CN212359705U - 可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及矿井地下水监测领域，尤其涉及可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置。内置部分包含卡定结构和橡胶外皮，橡胶外皮用钢圈固定在卡定结构外侧。内置部分用螺纹与测量导管相接，测量导管与外泵相接，注浆管绑扎在测量管外侧。内置部分、测量导管和注浆管一起下入地质勘探井后，用高压泵通过测量导管向内置部分充水；内置结构充水膨胀后橡胶外皮紧密依附在地质勘探井壁上，再用高压泵通过注浆管向内置部分顶部测量导管和井壁的环装间隙注入水泥浆液，内置部分与凝固后的水泥灌浆体一起将地质勘探井上下两个含水层永久性的分隔开来。

Description

可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置

技术领域

本实用新型涉及矿井地下水监测领域，尤其涉及可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置。

背景技术

矿地下水动态监测系统是矿井安全生产的三大系统之一，矿井生产过程中需要对井田主要充水含水层进行动态监测，为各项矿井防治水工作决策提供依据。因此矿井地下动态监测系统是防治水工作的“眼睛”。矿井地下水动态监测系统建设对煤矿安全生产起着至关重要的作用。目前，国内外虽然已经发展有Waterloor监测系统、Westbay监测系统、巢式监测系统和CMT监测系统等可实现一孔多层监测的技术和装置，并在北京通州和郑州等地的国家一级水文监测示范工程中成功应用。但煤矿地面水文监测井深度大，动辄几百米深，如东部地区矿井含水层监控井常为500m以深，奥灰水监测井深度甚至可达1000m。仅采用常规地质钻孔成井施工费就已经很高，而Waterloor监测系统、Westbay监测系统监测装置费用则与普通钻孔成井费用相当；另外Waterloor监测系统、Westbay监测系统安装操作工艺复杂，分层止水难度大；巢式监测井则需要在较大口径的钻孔中安装，含水层分隔止水采用填料方式，不适用于深度较大的矿井水文监测井中。CMT监测系统国内最大成功安装深度仅90m。受到高昂的设备费用、复杂的安装操作工艺和对监测井井径尺寸结构的特殊要求等限制， Waterloor等已有的一孔多层监测系统未在煤矿地下水动态监测系统建设中应用。当前煤矿地面水文监测井为单井单含水层监测和单井混合含水层监测结构。地面水文监测井施工成本高、周期长，致使矿井地面监测井数量较少，仅能满足矿井安全生产基本要求，而无法实现对井田地下含水层的精细刻画，即无法满足现代化智能矿山建设对水害超前智能预警的监测要求。

实用新型内容

实用新型的目的：为了提供效果更好的可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置和方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本实用新型采取如下技术方案：

可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，分隔止水装置包含内部通道，内部的通道和卡定结构4配合能够固定橡胶外皮5，橡胶外皮5和内部的通道壁之间的空间能够被进水小导管6导入水，进水小导管6上包含逆止阀7，进水小导管6连接测量导管9的内部，内部的通道的下方包含止水安全销8。

本实用新型进一步技术方案在于，测量导管9能够被起吊装置10吊装进水文监测井中；测量导管9能够被井口卡盘11相对固定在井口。

本实用新型进一步技术方案在于，还包含布置在测量导管9边侧的注浆管3，注浆管3能够朝下注混凝土浆。

本实用新型进一步技术方案在于，还包含高压泵12，高压泵12连接着高压软管13，高压软管13连接测量导管9的内部并能够朝其内部充水。

可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔方法，其特征在于，利用如上任意一项所述的分隔止水装置，包含如下步骤，

A起吊装置10将内置部分、测量导管9和注浆管3逐步下到勘探井1设计深度并在井口用井口卡盘11将测量导管9固定牢固；

B在测量导管9管口安装好压力表15并用密封接手14、高压软管13与高压水泵12连接；

C启动高压泵向系统充水，高压水流经过高压软管(13)、密封接手(14)、测量导管(9)、进水小导管6、逆止阀7进入卡定结构4与橡胶外皮5之间的间隙；内置部分膨胀橡胶外皮5与井壁2紧贴；隔绝勘探井中内置部分上下两个含水层间的水利联系；

D在内置部分橡胶外皮膨胀紧贴在井壁隔绝勘探井中内置部分上下两个含水层间的水利联系后，继续高压向卡定结构4与橡胶外皮5间隙内充水，当充水压力达到设计安全压力值后，止水安全销8跌落井底，此时关闭高压泵12；测量导管9内部通道形成；

E在测量导管9内部通道形成后，高压泵12通过密封接手14与注浆管3连接，向内置部分顶部测量导管9与井壁2的环状间隙注入水泥浆，起到永久性封水的作用；

F在勘探井内形成以内置部分和水泥灌浆体16为界的上下两个含水层后，在测量导管内、外分别放入传感器17、18接入井口遥测装置19后，地质勘探井就被改造为单井双层水文监测井。

本实用新型进一步技术方案在于，所述的强封闭单井双层水文监测井的分隔改造过程是新建地质勘探井完成勘探任务后安装，或者在封闭不良的老旧地质勘探井启封后安装。

本实用新型进一步技术方案在于，在已有的水文监测井中安装，将原来单井混合含水层监测井改造为单井双层水文监测井。

本实用新型进一步技术方案在于，还包含封堵部分，封堵部分为辅助封口杆或者是辅助封口内壁，辅助封口杆为竖直的杆件部分，竖直的杆件部分为操作杆7，操作杆7下方为下方封堵部分23，当操作杆7带动下方封堵部分23顺着顶部测量导管9内部朝下运动的时候，能够相对封堵内部的通道和下方的口部，此时传感器的线路能够被相对挤压在内部的通道和下方的口部；辅助封口内壁为粘附在内部的通道的内壁上的可充气部分，可充气部分为环形，中部包含孔用于走线，该环形的可充气部分通过气口连接充气管29，充气管29连接上方的充气部分，充气后能够相对封堵内部的通道隔绝上下。

可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，分隔止水装置包含内部通道，内部的通道和卡定结构4配合能够固定橡胶外皮5，橡胶外皮5和内部的通道壁之间的空间能够被进水小导管6导入水，进水小导管6上包含逆止阀7，进水小导管6连接注水通道31，注水通道31边侧为中部通道30，注水通道31和中部通道30共同构成测量导管9；

通过注水通道31能够注水。

基于原单井单层水文监测的单井双层水文监测井的改造方法，其特征在于，对原单井单层水文监测井采用钻孔开窗释放上部含水层后安装，将原单井单层水文监测井改造为单井双层水文监测井；钻孔的方式是采用高压水枪钻孔。

采用如上技术方案的本实用新型，相对于现有技术有如下有益效果：充分利用煤矿在资源勘探阶段和矿井建设阶段遗留的大量地质勘探井，建设矿井地下水动态监测系统。解决矿井水文监测系统建设成本高、周期长，地面监测井数量较少的实际问题。

本实用新型装置能在新建地质勘探井完成勘探任务后安装，也可在封闭不良的老旧地质勘探井启封后安装，改造普通地质勘探井含老旧为单井双层水文监测井。本实用新型装置可在已有的水文监测井中安装，将原来单井混合含水层监测井改造为单井双层水文监测井；

通过本实用新型装置的使用将大大减少地面水文监测井施工成本和建设周期，可在有限数量监测井内实现对矿井地下水动态的精细刻画。

本实用新型装置加工简单、价格低廉、安装便捷、分隔止水效果可靠，适用于矿井地下水监测以及其他类型地下水监测；经改造后的单井双层水文监测井，还可承担两个含水层的注水、压水或连通试验等水文地质勘探任务，拥有广阔的市场前景和巨大的经济价值。

附图说明

为了进一步说明本实用新型，下面结合附图进一步进行说明：

图1为内置部分结构图；

图2为内置部分吊装示意图

图3为内置系部分充水膨胀示意图；

图4下部含水层监测通道形成示意图；

图5内置部分顶部注浆示意图；

图6为传感器布置示意图；

图7为传感器进一步布置示意图；

图8为辅助封口杆示意图；

图9为辅助封口内壁示意图；

图10为辅助封口内壁的结构示意图；

图11为安装工序流程图；

图12为老旧改造第一位态示意图；

图13为老旧改造第二位态示意图；

图14为老旧改造第三位态示意图；

其中：1.地质勘探井；2.井壁；3.注浆管；4.卡定结构；5.橡胶外皮；6.进水小导管；7.逆止阀；8.止水安全销；9.测量导管；10.起吊装置；11. 井口卡盘；12.高压泵；13.高压软管；14.密封接手； 15.压力表； 16.水泥灌浆体； 17. 外侧传感器； 18. 内侧传感器； 19.井口遥测装置；20.上方传感器；21.下方传感器；22.操作杆；23.下方封堵部分；24.第一部分；25.第二部分；26.第三部分；27.辅助封口内壁；28.高压钻井装置；29.充气管；30.中部通道；31.注水通道；32.内部的通道和下方的口部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。

实施例一：结合图11，图1到图5； 可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，分隔止水装置包含内部通道，内部的通道和卡定结构4配合能够固定橡胶外皮5，橡胶外皮5和内部的通道壁之间的空间能够被进水小导管6导入水，进水小导管6上包含逆止阀7，进水小导管6连接测量导管9的内部，内部的通道的下方包含止水安全销8。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔方法，其特征在于，利用如上任意一项所述的分隔止水装置，包含如下步骤，

A起吊装置10将内置部分、测量导管9和注浆管3逐步下到勘探井1设计深度并在井口用井口卡盘11将测量导管9固定牢固；

B在测量导管9管口安装好压力表15并用密封接手14、高压软管13与高压水泵12连接；

C启动高压泵向系统充水，高压水流经过高压软管(13)、密封接手(14)、测量导管(9)、进水小导管6、逆止阀7进入卡定结构4与橡胶外皮5之间的间隙；内置部分膨胀橡胶外皮5与井壁2紧贴；隔绝勘探井中内置部分上下两个含水层间的水利联系；

D在内置部分橡胶外皮膨胀紧贴在井壁隔绝勘探井中内置部分上下两个含水层间的水利联系后，继续高压向卡定结构4与橡胶外皮5间隙内充水，当充水压力达到设计安全压力值后，止水安全销8跌落井底，此时关闭高压泵12；测量导管9内部通道形成；

E在测量导管9内部通道形成后，高压泵12通过密封接手14与注浆管3连接，向内置部分顶部测量导管9与井壁2的环状间隙注入水泥浆，起到永久性封水的作用；

F在勘探井内形成以内置部分和水泥灌浆体16为界的上下两个含水层后，在测量导管内、外分别放入传感器17、18接入井口遥测装置19后，地质勘探井就被改造为单井双层水文监测井。

该内置部分卡入后，充水形成上下分隔，实现不同基岩含水层的分隔，使用常规地质钻机就能满足全部安装操作，无需特殊装置，安装简单。橡胶外皮的膨胀性使内置部分适用于各种井壁条件，内置部分顶部注入的水泥浆弥补了膨胀橡胶与井壁贴合的薄弱区域；内置部分和顶部水泥灌浆体一起构成单井双层分隔止水结构，实现了长期分隔，止水效果优异，不存在内置部分失效导致上下含水串通的情形。本实用新型适用新建地质勘探井改造，适用于老旧地质勘探井的启封改造，还适用老旧水文监测井升级改造，大大减少了地下水监测系统的建设的成本和周期，节约了监测井建设用地，提高了监测点密度，在增加少量投资的情况下，可实现对地下含水层动态变化的精细刻画。

实施例二：结合图2；测量导管9能够被起吊装置10吊装进水文监测井中；测量导管9能够被井口卡盘11相对固定在井口。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：起吊装置10可以是卷扬机，也可以是任意其他形式的起吊结构。

实施例三：结合图5，图6，图7；还包含布置在测量导管9边侧的注浆管3，注浆管3能够朝下注混凝土浆。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：混凝土固定更稳固。

实施例四：结合图3；还包含高压泵12，高压泵12连接着高压软管13，高压软管13连接测量导管9的内部并能够朝其内部充水。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：充水第一是让橡胶膨胀，第二是用于挤开下方的止水安全销8，该止水安全销8为安全盖。

实施例五：所述的强封闭单井双层水文监测井的分隔改造过程是新建地质勘探井完成勘探任务后安装，或者在封闭不良的老旧地质勘探井启封后安装。

实施例六：在已有的水文监测井中安装，将原来单井混合含水层监测井改造为单井双层水文监测井。

实施例七：参考图8，还包含封堵部分，封堵部分为辅助封口杆或者是辅助封口内壁，辅助封口杆为竖直的杆件部分，竖直的杆件部分为操作杆7，操作杆7下方为下方封堵部分23，当操作杆7带动下方封堵部分23顺着顶部测量导管9内部朝下运动的时候，能够相对封堵内部的通道和下方的口部，此时传感器的线路能够被相对挤压在内部的通道和下方的口部；本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：实现的过程中，当传感器下到位后，传感器的线路能够被相对挤压在内部的通道和下方的口部，第一是固定，第二是相对封堵，让上下不相互影响。实质上，封堵结构可以有，可以没有，当第一测定水层和第二测定水层之间的距离较远，可以没有该封堵部分。当下方封堵部分23位于内部的通道较宽的位置，不阻挡传感器。

实施例八：参考图9和图10，辅助封口内壁为粘附在内部的通道的内壁上的可充气部分，可充气部分为环形，中部包含孔用于走线，该环形的可充气部分通过气口连接充气管29，充气管29连接上方的充气部分，充气后能够相对封堵内部的通道隔绝上下。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：传感器下到位后，充气进行处理，朝内挤压固定，更安全，保证传感器位于中位；实质上，封堵结构可以有，可以没有，当第一测定水层和第二测定水层之间的距离较远，可以没有该封堵部分。

实施例九：可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，分隔止水装置包含内部通道，内部的通道和卡定结构4配合能够固定橡胶外皮5，橡胶外皮5和内部的通道壁之间的空间能够被进水小导管6导入水，进水小导管6上包含逆止阀7，进水小导管6连接注水通道31，注水通道31边侧为中部通道30，注水通道31和中部通道30共同构成测量导管9；通过注水通道31能够注水。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：该实施例能够避免使用止水安全销8，止水安全销8能耐受一定的压力。该实施例直接冲水。

实施例十：参考最后三个附图，基于原单井单层水文监测的单井双层水文监测井的改造方法，其特征在于，对原单井单层水文监测井采用钻孔开窗释放上部含水层后安装，将原单井单层水文监测井改造为单井双层水文监测井；钻孔的方式是采用高压水枪钻孔。

本实用新型的关键部件——“内置部分”结构简单、加工成本低廉，而且现场安装操作简便，对地质勘探井井壁条件要求不高，适用范围广；经分隔改造后的监测井，可进行注水、压水和连通试验等水文地质勘探，也可通过在更换传感器类型实现多参数监测，也可以使用微型取水器提取目标层地下水水样，送化验室进行水质分析。本实用新型有着广泛的用途和良好的社会效益。

作为非必要的说明和可改进的方案：

一种改造普通含老旧地质勘探井为单井双层水文监测井的分隔止水装置。其特征在于，包含能放置在地质勘探井中的用于分隔上下含水的内置部分、连接内置部分的测量导管和绑扎在测量导管外侧的注浆管。所述的内置部分包含钢制卡定结构、能膨胀的橡胶外皮、进水小导管、逆止阀和止水安全销。进水小导管连接逆止阀最终与测量导管连通，测量导管在井口连接高压泵。

所述的内置部分和井壁依附，所述的内置部分为如下任意一种：

A.基本结构包含钢制卡定结构和其外部包覆的橡胶外皮，卡定结构上段有连接逆止阀的进水小导管与卡定结构和橡胶外皮形成的空隙连通，卡定结构下段安装有止水安全销。

B.基本结构包含骨架，骨架为中空钢筒，骨架和外壁橡胶外皮，橡胶外皮上包含一个进水小导管，进水小导管通过水管连接着水泵；

C.基本结构还包含，在卡定结构下方安装的止水安全销。止水安全销使测量导管内高压水沿进水小导管进入由卡定结构和膨胀橡胶外皮组成的封闭空间，按设计，当橡胶外皮充分膨胀后与井壁紧密依附，隔绝勘探井内置部分上下的水利联系。当充水压力超过安全值后，止水安全销自内置部分下端脱落。卡定结构与橡胶外皮空间内的水被逆止阀锁定，内置部分保持膨胀，测量导管通过内置部分与下部含水层的通道形成。

D 基本结构还包含，井口高压泵连接注浆管向内置部分顶部测量导管与井壁环状间隙注水水泥浆，形成止水灌浆体。至此测量导管内外形成两个相互独立的含水层，达到了改造地质勘探井为单井双层水文监测井的目的。

内部通道也可以被称为钢制卡定结构或者中空钢筒即骨架。

总的来说：

本实用新型涉及地下水监测领域，尤其涉及一种改造普通地质含老旧勘探井为单井双层水文监测井的分隔止水装置。包含能放置在地质勘探井中的用于分隔上下不同含水层的内置部分、安放水文测定装置的测量导管和用于永久止水的注浆管。内置部分又包含卡定结构和橡胶外皮，橡胶外皮用钢圈固定在卡定结构外侧。内置部分用螺纹与测量导管相接，测量导管与外泵相接，注浆管绑扎在测量管外侧。内置部分、测量导管和注浆管一起下入地质勘探井后，用高压泵通过测量导管向内置部分充水；内置结构充水膨胀后橡胶外皮紧密依附在地质勘探井壁上，再用高压泵通过注浆管向内置部分顶部测量导管和井壁的环装间隙注入水泥浆液，内置部分与凝固后的水泥灌浆体一起将地质勘探井上下两个含水层永久性的分隔开来。通过分别向测量导管内外下放测量传感器，实现一孔两层水文监测目的。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (5)

1.可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，分隔止水装置包含内部通道，内部的通道和卡定结构（4）配合能够固定橡胶外皮（5），橡胶外皮（5）和内部的通道壁之间的空间能够被进水小导管（6）导入水，进水小导管（6）上包含逆止阀（7），进水小导管（6）连接测量导管（9）的内部，内部的通道的下方包含止水安全销（8）。

2.如权利要求1所述的可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，测量导管（9）能够被起吊装置（10）吊装进水文监测井中；测量导管（9）能够被井口卡盘（11）相对固定在井口。

3.如权利要求1所述的可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，还包含布置在测量导管（9）边侧的注浆管（3），注浆管（3）能够朝下注混凝土浆。

4.如权利要求1所述的可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，还包含高压泵（12），高压泵（12）连接着高压软管（13），高压软管（13）连接测量导管（9）的内部并能够朝其内部充水。

5.可改造强封闭单井双层水文监测井的分隔止水装置，其特征在于，分隔止水装置包含内部通道，内部的通道和卡定结构（4）配合能够固定橡胶外皮（5），橡胶外皮（5）和内部的通道壁之间的空间能够被进水小导管（6）导入水，进水小导管（6）上包含逆止阀（7），进水小导管（6）连接注水通道（31），注水通道（31）边侧为中部通道（30），注水通道（31）和中部通道（30）共同构成测量导管（9）；

通过注水通道（31）能够注水。

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