CN115656011A - 一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统及测试方法，系统作用于所述储气洞内，测试系统包括空压机、两个封堵橡胶塞、供气管和排气管，两个封堵橡胶塞之间形成试验腔，供气管连通空压机与试验腔，供气管上设置通气阀和压力表，排气管上设置排气阀，排气管连通试验腔。进行测试时，安装设备，开启空压机，使其供气至试验压力的10%后停止供气，检查封堵栓塞和阀门的密封性；空压机持续供气升压，记录试验过程中的气压，升压至试验压力；待试验压力满足设计要求后，关闭通气阀，开始计时，分别记录不同试验段次压降的持续时间；排除储气洞内压缩空气，依次拆除试验设备和记录仪器，完成测试。

Description

一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及压缩空气储能发电工程地质勘测技术领域，更具体的说是涉及一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统及测试方法。

背景技术

压缩空气储能电站是利用电力系统低容负荷时的多余电能将空气压缩储存在地下储气洞中，需要时再放出，经加热后通过燃气轮机发电机组发电，以供尖峰负荷的需要。随着国家双碳目标的提出，储能技术得到了快速发展，压缩空气储能电站具有经济可靠、布置灵活、发电效率高、启动快速和模块化设计等优点，具有广阔的发展前景。

目前在工程建设领域，主要关注岩体物理力学性质、渗透特性等特性指标。水利水电工程主要针对岩体的渗透特性，开展钻孔压水试验和高压压水试验，根据不同压力下的给水量，评价岩体的渗透特性，从而为防渗措施选择和防渗深度等提供依据。经检索，目前暂无岩体透气性原位测试方面的相关报道。

压缩空气储能发电工程需在地下建设储气洞，用以储存高压下的压缩空气。储气洞为密闭空间，为保证发电效率和洞室安全，不容许产生气体漏失。通过查明地下储气洞不同段岩体的透气特性，可为储气洞防泄漏措施选择、防泄漏深度等提供地质依据。然而目前工程建设领域内缺乏地下洞室岩体气密性原位测试方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种压缩空气储能发电工程地下储气洞岩体气密性原位测试方法，通过向两端封闭的地下储气洞岩体气密性试验段提供压缩空气，供给至试验压力后观测气压压降和持续时间，根据压降和时间的关系确定洞室围岩的透气性，实现岩体气密性原位测试技术，可为岩体透气性评价、防泄漏设计等提供依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统，包括储气洞，所述的测试系统还包括：

空压机，所述空压机置于地面上；

封堵橡胶塞，所述封堵橡胶塞设置两个，置于所述储气洞内，两个所述封堵橡胶塞与所述储气洞侧壁在所述储气洞内形成试验腔；

供气管，所述供气管连通所述空压机与所述试验腔，所述供气管上设置有通气阀，所述通气阀与所述试验腔之间的所述供气管上设置有压力表；

排气管，所述排气管上设置有排气阀，所述排气管连通所述试验腔。

优选的，所述封堵橡胶塞与所述储气洞侧壁之间设置有密封橡胶垫，所述封堵橡胶塞于所述试验腔的对侧面设置有支撑杆，所述支撑杆两端分别抵于所述封堵橡胶塞和所述储气洞侧壁上，密封橡胶垫确保了试验腔的密封性，支撑杆可防止高压压力产生密封橡胶垫和封堵橡胶塞滑动，安装完成后可在封堵橡胶塞四周涂抹密封修堵材料，进一步确保密封性。

优选的，所述试验腔选择断面其岩性、构造、风化、岩体结构地质条件具有代表性且完整的洞段，断面为圆形，于封堵橡胶塞安装处进行表面处理使其完整光滑并与所述封堵橡胶塞边缘匹配。

本发明还提供了一种采用如上技术方案中所述的系统进行地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，包括以下步骤：

（1）于储气洞内选择目标测试段，测试段两端封堵处洞壁部位进行处理，使其表面完整光滑，安装封堵橡胶塞形成试验腔，之后连接供气管、空压机以及排气管；

（2）打开通气阀，关闭排气阀，开启空压机供气至试验压力，达到试验压力后关闭通气阀，开始计时，记录压降时间；

（3）重复操作步骤（2），记录数据，绘制压降与时间的关系曲线；

（4）测试工作完成后，关闭通气阀，打开排气阀，排除试验腔内压缩空气，依次拆除试验设备，完成测试。

优选的，步骤（2）中，在进行测试前检查封堵橡胶塞处、供气管和封堵橡胶塞的连接处、通气阀处、压力表处、排气管和封堵橡胶塞的连接处、排气阀处的密封性。

进一步的，所述密封性检测过程为：于封堵橡胶塞处、供气管和封堵橡胶塞的连接处、通气阀处、压力表处、排气管和封堵橡胶塞的连接处、排气阀处的连接部分涂抹渗漏示踪剂，打开通气阀，关闭排气阀，开启空压机供气至试验压力的10%后停止供气，其中所述的渗漏示踪剂可选用肥皂水。

优选的，步骤（2）中所述的压降时间具体为气压降至试验压力的0.75倍、0.5倍和0.3倍的时间点。

优选的，所述试验压力为所述储气洞工作压力的1.2～1.5倍。

优选的，步骤（3）的重复操作次数≥5次，更优选为不少于6次。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统及测试方法，具有如下有益效果：

通过向两端封闭的地下储气洞试验段提供压缩空气，供给至试验压力后停止供气，反复观测气压压降和持续时间，根据压降和时间的关系确定洞室围岩的透气性，从而实现岩体透气性原位测试。本方法可解决目前工程建设领域内缺乏地下洞室岩体气密性原位测试方法的技术问题，可为储气洞防泄漏措施提供依据。传统管道封堵采用封闭的空气气囊，无法向储气洞试验段内供气，同时高压下的稳定性难以保证。本发明提出的储气洞试验段两端封堵系统采用橡胶栓塞和密封橡胶垫，解决了气密性试验原位测试时无法向储气洞内供气的问题，密封性好，栓塞外侧采用支撑固定，可抵抗储气洞内高压压缩空气的气压力，安全性和稳定性好。试验采用的仪器、仪表和设备均为成熟的技术设备，易于获取，结构简单，使用条件便利，可广泛推广应用。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明地下储气洞岩体气密性原位测试系统的整体结构图；

图2为本发明连接供气管和排气管的封堵橡胶栓塞的结构图；

图中，1-试验腔；2-封堵橡胶塞；3-密封橡胶垫；4-供气管；5-排气管道；6-支撑杆；7-空压机；8-通气阀；9-压力表；10-排气阀；11-储气洞。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如附图1-2所述，一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统，包括储气洞11，所述的测试系统还包括：

空压机7，所述空压机7置于地面上；

封堵橡胶塞2，所述封堵橡胶塞2设置两个，置于所述储气洞11内，两个所述封堵橡胶塞2与所述储气洞11侧壁在所述储气洞11内形成试验腔1，其中一个所述封堵橡胶塞2结构如附图2所示，具有供气管连接孔和排气管连接孔，分别连接供气管4和排气管5；

供气管4，所述供气管4连通所述空压机7与所述试验腔1，所述供气管4上设置有通气阀8，所述通气阀8与所述试验腔1之间的所述供气管4上设置有压力表9；

排气管5，所述排气管5上设置有排气阀10，所述排气管5连通所述试验腔1。

在一些具体的优选操作方案中，所述封堵橡胶塞2与所述储气洞11侧壁之间设置有密封橡胶垫3，所述封堵橡胶塞2于所述试验腔1的对侧面设置有支撑杆6，所述支撑杆6两端分别抵于所述封堵橡胶塞2和所述储气洞11侧壁上，在安装时，密封橡胶垫3首先可以确保试验腔1的密封性，还可以增加封堵橡胶塞2与储气洞11侧壁的摩擦力，与支撑杆6共同作用，避免在高压的试验条件下封堵橡胶塞2滑动。

在一些具体的优选操作方案中，所述试验腔1选择断面其岩性、构造、风化、岩体结构等地质条件具有代表性且完整的洞段，断面为圆形，于封堵橡胶塞2安装处进行表面处理使其完整光滑并与所述封堵橡胶塞2边缘匹配。

采用上述的系统进行具体的测试，具体操作如下：

（1）首先采用小型TBM掘进，形成地下储气洞勘测平洞，洞径2.5m，断面为圆形，掘进完成后断面完整连续；设定试验腔1段长10m，断面完整性好，对试验腔1两端封堵处洞壁部位进行表面处理，采用砂浆回填洞壁表面坑洞、空隙、孔隙和TBM掘进环缝，撬除突出岩块，采用砂浆抹面，使其表面完整光滑；

（2）试验腔1两端做过表面处理后，安装测试系统，具体为：

安装密封橡胶垫3，厚度0.05m，采用树脂胶将密封橡胶垫3粘贴至封堵处洞壁，粘贴牢固；安装封堵橡胶塞2，靠洞外侧的封堵橡胶塞2预留供气管4连接孔和排气管5连接孔，孔径0.1m，在密封橡胶垫3与洞壁和封堵橡胶塞2四周涂抹防密封修堵材料；封堵橡胶塞2外侧设置支撑6，采用膨胀螺栓固定于洞顶和洞底，用以保证封堵橡胶塞2在空气压力下的稳定性；空压机7设置在洞外，安装供气管4，采用供气管4将空压机7与试验腔1连通；供气管4上依次安装通气阀8和压力表9，安装排气管5和排气阀10；

（3）打开通气阀8，关闭排气阀10，启动空压机7向试验腔1供压缩空气，气压至试验压力的10%后停止供气；在管道接口、通气阀8、排气阀10和封堵橡胶塞2等连接处部位涂抹肥皂水或其他渗漏示踪剂，检查整套试验设备的密封性，确认所有接头部位无漏气情况，发现漏气时用密封修补材料封堵或做相应处理；

（4）空压机7持续缓慢供气升压，记录试验过程中压力表显示的气压值，试验气压值为1.2～1.5倍地下储气洞11工作压力，试验压力为12MPa，气压升至预定试验压力值后停止向试验腔1供气；

（5）关闭通气阀8，记录试验腔1内气压，并开始计时，依次记录气压降至0.75倍试验压力（9MPa）、0.5倍试验压力（6MPa）和0.3倍试验压力（3.6MPa）消耗的时间，同时采用步骤3）所述的方法持续观测所有管道接口部位的密封性；

（6）打开通气阀8，再次向试验腔1内供压缩空气，重复步骤（4）-（5）的供气和压降记录操作不少于5次，即记录每次试验压力下降至0.75倍试验压力（9MPa）、0.5倍试验压力（6MPa）和0.3倍试验压力（3.6MPa）时持续时间；对以上试验记录进行统计分析，绘制压降与时间的关系曲线；

（7）停止向试验腔1供气，关闭通气阀8，打开排气阀10，排除试验腔1内压缩空气；依次拆除压力表9、通气阀8和排气阀10，拆除供气管4、排气管5、封堵橡胶塞2及其支撑杆6，完成测试。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统，包括储气洞，其特征在于，所述的测试系统还包括：

空压机，所述空压机置于地面上；

封堵橡胶塞，所述封堵橡胶塞设置两个，置于所述储气洞内，两个所述封堵橡胶塞与所述储气洞侧壁在所述储气洞内形成试验腔；

供气管，所述供气管连通所述空压机与所述试验腔，所述供气管上设置有通气阀，所述通气阀与所述试验腔之间的所述供气管上设置有压力表；

排气管，所述排气管上设置有排气阀，所述排气管连通所述试验腔。

2.根据权利要求1所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统，其特征在于，所述封堵橡胶塞与所述储气洞侧壁之间设置有密封橡胶垫，所述封堵橡胶塞于所述试验腔的对侧面设置有支撑杆，所述支撑杆两端分别抵于所述封堵橡胶塞和所述储气洞侧壁上。

3.根据权利要求1所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试系统，其特征在于，所述试验腔选择断面其岩性、构造、风化、岩体结构地质条件具有代表性且完整的洞段，断面为圆形，于封堵橡胶塞安装处进行表面处理使其完整光滑并与所述封堵橡胶塞边缘匹配。

4.一种采用权利要求1-3所述的系统进行地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）于储气洞内选择目标测试段，测试段两端封堵处洞壁部位进行处理，使其表面完整光滑，安装封堵橡胶塞，之后连接供气管、空压机以及排气管；

（2）打开通气阀，关闭排气阀，开启空压机供气至试验压力，达到试验压力后关闭通气阀，开始计时，记录压降时间；

（3）重复操作步骤（2），记录数据，绘制压降与时间的关系曲线；

（4）测试工作完成后，关闭通气阀，打开排气阀，排除试验腔内压缩空气，依次拆除试验设备，完成测试。

5.根据权利要求4所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，其特征在于，步骤（2）中，在进行测试前检查封堵橡胶塞处、供气管和封堵橡胶塞的连接处、通气阀处、压力表处、排气管和封堵橡胶塞的连接处、排气阀处的密封性。

6.根据权利要求5所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，其特征在于，所述密封性检测过程为：于封堵橡胶塞处、供气管和封堵橡胶塞的连接处、通气阀处、压力表处、排气管和封堵橡胶塞的连接处、排气阀处的连接部分涂抹渗漏示踪剂，打开通气阀，关闭排气阀，开启空压机供气至试验压力的10%后停止供气。

7.根据权利要求4所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的压降时间具体为气压降至试验压力的0.75倍、0.5倍和0.3倍的时间点。

8.根据权利要求4所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，其特征在于，所述试验压力为所述储气洞工作压力的1.2～1.5倍。

9.根据权利要求4所述的一种地下储气洞岩体气密性原位测试的方法，其特征在于，步骤（3）的重复操作次数≥5次。

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