一种岩层渗透率的测量方法与流程

本发明属于地质勘探技术领域，具体涉及一种岩层渗透率的测量方法。

背景技术：

“地质勘探”即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动。是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。在地质勘探钻孔时，地下水会通过钻孔内壁渗透到钻孔内，则需要测量渗透率。

测量时，由于钻孔内积水的深度不同时，岩层的渗透水的流量不同，所以通常需要测量积水深度在钻孔内的1/3深度、2/3深度和底部三个位置时对应的渗透率，以此来综合评价岩层的渗透率，因此需要先后三次通过调节水泵功率而调节水泵的流量，使水泵排出的流量等于对应水位时孔壁渗透水的流量。但是，由于测量时间较长，如果水泵不在额定功率下工作，长时间使用后很容易损坏水泵，减少使用寿命，所以现有技术中采取的方式是，在抽水管上连接一个三通接头，三通接头位于地面之上，三通接头再接一根回水管，回水管插入钻孔底部。当水泵工作时，抽水管内的一部分水通过三通接头和回水管回到钻孔内，施工人员在地面上通过三次调节三通接头的流量，让水泵排出的流量等于孔壁渗透水的流量，从而使钻孔内的液位在三个位置达到平衡，通过流量计测得的流量计算三个不同液位时岩层的渗透率，再综合三个渗透率的值即可计算该岩层的渗透率。

但是上述方式存在一些难点，首先需要将三通接头调节到合适的流量，这对于施工人员来说非常困难，因为如果三通接头的流量太大，使得水泵排出的流量小于孔壁渗透水的流量，则钻孔中的水位只会下降一小段深度就达到平衡水位，而不能在规定的深度位置达到平衡水位，无法测量渗透率；如果三通接头的流量太小，使得水泵排出的流量大于孔壁渗透水的流量，则钻孔内的积水会被抽干，也不能测量渗透率。其次由于回水管通常为软管，难以顺利的插入较小的钻孔中，而是仅放在钻孔的入口附近，使水流沿钻孔壁向下流动，由于水流到水面需要一定的时间，从而使得调节三通流量的人难以准确把握这个时间延迟而带来较多失误，所以这种方式导致施工人员操作非常困难，测量的准确性很低。

技术实现要素：

本发明目的是：旨在提供一种岩层渗透率的测量方法，以自动调节水泵排出钻孔积水的流量，较为准确地测量岩层的渗透率。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种岩层渗透率的测量方法，主要包括以下步骤：

步骤一，安装。

钻孔完成后，首先根据经验选择合适的且功率较小的水泵，然后将连接管的下端与水泵的出水口连接，水泵的上端与吊绳连接，然后再通过连接头将抽水管连接在连接管的上端，然后将水泵、连接管和抽水管逐渐放入钻孔底部，同时将水泵的电缆捆扎在抽水管的管壁上，当水泵到达钻孔底部合适位置后，将抽水管上端和吊绳的上端连接在支撑架上，然后将液位计放入钻孔底部合适位置，并将液位计的电线上端连接在支撑架上，然后再在抽水管上端连接排水管，并在排水管上安装流量计，启动水泵，水泵将钻孔内的积水通过抽水管向外排出，通过液位计检测钻孔内的液位，假设流量计测得的排水流量为q1，岩层渗水的流量为q2，

（1）如果钻孔内的液位下降一小段后维持不变，则说明q1＜q2，此水泵的功率较小，无法达到测量要求，需要更换功率稍大的水泵；逐渐选择功率依次增大的水泵进行安装后进行测试，直到钻孔内的积水逐渐下降到钻孔底部时，则说明q1＞q2，水泵的功率满足测量的要求，将该水泵确定为最终选用的水泵；

（2）如果钻孔内的液位一直下降到钻孔底部，则说明q1＞q2，为了避免水泵的功率过大而导致连接管无法发挥作用，需要更换功率稍小的水泵；逐渐选择功率依次减小的水泵进行安装后进行测试，直到钻孔内的液位下降一小段后维持不变，则说明q1＜q2，此水泵的功率较小，将上一次测量时功率较大的水泵确定为最终选用的水泵。

步骤二，液位在钻孔底部时岩层渗透率的测量。

初始状态时，钻孔内的积水液位较高，水泵和连接管完全淹没在积水中，所述连接管上连接有上挡块和下挡块，所述连接管上于上挡块与下挡块之间开设有排水孔，所述连接管外部于上挡块与下挡块之间套有浮筒，浮筒在积水的浮力作用下上浮，紧靠住上挡块，浮筒将所有排水孔封闭；

启动水泵，水泵将钻孔内的积水通过抽水管向外排出，初始时，q1＞q2，则钻孔内的积水会逐渐减少；当积水的液位下降到浮筒上部露出水面时，浮筒下降，部分排水孔露出水面，连接管内的部分积水通过露出水面的部分排水孔返回钻孔内，设返回钻孔内的积水的流量为q3；随着积水液位的逐渐降低，q3逐渐增大，q1逐渐减小，当q1减小到q1=q2，液位达到稳定状态时，读取流量计的读数，即可计算求得岩层在此液位时的渗透率。

步骤三，液位在钻孔内2/3深度时岩层渗透率的测量。

首先关闭水泵，将水泵和抽水管向上提升，使水泵上升到钻孔内2/3深度的位置，待液位恢复到初始位置时，按照步骤二，使液位重新达到平衡位置，读取此时流量计的读数，计算求得岩层在此液位时的渗透率。

步骤四，液位在钻孔内1/3深度时岩层渗透率的测量。

首先关闭水泵，将水泵和抽水管向上提升，使水泵上升到钻孔内1/3深度的位置，待液位恢复到初始位置时，按照步骤二，使液位重新达到平衡位置，读取此时流量计的读数，计算求得岩层在此液位时的渗透率；通过三个平衡液位时的渗透率，即可综合评价该岩层的渗透率。

进一步限定，所述排水孔为长条形结构，所述连接管上沿圆周方向开设有至少四个排水孔，所述浮筒的长度大于排水孔的长度。这样能够对积水通过排水孔的流量进行连续调节，提高调节的灵敏度越高，使测得的岩层渗透率越准确。

进一步限定，所述排水孔为圆孔结构，所述连接管上沿圆周方向开设有至少四列排水孔，所述浮筒的长度大于最上端排水孔到最下端排水孔之间的距离。排水孔的数量越多，在调节积水通过排水孔的流量时，调节的灵敏度越高，使测得的岩层渗透率越准确。

进一步限定，所述上挡块上沿圆周方向均匀设置有四个喷水孔，所述喷水孔内侧开口与连接管连通，所述喷水孔外侧开口朝下。在测量时，如果钻孔内壁掉落的泥土等将浮筒与钻孔内壁之间的缝隙堵塞，喷水孔内喷出的水能够将泥土等冲洗掉，尽量防止堵塞。

进一步限定，所述上挡块的下表面连接有环状挡圈。环状挡圈能够防止从喷水孔喷出的水冲刷在钻孔内壁，将内壁上的泥土冲掉，落在水泵与钻孔内壁之间而将水泵卡住。

进一步限定，所述浮筒的上端连接有扇形叶片。从喷水孔喷出的水向下冲在扇形叶片上，带动浮筒转动，从而防止水中的泥沙进入浮筒与连接管之间的缝隙而将浮筒卡死。

进一步限定，所述上挡块和下挡块的外径大于浮筒的外径。在将水泵放入钻孔底部时，由于上挡块和下挡块的外径大于浮筒的外径，可以防止浮筒碰刮到钻孔内壁而将浮筒损坏。

进一步限定，所述浮筒又分为上浮筒和下浮筒，所述上浮筒下端设置有内腔，所述下浮筒上端插入内腔内，所述上浮筒的外壁上开设有出气孔，所述出气孔与内腔连通，所述出气孔内连接有塞子。工作前，通过调节下浮筒插入内腔内的深度，从而调节内腔的大小，改变浮筒的浮力，从而适应不同深度的钻孔的使用。

进一步限定，所述支撑架上安装有定滑轮，所述吊绳连接在定滑轮上。当需要调节水泵的高度时，定滑轮便于拉动吊绳，操作方便。

本发明与现有技术相比，能够自动调节水泵排出钻孔积水的流量，而无需人为调节，不仅操作简单，而且测量结果更加准确。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为实施本发明的方法使用的测量装置的结构示意图；

图2为图1中a处的局部结构示意图；

图3为图2中b处的局部结构示意图；

图4为图2中c处的局部结构示意图；

图5为实施本发明的方法使用的测量装置的局部结构示意图；

主要元件符号说明如下：

水泵1、抽水管2、排水管3、支撑架4、流量计5、吊绳6、电缆7、连接管8、连接头81、上挡块82、喷水孔821、下挡块83、排水孔84、浮筒85、上浮筒851、下浮筒852、内腔853、塞子854。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1所示，本发明的一种岩层渗透率的测量方法，主要包括以下步骤：

步骤一，安装。

钻孔完成后，需要先进行安装，首先根据经验选择合适的且功率较小的水泵1，然后将连接管8的下端与水泵1的出水口连接，水泵1的上端与吊绳6连接，为了方便调节水泵1的高度，在支撑架4上安装定滑轮，将吊绳6上端绕在定滑轮上；连接管8的上端连接有连接头81，连接头81的结构类似于消防水管接头，将连接头81与抽水管2下端的接头相对转动，即可将抽水管2连接在连接管8的上端，抽水管2为软管结构；然后将水泵1、连接管8和抽水管2逐渐放入钻孔底部，同时将水泵1的电缆7通过多个扎带逐渐捆扎在抽水管2的管壁上，为了防止浮筒85碰刮到钻孔内壁而将浮筒85损坏，上挡块82和下挡块83的外径大于浮筒85的外径；

当水泵1到达钻孔底部合适位置后（根据钻孔深度以及水泵1和连接管8的长度即可确定需要多长的吊绳6和抽水管2才能使水泵1达到钻孔底部），将抽水管2上端和吊绳6的上端连接在支撑架4上，然后将液位计放入钻孔底部合适位置（由于液位平衡的位置位于排水孔84之间的某一位置，所以为了使液位计淹没在水中，需要将液位计放入排水孔84以下的位置，这一位置可根据钻孔深度以及水泵1、连接管8和抽水管2的长度求得），并将液位计的电线上端连接在支撑架4上，然后再在抽水管2上端连接排水管3，并在排水管3上安装流量计5。

步骤二，选择合适功率的水泵1。

启动水泵1，水泵1将钻孔内的积水通过抽水管2向外排出，通过液位计检测钻孔内的液位，假设流量计5测得的排水流量为q1，岩层渗水的流量为q2，

（1）如果钻孔内的液位下降一小段后维持不变，则说明q1＜q2，此水泵1的功率较小，无法达到测量要求，需要更换功率稍大的水泵1；逐渐选择功率依次增大的水泵1按照步骤一进行安装后进行测试，直到钻孔内的积水逐渐下降到钻孔底部时，则说明q1＞q2，水泵1的功率满足测量的要求，将该水泵1确定为最终选用的水泵1；

（2）如果钻孔内的液位一直下降到钻孔底部，则说明q1＞q2，为了避免水泵1的功率过大而导致连接管8无法发挥作用，需要更换功率稍小的水泵1；逐渐选择功率依次减小的水泵1按照步骤一进行安装后进行测试，直到钻孔内的液位下降一小段后维持不变，则说明q1＜q2，此水泵1的功率较小，将上一次测量时功率较大的水泵1确定为最终选用的水泵1。

在选择合适功率的水泵1时，对于稍微有些经验的技术人员来说，第一次使用的水泵与最终确定使用的水泵1的功率一般差距不是很大，所以只需校验少量几次，就可选择出合适功率的水泵1。另外需要说明的是，最好不要一开始就选择功率很大的水泵1，那可能会因为功率过大，导致即使排水孔84全部打开进行排水，钻孔内的积水依然减少，而无法测量岩层的渗透率。当然选择合适功率的水泵并不是必要步骤，通过调节功率也可以使得大功率水泵满足要求，采取上述方法可以很好的降低测试对于设备的要求。

步骤三，液位在钻孔底部时岩层渗透率的测量。

初始状态时，钻孔内的积水液位较高，水泵1和连接管8完全淹没在积水中，连接管8上连接有上挡块82和下挡块83，连接管8上于上挡块82与下挡块83之间开设有排水孔84，连接管8外部于上挡块82与下挡块83之间套有浮筒85，浮筒85在积水的浮力作用下上浮，紧靠住上挡块82，上挡块82对浮筒85起到限位的作用，浮筒85将所有排水孔84封闭；连接管8外壁与浮筒85内壁之间具有一定的间隙，这样能够防止连接管8与浮筒85之间的摩擦力过大而导致浮筒85无法上浮，虽然连接管8外壁与浮筒85内壁之间具有一定的间隙，但该间隙较小，从间隙中排出的水量对整个测量的结构影响很小，几乎可以忽略。

启动水泵1，水泵1将钻孔内的积水通过抽水管2向外排出，为了防止积水中的泥沙进入连接管8外壁与浮筒85内壁之间的间隙，而将浮筒85卡死，如图3所示，上挡块82上沿圆周方向均匀设置有四个喷水孔821，喷水孔821内侧开口与连接管8连通，喷水孔821外侧开口朝下，上挡块82的下表面连接有环状挡圈，浮筒85的上端连接有扇形叶片（图中未画出）。在测量时，环状挡圈能够防止从喷水孔821喷出的水冲刷在钻孔内壁，将内壁上的泥土冲掉，从喷水孔821喷出的水向下冲在扇形叶片上，带动浮筒85转动，从而防止钻孔内壁掉落的泥沙或者水中的泥沙进入浮筒85与连接管8之间的缝隙而将浮筒85卡死。

初始时，q1＞q2，则钻孔内的积水会逐渐减少；当积水的液位下降到浮筒85上部露出水面时，浮筒85下降，部分排水孔84露出水面，连接管8内的部分积水通过露出水面的部分排水孔84返回钻孔内，设返回钻孔内的积水的流量为q3；随着积水液位的逐渐降低，q3逐渐增大，q1逐渐减小，当q1减小到q1=q2，液位达到稳定状态（即使液位达到稳定状态的液位以下，由于此时q3+q2＞q1，所以液位最终还是会达到稳定状态），读取流量计5的读数，即可计算求得岩层在此液位时的渗透率。通过流量计5的读数计算岩层渗透率的计算过程为本领域的常规技术手段，此处不再赘述。

由于液位处于不同平衡位置时，岩层的渗透水流量不同，所以需要测试三个不同平衡液位时岩层的渗透率。在第一个液位平衡的位置测量完成后，需要进行另外两个液位平衡位置时渗透率的测量。

步骤四，液位在钻孔内2/3深度时岩层渗透率的测量。

首先关闭水泵1，将水泵1和抽水管2向上提升，使水泵1上升到钻孔内2/3深度的位置，待液位恢复到初始位置时，按照步骤三，使液位重新达到平衡位置，读取此时流量计5的读数，计算求得岩层在此液位时的渗透率。

步骤五，液位在钻孔内1/3深度时岩层渗透率的测量。

首先关闭水泵1，将水泵1和抽水管2向上提升，使水泵1上升到钻孔内1/3深度的位置，待液位恢复到初始位置时，按照步骤三，使液位重新达到平衡位置，读取此时流量计5的读数，计算求得岩层在此液位时的渗透率；通过三个平衡液位时的渗透率，即可综合评价该岩层的渗透率。

在使用上述方法进行测量时，如图2和图5所示，在连接管8上沿圆周方向开设四个长条形结构的排水孔84或者在连接管8上沿圆周方向开设四列圆孔结构的排水孔84，实际上，排水孔84的数量及结构可以根据具体情况而定；为了使浮筒85能够完全将排水孔84封闭，浮筒85的长度大于排水孔84的长度。

在使用上述方法进行测量时，如图4所示，浮筒85又分为上浮筒851和下浮筒852，上浮筒851下端设置有内腔853，下浮筒852上端插入内腔853内，上浮筒851的外壁上开设有出气孔，出气孔与内腔853连通，出气孔内连接有塞子854。在实际应用中，由于各种钻孔的深度不同，所以需要用到不同规格的水泵1，工作时，液位在不同深度时，连接管8内的水压不同，导致从露出液面的排水孔84喷出的水压也不同，喷出的水对浮筒85有向下的作用力，将浮筒85向下推，通过调节下浮筒852插入内腔853内的深度，从而调节内腔853的大小，改变浮筒85的浮力大小，以此来抵消喷出的水对浮筒85向下的推力，从而适应不同深度的钻孔的使用。

以上对本发明提供的一种岩层渗透率的测量方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。