CN110700819B - 一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，包括供水设备、止水设备、打压设备，其中供水设备包括恒压水泵、进水管、导水管和花管；止水设备包括上栓塞与下栓塞；花管侧壁均匀间隔固定设置有至少3个声波收发器，以实现声波检测；打压设备包括打压管，通过导水管注水，水通过花管进入试验段，以实现压水试验。巧妙利用声波检测与压水试验均需要进行注水的特性，将声波测试所用的声波收发器，设置于花管侧壁；在对试验段注水后，即可通过对各声波收发器进行声波收发控制，实现声波检测；同时，通过测量试验段长度、孔内半径以及试验段水量等参数，即可计算出透水率或渗透系数；操作方便，提高了工作效率。

Description

一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置
技术领域
本发明涉及地质勘察技术领域，尤其涉及一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置。
背景技术
目前，为评价岩体渗透特性、完整性提供基本资料，需要对岩体进行钻孔，并对钻孔进行声波检测与压水试验，而钻孔声波检测通常是将装有声波收发器的探头放入气囊或者水带中，将气囊或者水带下沉到钻孔待测深度，对气囊或者水带注水加压，使之与孔壁密封接触，地面(超)声波控制仪控制声波发射器发射(超)声波，波动通过水、岩体传输到声波接收器，利用收发时间差以及声波传输距离，就可得到岩体的声波波速。进而可测得岩体特性。而为了测定岩体渗透系数，需要钻孔后进行压水试验，通常采用分段注水的方法来检测评定。声波检测与压水试验是地质勘察领域常用的两种测试手段，需要通过两套独立的设备进行检测，工作量大，如何利用一套设备，在无水钻孔中进行声波检测的同时，实现压水试验，将极大降低钻孔测试工作量，提供工作效率。
发明内容
本发明提供的一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，主要解决的技术问题是：如何利用一套设备，在进行声波检测的同时，实现压水试验，以降低工作量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，包括：供水设备、止水设备、打压设备，其中供水设备包括恒压水泵、进水管、导水管和花管，所述进水管通过所述恒压水泵与所述导水管、所述花管连接；
所述止水设备包括上栓塞与下栓塞，所述上栓塞与所述下栓塞规格相同，且均为空心圆柱体，且空心部分的直径与所述导水管的外径相同，所述导水管从所述上栓塞与所述下栓塞的空心部分穿出，且所述花管设置于所述上栓塞与所述下栓塞之间，所述花管底部密封不透水；
所述花管侧壁均匀间隔固定设置有至少3个声波收发器，以实现声波检测；
所述打压设备包括打压管，通过打压管对所述上栓塞与所述下栓塞进行打压，使所述上栓塞、所述下栓塞与孔壁、所述导水管侧壁形成紧密接触不漏水，使在所述上栓塞与所述下栓塞之间形成试验段，通过所述导水管注水，水通过所述花管进入所述试验段，以实现压水试验。
可选的，所述导水管上设置有与钻杆可拆卸连接的连接件。
可选的，所述连接件包括设置于所述导水管上且直径与钻杆孔径相匹配的圆环，该圆环侧壁设置有螺纹结构。
可选的，所述上栓塞、所述下栓塞均为膨胀式橡胶栓塞。
可选的，所述进水管、所述导水管、所述打压管均为高压管，所述花管采用非金属材质。
可选的，所述导水管与所述打压管通过卡箍固定在一起。
可选的，所述上栓塞设置有与承重绳连接的连接部。
可选的，所述导水管上设置有第一压力表。
可选的，所述打压管上设置有第二压力表。
可选的，所述导水管上设置有流量计，用于检测注入量。
本发明的有益效果是：
根据本发明提供的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，包括供水设备、止水设备、打压设备，其中供水设备包括恒压水泵、进水管、导水管和花管，进水管通过恒压水泵与导水管、花管连接；止水设备包括上栓塞与下栓塞，上栓塞与下栓塞规格相同，且均为空心圆柱体，且空心部分的直径与导水管的外径相同，导水管从上栓塞与下栓塞的空心部分穿出，且花管设置于上栓塞与下栓塞之间，花管底部密封不透水；花管侧壁均匀间隔固定设置有至少3个声波收发器，以实现声波检测；打压设备包括打压管，通过打压管对上栓塞与下栓塞进行打压，使上栓塞、下栓塞与孔壁、导水管侧壁形成紧密接触漏水，使在上栓塞与下栓塞之间形成试验段，通过导水管注水，水通过花管进入试验段，以实现压水试验。巧妙利用声波检测与压水试验均需要进行注水的特性，将声波测试所用的声波收发器，设置于花管侧壁；在对试验段注水后，即可通过对各声波收发器进行声波收发控制，实现声波检测；同时，通过测量试验段长度、孔内半径以及试验段水量等参数，即可计算出透水率或渗透系数；同时实现声波检测与压水试验，有利于降低工作量，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例一的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置结构示意图；
图2为本发明实施例一的声波收发器设置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
请参见图1，图1为本实施例提供的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置结构示意图，该一体化装置包括供水设备、止水设备、打压设备，其中供水设备包括恒压水泵1、进水管2、导水管3和花管4，其中进水管2通过恒压水泵1与导水管3、花管4连接。
进水管2、导水管3为高压管，以满足压水试验时的压力要求。花管为非金属管，可以是塑料管，包括PE管。若采用金属花管，则可能出现声波沿花管直达声波接收器，不能有效检测声波折射到岩壁。
水通过导水管3、花管4，从花管4的注水孔引出，对试验段注水。
止水设备包括上栓塞5与下栓塞6，其中上栓塞5与下栓塞6规格相同，且均为空心圆柱体，且空心部分的直径与导水管3的外径相同，导水管3可从上栓塞5与下栓塞6的空心部分穿出，且花管4设置于上栓塞5与下栓塞6之间，花管4底部密封不透水。
可选的，上栓塞5、下栓塞6均为膨胀式橡胶栓塞。其中，膨胀式橡胶栓塞具体可以是加压式、也可以是加水式。
花管4侧壁均匀间隔固定设置有至少3个声波收发器7；控制电路8与各声波收发器7电连接，以实现声波检测。应当理解，控制电路8通过上栓塞5，应当保证上栓塞5的密封性，在制作时可将控制电路8与栓塞一体化制作，在上栓塞5的上下表面与控制电路8接触位置，设置密封圈等密封结构件，保证试验段密封不漏水。
声波控制仪通过控制电路8，向各声波收发器7发送控制指令，以控制相应声波收发器7发射(超)声波信号或接收(超)声波信号；请参见图2，花管4从上到下依次均匀间隔设置有3个声波收发器，假设第一个与第二个声波收发器之间间隔为S1，第二个与第三个声波收发器之间间隔为S2，且S1＝S2；在试验段注水后，声波控制仪可以发送以控制指令，控制第一个声波收发器发射(超)声波信号，第二个以及第三个声波收发器接收(超)声波信号，利用第二个声波收发器与第三个声波收发器之间的接收时间差t3-t2，以及间隔距离S2，即可计算得到S2段对应岩体的声波速率S2/(t3-t2)。
然后，声波控制仪触发另一控制指令，以控制第三个声波收发器发射(超)声波信号，第一个以及第二个声波收发器接收(超)声波信号，利用第一个声波收发器与第二个声波收发器之间的接收时间差t1-t2’，以及间隔距离S1，即可计算得到S1段对应岩体的声波速率S1/(t1-t2’)。实现多发多收。试验段的声波速率可以取均值1/2S2/(t3-t2)+1/2S1/(t1-t2’)。
应当理解，若花管4上设置有4个及以上的声波收发器，同样可以采用上述方式处理。例如，花管4上设置有4个声波收发器，假设第一个与第二个声波收发器之间间隔为S1，第二个与第三个声波收发器之间间隔为S2，第三个与第四个声波收发器之间间隔为S3；首先第一个声波收发器发射(超)声波信号，第二个、第三个、第四个声波收发器接收，时间分别为t2、t3、t4，利用第二个声波收发器与第三个声波收发器之间的接收时间差t3-t2，以及间隔距离S2，即可计算得到S2段对应岩体的声波速率S2/(t3-t2)；利用第三个声波收发器与第四个声波收发器之间的接收时间差t4-t3，以及间隔距离S3，即可计算得到S3段对应岩体的声波速率S3/(t4-t3)；然后通过第四个声波收发器发射(超)声波信号，第一个、第二个、第三个声波收发器接收，即可计算得到S1段、S2段对应岩体的声波速率，在此不再赘述。
打压设备包括打压管9，通过打压管9对上栓塞5与下栓塞6进行打压，具体可以是加压或者加水，使上栓塞5、下栓塞6与孔壁、导水管3侧壁形成紧密接触，使在上栓塞5与下栓塞6之间形成压水试验段，从而有效的防止了试验段的渗漏水，提高了检测数据的真实性和准确性；通过导水管3注水，水通过花管4的注水孔进入试验段，以实现压水试验。
可选的，导水管3与打压管9通过卡箍10固定在一起。
可选的，上栓塞5设置有与承重绳11连接的连接部12。
可选的，导水管3上还设置有第一压力表13，用于检测并显示试验段的注水压力。
可选的，打压管9上设置有第二压力表14，用于检测并显示栓塞膨胀压力。打压管9为高压管。
可选的，导水管3上设置有流量计15，用于检测注入量。
在测试过程中，为了便于对一体化装置提升、下沉，避免通过使用承重绳11导致提升、下沉操作不便的问题，另外承重绳11对钻孔深度以及承重能力有限，导水管3上设置有与钻杆可拆卸连接的连接件16，利用钻杆来提升、下沉该一体化装置。其中连接件16包括固定设置于导水管2侧壁，且直径与钻杆孔径相匹配的圆环，该圆环侧壁设置有螺纹结构。
在无水钻孔中，按需要该一体化装置可以单独进行声波检测，或单独进行压水试验，也可以同时解决声波与压水问题。
应当理解，本实施例提供的一体化装置完全也可以适用于注水试验。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，包括供水设备、止水设备、打压设备，其中供水设备包括恒压水泵、进水管、导水管和花管，所述进水管通过所述恒压水泵与所述导水管、所述花管连接；所述止水设备包括上栓塞与下栓塞，所述上栓塞与所述下栓塞规格相同，且均为空心圆柱体，且空心部分的直径与所述导水管的外径相同，所述导水管从所述上栓塞与所述下栓塞的空心部分穿出，且所述花管设置于所述上栓塞与所述下栓塞之间，所述花管底部密封不透水；所述花管侧壁均匀间隔固定设置有3或4个声波收发器以实现声波检测，其中，当花管侧壁均匀间隔固定设置3个声波收发器以实现声波检测时，花管从上到下依次均匀间隔设置有3个声波收发器，假设第一个与第二个声波收发器之间间隔为S1，第二个与第三个声波收发器之间间隔为S2，且S1＝S2；在试验段注水后，声波控制仪发送以控制指令，控制第一个声波收发器发射声波信号，第二个以及第三个声波收发器接收声波信号，利用第二个声波收发器与第三个声波收发器之间的接收时间差t3-t2，以及间隔距离S2，计算得到S2段对应岩体的声波速率S2/(t3-t2)；然后，声波控制仪触发另一控制指令，以控制第三个声波收发器发射声波信号，第一个以及第二个声波收发器接收声波信号，利用第一个声波收发器与第二个声波收发器之间的接收时间差t1-t2’，以及间隔距离S1，计算得到S1段对应岩体的声波速率S1/(t1-t2’)，试验段的声波速率取均值1/2S2/(t3-t2)+1/2S1/(t1-t2’)；当花管侧壁均匀间隔固定设置4个声波收发器以实现声波检测时，花管上设置有4个声波收发器，假设第一个与第二个声波收发器之间间隔为S1，第二个与第三个声波收发器之间间隔为S2，第三个与第四个声波收发器之间间隔为S3，首先第一个声波收发器发射声波信号，第二个、第三个、第四个声波收发器接收，时间分别为t2、t3、t4，利用第二个声波收发器与第三个声波收发器之间的接收时间差t3-t2，以及间隔距离S2，计算得到S2段对应岩体的声波速率S2/(t3-t2)，利用第三个声波收发器与第四个声波收发器之间的接收时间差t4-t3，以及间隔距离S3，计算得到S3段对应岩体的声波速率S3/(t4-t3)，然后通过第四个声波收发器发射(超)声波信号，第一个、第二个、第三个声波收发器接收，计算得到S1段、S2段对应岩体的声波速率；所述打压设备包括打压管，通过打压管对所述上栓塞与所述下栓塞进行打压，使所述上栓塞、所述下栓塞与孔壁、所述导水管侧壁形成紧密接触不漏水，使在所述上栓塞与所述下栓塞之间形成试验段，通过所述导水管注水，水通过所述花管进入所述试验段，以实现压水试验。
2.如权利要求1所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述导水管上设置有与钻杆可拆卸连接的连接件。
3.如权利要求2所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述连接件包括设置于所述导水管上，且直径与钻杆孔径相匹配的圆环，该圆环侧壁设置有螺纹结构。
4.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述上栓塞、所述下栓塞均为膨胀式橡胶栓塞。
5.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述进水管、所述导水管、所述打压管均为高压管，所述花管为非金属材质。
6.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述导水管与所述打压管通过卡箍固定在一起。
7.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述上栓塞设置有与承重绳连接的连接部。
8.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述导水管上设置有第一压力表。
9.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述打压管上设置有第二压力表。
10.如权利要求1-3任一项所述的无水钻孔声波检测与压水试验一体化装置，其特征在于，所述导水管上设置有流量计，用于检测注入量。
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