一种双杆排放装置及陆域有控释放浅层有害气体的设备与施工方法与流程

[0001]
本发明涉及含气地层施工技术领域，尤其涉及一种双杆排放装置及陆域有控释放浅层有 害气体的设备与施工方法。


背景技术：

[0002]
随着城市化进程的推进，中国的城市轨道交通迎来了一个新的发展，然而相应的问题也 越来越多的浮现出来，在沿海软土地区，大量分布着浅层气体，这是一种对地下工程建设不 利、对人体健康存在危害的埋藏较浅的天然气体，这些浅层气体用常规的勘察手段难以识别， 又极易对工程造成影响，若不采取相应工程措施，在日后的施工过程中易形成危害，使施工 作业受阻、正常施工受到影响、严重影响周边建筑及人员的安全。
[0003]
浅层气的危害已成为我国主要面临的工程问题之一。在国内外的各种工程建设中，浅层 气引发的隧道沉降，甲烷爆炸，基坑隆起，建筑物沉陷等现象屡见不鲜，造成了巨大的经济 损失。
[0004]
而浅层气的提前排放是施工进行的关键，目前的设备多采取单孔无控放气为主，会对周 围土体产生较大的扰动，另外淤泥也容易堵塞气孔，影响排气过程，并且存在放气不彻底的 情况，影响施工。所以有必要研发一种对含气土层的有害气体进行彻底的有控放气设备。


技术实现要素：

[0005]
本发明实施例的目的是提供一种双杆排放装置及陆域有控释放浅层有害气体的设备与施 工方法，以解决传统放气过程中气体释放不彻底的问题，以及传统放气过程中容易造成孔位 堵塞的问题。
[0006]
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0007]
第一方面，本发明实施例提供一种双杆排放装置，包括勘察注气探杆和放气探杆，所述 勘查注气探杆包括从上至下依次连接的第一空心探杆、第一有孔探杆和勘探探杆，所述放气 探杆包括从上至下依次连接的第二空心探杆、第二有孔探杆和陀螺型钻头。
[0008]
进一步地，所述第一空心探杆、第一有孔探杆、勘探探杆、第二空心探杆和第二有孔探 杆直径均相等。
[0009]
进一步地，所述第一有孔探杆和第二有孔探杆上的放气孔为阵列布置的菱形放气孔。
[0010]
进一步地，所述勘探探杆包括钻头、甲烷浓度传感器、应变片、孔压传感器、透水石、 摩擦套和密封垫圈套，所述透水石沿周连接在钻头上方，透水石内部空心且装有甲烷浓度传 感器，透水石上方连接密封垫圈，密封垫圈上部沿周连接摩擦套，摩擦套内部设有用于测量 下压过程中孔隙水压力的孔压传感器和用于测量土体侧壁摩擦力的应变片。
[0011]
进一步地，还包括信号传输装置，所述信号传输装置包括信号发射器和信号接收
装置， 所述甲烷浓度传感器、孔压传感器和应变片均与信号发射器相连，信号发射器和信号接收装 置进行数据传输。
[0012]
进一步地，所述陀螺型钻头直径大于第二有孔探杆直径，可以防止下钻过程中放气孔周 围的滤网脱落。
[0013]
第二方面，本发明实施例还提供一种陆域有控释放浅层有害气体的设备，包括：
[0014]
一种含有第一方面所述的双杆排放装置；
[0015]
一连接所述双杆排放装置并给所述双杆排放装置提供压入力的液压加载装置；
[0016]
一连接所述双杆排放装置并且对气体释放速率进行控制的有控放气装置；以及
[0017]
一连接所述有控放气装置并用来处理有害气体的气体燃烧装置。
[0018]
进一步地，所述液压加载装置包括底部连接滑轮，用于加载器左右滑动；还包括用于控 制液压加载装置的控制器。
[0019]
进一步地，所述有控放气装置包括空气压缩机、汽水泥分离器和气流控制阀门，所述空 气压缩机的出口通过阀门与所述勘察注气探杆相连通，所述汽水泥分离器的入口通过阀门与 所述放气探杆相连通，汽水泥分离器的气体出口连接气流控制阀门，所述汽水泥分离器的底 部安装有泥水分离阀门所述泥水分离阀门的下方布置有沉淀池。
[0020]
进一步地，所述气体燃烧装置包括箱体、进气管、电池、开关、电磁阀、点火器、燃烧 室，所述进气管的一端与有控放气装置的气体出口相连，另一端伸入到燃烧室，点火器连接 到燃烧室，所述电池通过电线连接电磁阀与点火器，开关安装在箱体外侧用于控制电磁阀打 开点火器。
[0021]
第三方面，本发明实施例还提供一种应用第二方面所述的陆域有控释放浅层有害气体的 设备的施工方法，包括如下步骤：
[0022]
(1)将勘查注气探杆压入土层预定深度，压入的过程实时监测甲烷浓度和土体参数；
[0023]
(2)根据得到的参数识别并确定含气砂质透镜体，并且当内部的甲烷浓度超过设定阈值 时，判断该深度含有浅层气；
[0024]
(3)在离勘察注气探杆预定的位置将放气探杆插入预定位置，并且插入深度比勘察注气 探杆浅预定距离；
[0025]
(4)进行气体排放，当气体排放缓慢时，启动空气压缩机，灌入气体，增大土体气压， 使气体从放气探杆中释放出来，经过汽水泥分离器后在气体燃烧装置中燃烧。
[0026]
根据以上技术方案，本发明的有益效益在于：
[0027]
(1)采用双杆排放的方式，有效得解决了传统放气过程中气体释放不彻底的问题，以及 传统放气过程中容易造成孔位堵塞的问题；相对于现有单孔触探放气，本发明可以更有效的 边放气边触探，降低淤泥堵塞程度，增加触探精确度和放气彻底度。
[0028]
(2)气体的燃烧可以防止释放出来的气体对大气造成污染及使人员中毒等问题，另外对 于改进的燃烧装置可以防止燃烧过程中产生爆炸增加施工安全。
附图说明
[0029]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0030]
图1是本发明实施例提供的一种陆域有控释放浅层有害气体的设备的结构示意图(正面 图)；
[0031]
图2是本发明实施例中勘察注气探杆结构示意图(正面图)；
[0032]
图3是本发明实施例中放气探杆结构示意图(正面图)；
[0033]
图4是本发明实施例中气体燃烧装置结构示意图(正面图)；
[0034]
附图标记说明：1.浅层气、2.勘探探杆、3.第一有孔探杆、4.第一空心探杆、5.陀螺型钻头、 6.第二有孔探杆、7.第二空心探杆、8.反力锚、9.架子、10.滑轮、11.加载器、12.固定孔、13. 控制器、14.信号发射器、15.第一三向阀门、15
’
.第二三向阀门、16.第一三向阀门开关、16
’
. 第二三向阀门开关、17.顶端阀门、18.空气压缩机、19.信号接收装置、20.气压表、21.泥水分 离阀门、22.连接杆、23.沉淀池、24.汽水泥分离器、25.气流控制阀门、26.气体燃烧装置、27. 开关、28.火苗、29.菱形放气孔、30.滤网、31.钻头、32.甲烷浓度传感器、33.应变片、34.孔 压传感器、35.透水石、36.摩擦套、37.密封垫圈套、38.电线、39.进气管、40.电池、41.电磁 阀、42.点火器、43、燃烧室。
具体实施方式
[0035]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0036]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申 请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图 包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时， 其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0037]
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用 于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适 当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的 那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖 不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于 清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品 或设备固有的其它步骤或单元。
[0038]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……ꢀ
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间 位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使 用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上 方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在 其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……ꢀ
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里 所使用的空间相对描述做出相应解释。
[0039]
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施 方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应 当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这
些示例性实 施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层 和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0040]
本发明实施例提供一种双杆排放装置，如图1-3所示，包括勘察注气探杆和放气探杆；所 述勘查注气探杆包括从上至下依次连接的第一空心探杆4、第一有孔探杆3和勘探探杆2；所 述放气探杆包括从上至下依次连接的第二空心探杆7、第二有孔探杆6和陀螺型钻头5。勘察 注气探杆用于勘察浅层气藏，放气探杆用于气体释放，当气体浓度较低或者淤泥堵住气孔时， 气体释放较为困难，空气压缩机连接勘察注气探杆并进行注气，增加浅层气藏压力，放气探 杆的内外压力差增加以后，气体从放气孔排出。采用双杆排放设计一方面解决了淤泥堵塞造 成的气体排放困难，另一方面完美的解决了气体释放不彻底的问题，尤其对于有害气体浓度 较低并且影响施工的区域，该设备还可适用于勘察领域。
[0041]
本实施例中，优选地，所述第一空心探杆4、第一有孔探杆3、勘探探杆2、第二空心探 杆7和第二有孔探杆6直径均相等；
[0042]
本实施例中，所述有孔探杆的放气孔为阵列布置的菱形孔29。采用此设计，增大进气面 积。
[0043]
本实施例中，所述陀螺型钻头5的直径大于放气探杆直径。采用此设计，防止钻入过程 中滤网的脱落。
[0044]
本实施例中，所述勘探探杆2包括钻头31、甲烷浓度传感器32、应变片33、孔压传感器 34、透水石35、摩擦套36和密封垫圈套37，所述透水石35沿周连接在钻头31上方，透水 石35内部空心且装有甲烷浓度传感器32，透水石35上方连接密封垫圈37，密封垫圈37上 部沿周连接摩擦套36，摩擦套36内部设有用于测量下压过程中孔隙水压力的孔压传感器34 和用于测量土体侧壁摩擦力的应变片33。采用此设计，摩擦套36下两端连接密封垫圈37， 防止下探时，水渗入仪器内部，破坏仪器精确性，摩擦套36内部的孔压传感器34和应变片 33以及下部的甲烷浓度传感器32能精准得勘察土体侧壁摩擦力，孔隙水压力，和甲烷浓度， 并准确识别气藏所在。
[0045]
一种双杆排放装置还包括信号传输装置，所述信号传输装置包括信号发射器14和信号接 收装置19，所述甲烷浓度传感器32、孔压传感器34和应变片33均与信号发射器14相连， 信号发射器14和信号接收装置19进行数据传输。
[0046]
当下探过程中，气体通过透水石35进入钻头室内，由甲烷浓度传感器32得到感应，再 通过电线传给信号发射器14；信号发射器14安装在第一空心探杆4的顶端，信号接收器19 安装在空气压缩机18上，用于对甲烷浓度以及土体参数数据的实时监测采集。采用此设计， 信号发射器14与勘察装置相连接能够实时监测土体参数，甲烷浓度，并把数据实时传递给信 号接收装置19，有利于展开后续放气工作。
[0047]
基于上述的从上至下依次连接的，本发明还提供一种陆域有控释放浅层有害气体的设备， 包括：
[0048]
一上述的一种双杆排放装置；
[0049]
一连接所述双杆排放装置并给所述双杆排放装置提供压入力的液压加载装置；
[0050]
一连接所述双杆排放装置并且对气体释放速率进行控制的有控放气装置；以及
[0051]
一连接所述有控放气装置并用来处理有害气体的气体燃烧装置。
[0052]
具体地，所述液压加载装置可包括反力锚8、架子9、滑轮10、加载器11、固定孔12、 控制器13，反力锚8连接架子用于插入地底用于为装置提供反力，架子9用于作为支撑，滑 轮10连接在加载器11下面同时安装在架子9上，便于左右滑动，上端的加载器11用于为探 杆提供竖直向下的力，固定孔12连接在加载器11上用于固定探杆位置，控制器13连接在架 子9上，用于控制加载器。采用此设计，反力锚8固定后为整个装置提供反力，加载器11下 的滑轮10设计，能够左右滑动，便于双杆直接位置的精确选择，固定孔11用于固定探杆的 位置，便于下探时稳定钻入。
[0053]
具体地，所述有控释放装置包括第一三向阀门15、第二三向阀门15
’
、第一三向阀门开关 16、第二三向阀门开关16
’
、顶端阀门17、空气压缩机18、气压表20、泥水分离阀门21、支 架22、沉淀池23、汽水泥分离器24和气流控制阀门25。在第二空心探杆6顶端安装顶端阀 门17；空气压缩机18的出口通过第一三向阀门15连接第一空心探杆4上，便于将空气通过 第一空心探杆4和第一有孔探杆3注入土体气藏中；第二三向阀门15
’
的入口、第一出口、第 二出口、分别与第二空心探杆6、顶端阀门17、汽水泥分离器24相连通，当探杆压入土体时 打开顶端阀门17，随着发现有气体溢出时，关闭阀门，连接第二三向阀门15
’
，并且打开第 二三向阀门开关16
’
，通过管道连接至汽水泥分离器24，气压表20安装在汽水泥分离器24 右侧，汽水泥分离器的底部安装有泥水分离阀门21，下端放置沉淀池23，中间通过支架22 连接，汽水泥分离器24的上端设置一个气流控制阀门25，可以控制气体的流量；进来的泥 水混合物通过泥水分离阀门21，进入沉淀池，而气体则进入通过气流控制阀门25进入气体 燃烧系统。采用此设计，空气压缩机18连接第一空心探杆4，在放气缓慢时，增大土体的气 压，再高内外气压差的情况下，便于有害气体更快更彻底的排出，泥水分离器18通过第二三 向阀门15
’
连接第二空心探杆6，能够使汽水泥一块进入，并通过打开泥水分离阀门21，使 水和泥与气体分离进入沉淀池23，而上方气体则通过气流控制阀门25进入气体燃烧装置， 并且稳定控制气体流量，实现有控释放。
[0054]
具体地，所述气体燃烧装置接于汽水泥分离器上，包括进气管39、电池40、电磁阀41、 点火器42、燃烧室43、开关27等组成。进气管39连接气流控制阀门25，并连通燃烧室43， 电池40安装在箱体底部右下端，通过电线连接电磁阀41与点火器42，开关27安装在箱体 外侧，当有害气体通过进气管39进入燃烧室43时，打开开关27通过电磁阀41控制点火器 42使气体在燃烧室43进行燃烧。采用此设计，进气管39进入的气体，直通燃烧室43，开关 27通过电磁阀41控制点火器42，实现了安全点火，防止出现爆炸的情况，燃烧室43能使有 害气体得到第一时间的处理，减少对空气的污染及人身的危害。
[0055]
下面简述发明装置的试验过程：
[0056]
将勘察注气探杆压入土层一定深度，具体深度根据实际工程决定，再通过勘探探杆2上 的勘探装置和甲烷浓度传感器32识别土层的含气砂质透镜体，并将获得的数据传给第一空心 探杆4顶端的信号发射器14，再由信号发射器将信号传给信号接收装置19，由信号接收装置 实时采集并记录得到的数据。
[0057]
识别出气藏所在后，通过液压加载装置将放气探杆距离勘察注气探杆旁大约50～100mm 处下压，并且下压深度大约比勘察注气探杆浅100～500mm的距离。当下压到预定深度发现有 气体冒出时，关闭顶端阀门17，并连接三向阀门15，接着通过管道和汽水泥分离器24以及 气体燃烧装置26相连接；气体通过放气探杆开始进行释放，当释放速率较慢时，
打开空气压 缩机18，向土体注入约0.7mpa的空气，增大含气土中气压从而进行气体释放，待放气探杆 中的释放速率又变为正常以后，停止注入空气。释放的气体进入汽水泥分离器24，连接气流 控制阀门25，控制气体释放速率，接着通过管道接至气体燃烧装置26燃烧。
[0058]
当气流减小到0，或者燃烧室燃烧殆尽时，断开三向阀门，继续上拔探杆，又出现浅层气 时，重复以上步骤。
[0059]
整理装备，准备下一个孔的有控双杆排放。
[0060]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。