CN114994272B - 一种地下水插接式复合监测井 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水插接式复合监测井，属于地下水监测井领域，监测井主要由多段复合监测井段经双向插头群插接构成，每段复合监测井段又包括多根标准井管、监测位井管和过滤结构，监测管数量可突破常规数量限制，进而可更精细监测复杂含水层；本发明采用预制化、模块化和标准化设计，减少了现场工作量，便于更换损坏件，可重复回收利用，节约了总体的建造和管理成本；同时在不过多增加成本的情况下，完善了监测井分层监测效果的设计，集成了电极监测和传感器监测的功能，大大增加了监测井的应用范围，提高了数据的获取量，为高精度3D监测复杂含水层提供数据支撑，使得总体的性价比提升。

Description

一种地下水插接式复合监测井

技术领域

本发明涉及地下水监测井领域，特别涉及一种地下水插接式复合监测井系统。

背景技术

对污染地块的地下水进行精细监测，有助于了解调查污染地块地下水污染状况、监控修复过程和评价修复效果，因此国内外对地下水分层监测的需求越来越大。

目前国内地下水分层监测井以巢式监测井和连续多通道监测井较为常见，且有各自优缺点，常见的巢式监测井的监测井管多为圆形，当井管数量较多时，止水材料很难填充井管之间的空隙，各监测层位之间的地下水易通过井管之间的空隙产生水力联系，使分层监测失去了意义。

连续多通道监测井最多能监测7个层位，采用连续挤出方式挤出包含数个通道的高密度聚乙烯管，在实际施工中存在以下问题：运输安装时井管盘成环状，需提前平铺展开管道，下井时井管易弯曲变形；需现场加工安装过滤器部件和封隔器，工序繁琐；每个通道都深入最底层含水层，造成资源浪费和额外浮力困扰等现象。

国内关于多层监测井技术的创新多是基于巢式井及连续多通道监测井的改进。例如中国专利文献CN113588903A公开了一种地下水束式监测井及其成井方法，使用扇形投影的监测管拼接完成环形结构，此方法虽避免了垂直串水等问题，但最深处的监测管为异形结构，容易带来形变等问题，且该方法在复杂含水层情况下，可能需要更多异型管搭配组合成环状结构，非标准化的设计会带来施工成本增加和复杂管理等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明需要解决的问题在于克服现有技术的成本高、难度大、效率低、质量低等施工问题，并提供搭载电极、数据线等复合功能，从而提供一种新型的、标准化的地下水插接式复合监测井系统。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的监测井为包括多根复合监测井段的集束井，所述的复合监测井段由多段相同的标准监测井管上下端平齐并紧密连接形成，所述的多根复合监测井段的上端面齐平，下端面不齐平。监测井从浅层到深层，复合监测井段包含的标准监测井管数量呈减少的趋势。

当复合监测井段延伸/靠近至待监测含水层时，设置监测位井管，所述的监测位井管上端与其他标准监测井管齐平并紧密连接，下端伸入待监测含水层的顶部，所述的监测位井管内插过滤结构。复合监测井段之间使用双头插头群进行连接，双头插头群由数个双头插头进行拼接而成，所述的双头插头上下部各有一个插头用于连接标准监测井管或监测位井管，所述的双头插头数量与连接的标准监测井管的数量一致；

在所述的复合监测井段的插接处设置旋转紧固件，用以紧固所述的双头插头群和所述的复合监测井段，使得整个复合监测井能形成统一的整体，同时位于最深处的紧固件还可充当井管扶正器。

多段相同的标准监测井管可经由双头插头进行互相连接，所述的双头插头内部贯通，两端为同样的插头，用以插入至所述的标准监测井管末端内部进行固定，双头插头中间部位为正六边形柱体，其投影外边缘形状与标准监测井管投影一致，双头插头中间部也布设最多6处触点群，所述的触点群内部贯通正六边形柱体，用以对接标准监测井管和监测位井管的线缆通道。

进一步，所述的复合监测井段由1-7根等长度的标准监测井管上下端面齐平粘连侧面连接而成；所述的标准监测井管的投影形状为外正六边形内圆形，外围共有六个侧面，其正六边形可以紧密平铺，各标准监测井管之间可紧密连接成复合监测井段；所述的标准监测井管之间使用环保胶或其他方式进行连接实现紧密贴合，避免相邻的两根井管之间存在间隙进而出现垂直串水；所述的标准监测井管主体使用聚氯乙烯材料制作而成，内部可设置U形管取样器。

进一步，所述的标准监测井管均包含线缆通道，且最多包含六处线缆通道，使用共挤出或挖槽挤按定制线缆方式在标准监测井管壁内部布设线缆通道，所述的线缆通道可布设电极线、四芯数据线等。

进一步，所述的双头插头中间部设置触点群，且最多设置六处触点群，触点群沿双头插头轴线方向贯通双头插头中间部位的正六边形柱体，触点群连接上下两端标准监测井管或监测位井管的线缆通道。所述的双头插头上下部各有一个插头用于连接标准监测井管或监测位井管。

进一步，所述的过滤结构长度与含水层厚度相同；在过滤结构的底部放置传感器，侧面设置防水接头，所述的防水接头用以连接监测位井管的线缆通道和外挂传感器。整体效果为：地面站可通过线缆通道、触点群和防水接头与监测位的传感器进行供电和数据通信。

进一步，所述的双头插头中间部的投影与标准监测井管投影为同样的正六边形，双头插头利用环保胶进行无缝粘连，粘连形成的双头插头群和复合监测井段的投影形状一致，内部的双头插头和标准监测井管一一对应。

进一步，所述的过滤结构用于过滤进入监测井管内的地下水，过滤结构的结构为桶状，过滤结构的防水接头与监测位井管底部进行连接；所述的过滤结构的成分为透水陶瓷、微孔不锈钢等环保材料，或采用不锈钢筛管外包裹过滤网的形式。

进一步，所述的复合监测井的使用步骤如下：

1）、根据先期勘探数据，确定待监测含水层数量，进而确定复合监测井集束所包含的井管根数，预制各类复合监测井段；

2）、在待监测点位钻孔取芯，钻探成孔的直径比集束井管投影形状的最小外切圆的直径大5cm～10cm，即留有安装余量；

3）、根据各监测层位的起止深度，计算选取多段相同的标准监测井管，现场加工监测位井管的长度，插入过滤结构，与其余标准标准监测井管上端对齐粘连，组成完整的复合监测井段，从最底层的井管集束开始插入钻孔，依次重复进行插入复合监测井段、双头插头群、紧固件和插入钻孔，直至所有的复合监测井段安装插入完毕；

4）、进行分层填砾和止水；

5）、使用空压机对各标准监测井管依次进行震荡洗井作业，洗井顺序为由浅入深，待抽出地下水由浑浊变清澈后，则洗井完成。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

本发明的多层复合监测井由各监测井段连接而成，各监测井段无需弯折，下井时监测位井管和过滤结构不会偏离监测含水层。只需一次钻孔和下井操作便可达到分层监测多个含水层的效果，连接结构外侧使用螺旋紧固件，将各监测井段组成监测井整体插入钻孔内，也保证了使用强度和使用寿命；监测井底部为过滤结构，下井时不会产生额外浮力导致井管整体弯曲，从而保证了下井的定位准确度。

本发明的多层复合监测井中的监测井段由多根标准井管和监测位井管粘连而成，利用六边形无缝平铺的原理，无需使用粘土介质填充空隙，只需环保胶粘连即可规避各井管之间垂直串水的现象。

本发明的多层复合监测井的井壁内嵌数据线和电极线，可在不同深度放置传感器，属于复合监测井，传感器线缆垂向压力由井壁承担，传感器线缆不易损坏，同时省去了线缆的放线/收线工序和储存工序；同时由于传感器使用外挂设计，不受管内径的限制，即无需昂贵的小体积传感器；线缆通道内的线缆段使用标准的四芯线设计，可以和国内现有的监测设备、采样器具实现对接，兼容性好，损坏后方便更换。

本发明的多层复合监测井采用预制化、模块化和标准化设计，减少了现场工作量，便于更换损坏件，可重复回收利用，节约了总体的建造和管理成本，便于推广应用。同时本发明在不过多增加成本的情况下，完善了监测井分层监测效果的设计，集成了电极监测和传感器监测的功能，大大增加了监测井的应用范围，提高了数据的获取量，为高精度3D监测复杂含水层提供数据支撑，使得总体的性价比提升，使本发明有潜力成为地下水监测领域的新平台。

附图说明

图1为本发明一种地下水插接式复合监测井的立体图；

图2为各复合监测井段的立体图；

图3为各双头插头群的立体图；

图4为复合监测井管集束（左）和双头插头群（右）的俯视图；

1-复合监测井段，1-1-标准监测井管（第一标准监测井管集束），1-2-第二标准监测井管集束，1-3-第三标准监测井管集束，1-4-第四标准监测井管集束，1-5-第五标准监测井管集束，1-6-第六标准监测井管集束，1-7-第七标准监测井管集束，2-双头插头群，2-1为双头插头（第一双头插头群），2-2-第二双头插头群，2-3-第三双头插头群，2-4-第四双头插头群，2-5-第五双头插头群，2-6-第六双头插头群，2-7-第七双头插头群，3-紧固件，4-钻孔，5-监测位井管，6-过滤结构，7-防水接头，8-传感器，9-插头，10-触点群；11-线缆通道。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1~图4所示，本发明实施例提供的一种地下水插接式复合监测井，所述的监测井为包括多段复合监测井段1的集束井，所述的复合监测井在垂直方向上包括多段相同的标准监测井管1-1的集束，标准监测井管1-1的集束之间使用双头插头群2进行连接。可选的，标准井管的长度为2m。当复合监测井段延伸/靠近至待监测含水层时，设置监测位井管5，所述的监测位井管5上端与其他标准监测井管1-1齐平，下端伸入待监测含水层的顶部，所述的监测位井管5内插过滤结构6，过滤结构6长度与含水层厚度相同。

复合监测井段之间使用双头插头群2进行连接，双头插头群2（第一双头插头群2-1、第二双头插头群2-2，第三双头插头群2-3，第四双头插头群2-4，第五双头插头群2-5，第六双头插头群2-6，第七双头插头群2-7）由数个双头插头2-1进行拼接而成，所述的双头插头2-1数量与连接的标准监测井管数量一致。第一双头插头群2-1、第二双头插头群2-2，第三双头插头群2-3，第四双头插头群2-4，第五双头插头群2-5，第六双头插头群2-6，第七双头插头群2-7与标准监测井管1-1（也即第一标准监测井管集束），第二标准监测井管集束1-2，第三标准监测井管集束1-3，第四标准监测井管集束1-4，第五标准监测井管集束1-5，第六标准监测井管集束1-6，第七标准监测井管集束1-7为单个标准件组成的集束/群。

双头插头群2外部设置上下两个螺旋紧固件3，卡紧后可紧固双头插头群2和复合监测井段，使多层复合监测井可整体插入钻孔4内，保证了整体强度，进而保证了使用强度和使用寿命。

本发明中监测井的集束方式为，多根标准监测井管1-1和监测位井管5采用集束方式固定成监测井段，所述的标准监测井管和监测位井管5的水平投影为外正六边形内圆形，井管之间使用环保胶或其他方式进行连接可紧密贴合，避免了相邻的两根井管之间存在间隙进而出现垂直串水。然后通过插接方式与双头插头群2和紧固件3组成整体的分层监测井，共同插入至钻孔4内进行安装，保证了监测井体系的整体强度、止水效果和使用寿命，由于该监测井只需要一次性成孔，进行一次下井操作，即可使监测井体系分别对应多个含水层进行监测，工艺简单，降低施工成本，减少施工劳动强度。

本发明中的标准监测井管和监测位井管5可最多包含6处通道，使用共挤出或挖槽方式在井管壁内部布设线缆通道11，所述的线缆通道11可设置电极线、四芯数据线等。双头插头2-1中间部也布设最多6处触点群10，触点群10内部贯通所述双头插头2-1的中间部位，用以连接上下两端复合监测井管的线缆通道11，过滤结构6的底部设置传感器放置位和防水接头7，所述的防水接头7用以连接监测管井壁内部的线槽位和外挂传感器，整体效果为地面站可以与监测位的传感器进行供电和数据通信等操作。

作为可替换的方式，监测井管集束不一定由7根监测井管组成，视需求的监测含水层层数决定，原则为复合监测井段1的最大标准井管数量与待监测含水层层数一致（所述的最大指代即标准井管数量，例如需要监测9层含水层的话，发明中的井管集束所包含的井管数量可以为9）。

由于监测位井管5底部与含水层接触，为过滤进入监测井管内的地下水，设置桶状过滤结构6与监测位井管5底部进行连接，过滤结构6的长度一般为所在含水层的厚度。可采用不锈钢筛管外包裹过滤网的形式，筛管孔径和过滤网能够保证采集地下水的洁净度和代表性即可。

作为可替换的实施方式，过滤结构6还可使用为透水陶瓷、微孔不锈钢等环保材料一体化制成。

具体的成井包括以下步骤：准备步骤：根据先期勘探数据，确定待监测含水层数量，进而确定复合监测井集束所包含的井管根数，预制各类复合监测井段1（即标准监测井管1-1（也即第一标准监测井管集束），第二标准监测井管集束1-2，第三标准监测井管集束1-3，第四标准监测井管集束1-4，第五标准监测井管集束1-5，第六标准监测井管集束1-6，第七标准监测井管集束1-7）。步骤一为在待监测点位钻孔4取芯，确定各地层情况及各监测含水层位起止深度，需要保证所述钻探成孔的直径比集束井管投影形状的最小外切圆的直径大5cm～10cm，即留有安装余量；步骤二为根据各监测层位的起止深度，计算选取数量不等的第七标准监测井管至第一标准监测井管，现场加工监测位井管5的长度，插入过滤结构6，组成完整的复合监测井段1，从最底层的1井管集束开始插入钻孔4，依次重复进行插入新段、双头插头群2、紧固件3和插入钻孔4等操作，直至所有的复合监测井段1安装插入完毕；步骤三为进行分层填砾和止水；步骤四为使用空压机对各监测管依次进行震荡洗井作业，洗井顺序为由浅入深，待抽出地下水由浑浊变清澈后，则洗井完成。

本文中所描述的实施例仅为清楚地说明本发明精神所作的举例，而并非对实施方式的限定。本发明所属领域的普通技术人员在上述说明的基础上，还可以做出其它各种各样的修改、补充或类似的方式予以替代，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍未超出本发明的精神或所附权利要求书所保护的范围。

Claims (6)

1.一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的监测井为包括多根复合监测井段（1）的集束井，所述的复合监测井段（1）由多段相同的标准监测井管（1-1）上端平齐并紧密连接形成，所述的多根复合监测井段（1）的上端面齐平，下端面不齐平；当复合监测井段延伸/靠近至待监测含水层时，设置监测位井管（5），所述的监测位井管（5）上端与其他标准监测井管（1-1）齐平并紧密连接，下端伸入待监测含水层的顶部，所述的监测位井管（5）内插过滤结构（6）；

多段相同的标准监测井管之间使用双头插头群（2）进行连接，双头插头群（2）由数个双头插头（2-1）进行拼接而成，所述的双头插头内部贯通，两端为同样的插头（9），用以插入至标准监测井管（1-1）或监测位井管（5）末端内部进行固定，双头插头（2-1）中间部位为正六边形柱体；所述的双头插头（2-1）数量与连接的标准监测井管的数量一致；双头插头群（2）外部设置上下两个螺旋紧固件（3），卡紧后可紧固双头插头群（2）和复合监测井段（1），使多层复合监测井可整体插入钻孔（4）内；

所述的标准监测井管（1-1）的投影形状为外正六边形内圆形，外围共有六个侧面，其正六边形紧密平铺，各标准监测井管（1-1）之间使用环保胶或其他方式进行连接实现紧密贴合，避免相邻的两根井管之间存在间隙进而出现垂直串水；所述的标准监测井管主体使用聚氯乙烯材料制作而成，内部设置U形管取样器；

所述的复合监测井的使用步骤如下：

1）、根据先期勘探数据，确定待监测含水层数量，进而确定复合监测井集束所包含的井管根数，预制各类复合监测井段（1）；

2）、在待监测点位钻孔（4）取芯，钻探成孔的直径比集束井管投影形状的最小外切圆的直径大5cm～10cm，即留有安装余量；

3）、根据各监测层位的起止深度，计算选取多段相同的标准监测井管，现场加工监测位井管（5）的长度，插入过滤结构（6），与预制的复合监测井段粘连组成完整的复合监测井段，从最底层的井管集束开始插入钻孔（4），依次重复进行插入复合监测井段（1）、双头插头群（2）、紧固件（3），直至所有的复合监测井段（1）安装插入钻孔（4）完毕；

4）、进行分层填砾和止水；

5）、使用空压机对各标准监测井管依次进行震荡洗井作业，洗井顺序为由浅入深，待抽出地下水由浑浊变清澈后，则洗井完成。

2.根据权利要求1所述的一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的标准监测井管（1-1）和监测位井管（5）均包含最多六处线缆通道（11） ，使用共挤出或挖槽挤按定制线缆方式在标准监测井管壁内部布设线缆通道（11），所述的线缆通道（11）布设电极线、四芯数据线。

3.根据权利要求1所述的一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的双头插头（2-1）中间部设置六处触点群（10），触点群（10）内部贯通双头插头（2-1）的中间部位的正六边形柱体，触点群（10）连接上下两端标准监测井管（1-1）或监测位井管（5）的线缆通道（11）；所述的双头插头（2-1）上下各有个一个插头（9）用于连接标准监测井管（1-1）或监测位井管（5）。

4.根据权利要求1所述的一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的过滤结构（6）长度与含水层厚度相同；在过滤结构（6）的底部放置传感器（8），侧边设置防水接头（7），所述的防水接头（7）用以连接监测位井管（5）的线缆通道（11）和传感器（8）；地面站可通过线缆通道（11）、触点群（10）和防水接头（7）与监测位的传感器（8）进行供电和数据通信。

5.根据权利要求1所述的一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的双头插头（2-1）的中间部投影与标准监测井管投影为同样的正六边形，双头插头（2-1）利用环保胶进行无缝粘连，粘连形成的双头插头群（2）和复合监测井段（1）的投影形状一致，其内部的双头插头（2-1）和标准监测井管（1-1）也一一对应。

6.根据权利要求5所述的一种地下水插接式复合监测井，其特征在于，所述的过滤结构（6）用于过滤进入监测井管内的地下水，过滤结构（6）的结构为桶状，过滤结构（6）的防水接头（7）与监测位井管（5）底部的线缆通道（11）进行连接；所述的过滤结构（6）的成分为透水陶瓷或微孔不锈钢类环保材料，或采用不锈钢筛管外包裹过滤网的形式。

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