CN112180461B - 一种空洞探测装置、探测方法及液气存储方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种空洞探测装置、探测方法及液气存储方法，包括抽气模块、注气模块和管件，所述管件包括第一管件及套设在第一管件的外侧的第二管件，管件的一端通过密封件与抽气模块和/或注气模块连接，管件的另一端用于探入空洞内；所述第一管件用于探入空洞的一端套设有弹性记忆气囊，所述第二管件上未探入空洞的位置开有至少一个通气孔；本公开采用高分子记忆性气囊能够真实记忆空洞边界，实现了空洞的体积和形状的准确快速测量，且能够在空洞体积和边界确定后用于进行城市应急水、油、气等的存储。

Description

一种空洞探测装置、探测方法及液气存储方法

技术领域

本公开涉及空洞探测技术领域，特别涉及一种空洞探测装置、探测方法及液气存储方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在地下工程施工过程中，由地层空洞引起的地表塌陷问题尤为突出，现有的溶洞或者空洞探测方法主要是激光探查和声波探查。

本公开发明人发现，现有的探测方法在遇到不规则溶洞时存在盲区且存在信号重叠，进而导致探查不准确；现有的探测方法在探测到具体的空洞位置后，无法确切的确定空洞的体积，即无法对空洞的真实体积大小进行测量；现有的探测方法只能对空洞进行定性的测量，无法准确的得到空洞的形状。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种空洞探测装置、探测方法及液气存储方法，采用高分子记忆性气囊能够真实记忆空洞边界，实现了空洞的体积和形状的准确快速测量，且能够在空洞体积和边界确定后用于进行城市应急水、油、气等的存储。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种空洞探测装置。

一种空洞探测装置，包括抽气模块、注气模块和管件，所述管件包括第一管件及套设在第一管件的外侧的第二管件，管件的一端通过密封件与抽气模块和/或注气模块连接，管件的另一端用于探入空洞内；

所述第一管件用于探入空洞的一端套设有弹性记忆气囊，所述第二管件上未探入空洞的位置开有至少一个通气孔。

作为可能的一些实现方式，所述第一管件和/或第二管件为伸缩管。

作为可能的一些实现方式，所述弹性记忆气囊为高分子弹性记忆气囊。

作为可能的一些实现方式，所述第一管件和第二管件同轴设置。

作为可能的一些实现方式，所述弹性记忆气囊内设有气体密度计与线缆，所述线缆通过第一管件穿出。

作为可能的一些实现方式，所述抽气模块包括抽气泵、气体密度计和气体流量计，所述注气模块包括充气泵、气体密度计和气体流量计，所述抽气泵和充气泵均通过管道和密封件与第二管件的远离空洞的端部连通。

作为可能的一些实现方式，所述密封件为封口环。

本公开第二方面提供了一种空洞探测方法。

一种空洞探测方法，利用本公开第一方面所述的空洞探测装置，包括以下步骤：

将第二管件和包裹着弹性记忆气囊的第一杆件伸入空洞内部；

向弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，记录记录下充气密度与充气气体体积；

利用充气质量除以弹性记忆气囊内的密度计测得的气体密度，得到空洞的体积。

作为可能的一些实现方式，体积测量完毕后，抽取气囊内气体，记录抽取气体体积，取出气囊，将取出后气囊注入与抽取气体相同体积的气体即可还原溶洞的真实大小形态。

本公开第三方面提供了一种液气存储方法。

一种液气存储方法，利用本公开第一方面所述的空洞探测装置，包括以下步骤：

将第二管件和包裹着弹性记忆气囊的第一杆件伸入空洞内部；

向弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，记录记录下充气密度与充气气体体积；

利用充气质量除以弹性记忆气囊内的密度计测得的气体密度，得到空洞的体积；

体积测量完毕后，向气囊内灌注与空洞体积相同的液体或气体。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的空洞探测装置、探测方法及液气存储方法，采用高分子记忆性气囊能够真实记忆空洞边界，实现了空洞的体积和形状的准确快速测量。

2、本公开所述的空洞探测装置、探测方法及液气存储方法，装置简单、方便，易操作，较激光、声波等昂贵探查设备具有明显成本优势。

3、本公开所述的液气存储方法，使得装置可充当城市应急水、油、液化气存储库，具有重要战略意义。

4、本公开所述的空洞探测装置、探测方法及液气存储方法，能够实现对复杂的空洞进行体积和边界检测，极大的提高了对空洞真实情况的检测能力。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的空洞定量探查装置的结构示意图。

图2为本公开实施例1提供的封口环的结构示意图。

1、抽气***，2、抽气泵，3、高压充气泵，4、注气***，5、可伸缩套管，6、通气孔，7、弹性记忆气囊，8、气囊探管，9、地下空洞，10、气体密度计，11、气体流量计，12、封口环。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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公开的示例性实施方式。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。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种空洞探测装置，包括抽气***1、注气***4和管件，所述管件包括第一管件及套设在第一管件的外侧的第二管件，管件的一端通过密封件与抽气***和/或注气***连接，管件的另一端用于探入地下空洞9内；

所述第一管件用于探入空洞的一端套设有弹性记忆气囊7，所述第二管件上未探入空洞的位置开有至少一个通气孔，以便地下空洞9内部气体受挤压逸出。

在本实施中，所述密封件为封口环12，如图2所示。

本实施中，所述弹性记忆气囊是套设且固定在第一管件的外侧面上。

可以理解的，在其他一些实施方式中，所述弹性记忆气囊的一部分伸入到第一管件的内部且与第一管件的内侧壁固定，另一部分伸出到第一管件外。

所述第二管件为可伸缩套管5，所述第一管件为气囊探管8。

本实施例中，所述可伸缩套管5的一端深入空洞内部，另一端与封口环相连，具有稳固孔壁与出气的功能。

气囊探管8一端深入溶洞内部，另一端与密封件相连，方便气囊进出溶洞且易于封口。

本实施例中，气囊探管8可以是硬质可伸缩管，也可以是不可伸缩管，本领域技术人员可以根据具体工况设计。

所述高分子弹性记忆气囊具有良好弹性，与岩土体接触后有良好的形状记忆性，能够记忆形变后气囊状态，且所述高分子弹性记忆气囊具有良好的致密性，可以用于存储水、油、液化气等。

所述高压注气***4通过封口环与高分子弹性记忆气囊相连，打开封口环即可向高分子弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时即可认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，此时记录记录下充气气体密度与充气气体体积。

所述抽气***通过封口环与高分子弹性记忆气囊相连，打开封口环即可向溶洞腔内和高分子弹性记忆气囊内不断抽气。

所述弹性记忆气囊为高分子弹性记忆气囊，具体材质为形状记忆高分子，形状记忆高分子就是运用现代高分子物理学理论和高分子合成及改性技术，对通用高分子材料进行分子组合和改性获得的一类高分子材料，如聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚氨酯等高分子材料进行分子设计及分子结构的调整，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状(起始态)，当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定(变形态)。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们便可逆的恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态-固定变形态-恢复起始态”的循环。

本实施例中，所述第一管件和第二管件同轴设置。

可以理解的，在其他一些实施方式中，所述第一管件和第二管件也可以不同轴，只要实现两个管件的套设即可。

所述弹性记忆气囊内设有气体密度计与线缆，所述线缆通过第一管件穿出。

所述抽气***包括抽气泵2、气体密度计10和气体流量计11，所述注气***包括高压充气泵3、气体密度计10和气体流量计11，所述抽气泵和充气泵均通过管道和密封件与第二管件的远离空洞的端部连通。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种空洞探测方法，利用实施例1提供的空洞探测装置，包括以下步骤：

(1)将探管及其中包裹着高分子弹性记忆气囊的套管深入溶洞内部。

(2)关上套管封口环，打开探管封口环，开启高压注气***，向高分子弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时即可认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，此时记录记录下充气密度与充气气体体积。

(3)考虑到注入高压气体可能压缩，造成测得值偏大，因此根据质量守恒原理进行修正：

充气质量：M1＝ρ1*V1，M2＝ρ2*V2，M1＝M2，V2＝M1/ρ2，即可求得真实溶洞体积。

其中ρ1、V1为注入气体密度和体积，通过气体密度计和流量计即可测得，ρ2为气囊内测得真实气体密度。

(4)计算测量完毕后，通过气囊探管，抽取气囊内气体，记录抽取气体体积，取出气囊；

由于气囊具有记忆性，将取出后气囊注入相同体积的气体即可还原溶洞的真实大小形态。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种液气存储方法，利用本公开实施例1所述的空洞探测装置，在测量溶洞体积后并充当城市应急水、油、气存储库，包含以下步骤：

(1)将探管及其中穿包裹着高分子弹性记忆气囊的套管深入溶洞内部。

(2)关上套管封口环，打开探管封口环，开启高压注气***，向高分子弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时即可认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，此时记录记录下充气密度与充气气体体积。

(3)考虑到注入高压气体可能压缩，造成测得值偏大，因此根据质量守恒原理进行修正：

充气质量：M1＝ρ1*V1，M2＝ρ2*V2，M1＝M2，V2＝M1/ρ2，即可求得真实溶洞体积。

其中ρ1、V1为注入气体密度和体积，通过气体密度计和流量计即可测得，ρ2为气囊内测得真实气体密度。

(4)计算测量完毕后，通过气囊探管向气囊内灌注城市应急水、油、气等，由于气囊有很好的密闭性，因此可作为城市应急水、油、气存储库；

(5)封闭封口环，妥善管理。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空洞探测装置，其特征在于，包括抽气模块、注气模块和管件，所述管件包括第一管件及套设在第一管件的外侧的第二管件，管件的一端通过密封件与抽气模块和/或注气模块连接，管件的另一端用于探入空洞内，抽气模块包括气体密度计和气体流量计，所述注气 模块包括气体密度计和气体流量计；

所述第一管件用于探入空洞的一端套设有弹性记忆气囊，所述第二管件上未探入空洞的位置开有至少一个通气孔。

2.如权利要求1所述的空洞探测装置，其特征在于，所述第一管件和/或第二管件为伸缩管。

3.如权利要求1所述的空洞探测装置，其特征在于，所述弹性记忆气囊为高分子弹性记忆气囊。

4.如权利要求1所述的空洞探测装置，其特征在于，所述第一管件和第二管件同轴设置。

5.如权利要求1所述的空洞探测装置，其特征在于，所述弹性记忆气囊内设有气体密度计与线缆，所述线缆通过第一管件穿出。

6.如权利要求1所述的空洞探测装置，其特征在于，所述抽气模块还包括抽气泵，所述注气模块还包括充气泵，所述抽气泵和充气泵均通过管道和密封件与第二管件的远离空洞的端部连通。

7.如权利要求1所述的空洞探测装置，其特征在于，所述密封件为封口环。

8.一种空洞探测方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的空洞探测装置，包括以下步骤：

将第二管件和包裹着弹性记忆气囊的第一杆件伸入空洞内部；

向弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，记录记录下充气密度与充气气体体积；

利用充气质量除以弹性记忆气囊内的密度计测得的气体密度，得到空洞的体积。

9.如权利要求8所述的空洞探测方法，其特征在于，体积测量完毕后，抽取气囊内气体，记录抽取气体体积，取出气囊，将取出后气囊注入与抽取气体相同体积的气体即可还原溶洞的真实大小形态。

10.一种液气存储方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的空洞探测装置，包括以下步骤：

将第二管件和包裹着弹性记忆气囊的第一杆件伸入空洞内部；

向弹性记忆气囊内不断充气，使其膨胀充分与溶洞边界相贴合，当继续加压时无气体流入，达到稳态时认为此时记忆气囊与溶腔充分贴合，记录记录下充气密度与充气气体体积；

利用充气质量除以弹性记忆气囊内的密度计测得的气体密度，得到空洞的体积；

体积测量完毕后，向气囊内灌注与空洞体积相同的液体或气体。

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