构，连接管8上沿圆周方向开设有四个排水孔84，实际上，排水孔84的数量可以根据具体情况而定；为了使浮筒85能够完全将排水孔84封闭，浮筒85的长度大于排水孔84的长度。长条形的排水孔84能够对积水通过排水孔84的流量进行连续调节，提高调节的灵敏度越高，使测得的岩层渗透率越准确。

在上述实施例中，可在连接管8的表面设置材料为纳米陶瓷的耐磨涂层，这样能够提高连接管8的耐磨性，防止连接管8磨损较快，也可在连接管8的表面设置材料为石墨的自润滑涂层，石墨具有一定的润滑性能，所以石墨涂层还能提高连接管8的润滑性，不仅能减小连接管8的磨损，也利于浮筒85在连接管8上滑动。

另外，浮筒85外部设置有气囊。在实际应用中，由于各种钻孔的深度不同，所以需要用到不同规格的水泵1，工作时，液位在不同深度时，连接管8内的水压不同，导致从露出液面的排水孔84喷出的水压也不同，喷出的水对浮筒85有向下的作用力，将浮筒85向下推，通过预先对气囊充气或者放气，能够调节气囊的体积，从而调节浮筒85的浮力大小，以此来抵消喷出的水对浮筒85向下的推力，从而适应不同深度的钻孔的使用。

以上对本发明提供的一种用于岩层渗透率的测量装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于岩层渗透率的测量装置，包括安装在钻孔内的水泵（1）和液位计，所述水泵（1）的出水口连接有抽水管（2），所述抽水管（2）上端连接有排水管（3）和支撑架（4），所述排水管（3）上安装有流量计（5），所述支撑架（4）与水泵（1）之间连接有吊绳（6），所述吊绳（6）上端连接在支撑架（4）上，所述吊绳（6）下端连接在水泵（1）的吊绳孔上，所述液位计的电线上端连接在支撑架（4）上，所述水泵（1）的电缆（7）捆扎在抽水管（2）的管壁上，其特征在于：所述水泵（1）与抽水管（2）之间连接有连接管（8），所述连接管（8）下端与水泵（1）的出水口连接，所述连接管（8）上端通过连接头（81）与抽水管（2）连接，所述连接管（8）上连接有上挡块（82）和下挡块（83），所述连接管（8）上于上挡块（82）与下挡块（83）之间开设有排水孔（84），所述连接管（8）外部于上挡块（82）与下挡块（83）之间套有浮筒（85），所述连接管（8）的外壁与浮筒（85）的内壁之间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述上挡块（82）和下挡块（83）的外径大于浮筒（85）的外径。

3.根据权利要求1所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述排水孔（84）为圆孔结构，所述连接管（8）上沿圆周方向开设有至少四列排水孔（84），所述浮筒（85）的长度大于最上端排水孔（84）到最下端排水孔（84）之间的距离。

4.根据权利要求1所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述排水孔（84）为长条形结构，所述连接管（8）上沿圆周方向开设有至少四个排水孔（84），所述浮筒（85）的长度大于排水孔（84）的长度。

5.根据权利要求1所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述喷水孔（821）内侧开口与连接管（8）连通，所述喷水孔（821）外侧开口朝下。

6.根据权利要求5所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述上挡块（82）上沿圆周方向均匀设置有四个喷水孔（821）。

7.根据权利要求1所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述浮筒（85）外部设置有气囊。

8.根据权利要求1到7所述的一种用于岩层渗透率的测量装置，其特征在于：所述支撑架（4）上安装有定滑轮，所述吊绳（6）连接在定滑轮上。