CN113433599A - 溶洞形态勘探方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶洞形态勘探方法及装置，其中方法包括S1.在潜孔锤上套设喷射热蒸汽的喷气组件；S2.潜孔锤进行钻孔，喷气组件向钻孔的孔壁喷射热蒸汽；S3.采用红外线温度探测法探测溶洞形态；该装置原理基于方法进行设置，包括用于红外线温度探测的红外探测器、套设在潜孔锤上用于喷射热蒸汽的喷气组件、设置在潜孔锤上的水位传感器，水位传感器与喷气组件、红外探测器相配合，当水位传感器检测到钻孔内的水位低于阈值时，发送启动信号给喷气组件和红外探测器，喷气组件喷射热蒸汽，红外探测器开启红外温度探测并记录数据。本发明相比现有技术能够快速探测溶洞的形态。

Description

溶洞形态勘探方法及装置

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体为一种溶洞形态勘探方法及装置。

背景技术

岩溶又称为喀斯特地貌，是水流对碳酸盐岩等可溶性岩石的化学及物理作用所产生的地质现象，是溶沟、溶隙、溶洞、暗河等一系列现象的统称。我国碳酸盐岩层分布十分广泛，裸露于地表的碳酸盐岩面积有203万km2，加上覆盖和埋藏于地下的碳酸盐岩，岩溶分布总面积达363万多km2，约占整个国土面积的1/3，主要分布在长江流域一带及西南片区。岩溶作用将使岩体结构及表观发生显著变化，改变了岩体周围的应力状态，严重破坏了岩体的完整性，大大降低了岩土体的强度和稳定性。

溶洞是岩溶现象主要表现之一，随着国家对基础设施建设深入推进，岩溶发育地区各类工程建设项目越来越多，然而由于水对可溶性岩石综合作用的复杂性，岩溶发育的影响因素繁杂众多，溶洞大小相差悬殊，形状***，其断面形态极不规则很不具规律性。

中国专利申请号为CN202010954535.8的发明专利，公开了一种空洞探测装置、探测方法及液气存储方法，其采用注气和抽气的方式，结合弹性记忆气囊来记录溶洞的体积，但是这种方案只能记录体积，并不能探测溶洞的形态。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种溶洞形态勘探方法，能够探测溶洞的形态。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种溶洞形态勘探方法，该方法包括如下步骤：

S1.在潜孔锤上套设喷射热蒸汽的喷气组件；

S2.潜孔锤进行钻孔，喷气组件向钻孔的孔壁喷射热蒸汽；

S3.采用红外线温度探测法探测溶洞形态。

作为本发明的进一步改进，S2中，潜孔锤钻孔同时向钻孔中倒水并持续补充水量。

作为本发明的进一步改进，在潜孔锤上设置水位传感器，当水位传感器检测到水位下降到阈值时，喷气组件喷射热蒸汽。

作为本发明的进一步改进，还包括

S4.根据溶洞形态判断是否需要体积检测；

S5.需要体积检测，则向钻孔注水并记录注水体积，直至水位传感器检测到水位到达阈值，获得溶洞体积。

一种溶洞形态勘探装置，包括用于红外线温度探测的红外探测器、套设在潜孔锤上用于喷射热蒸汽的喷气组件、设置在潜孔锤上的水位传感器，所述水位传感器与喷气组件、红外探测器相配合，当水位传感器检测到钻孔内的水位低于阈值时，发送启动信号给喷气组件和红外探测器，所述喷气组件喷射热蒸汽，所述红外探测器开启红外温度探测并记录数据。

作为本发明的进一步改进，所述喷气组件包括用于与潜孔锤套接的壳体、均设置在壳体内的加热器、储水器、喷射器、增压器，所述壳体呈环形，套接在潜孔锤的连杆上，所述增压器与加热器连接，以获取加热器内的蒸汽；所述加热器与储水器连接，以获取储水器的水并加热；所述喷射器的一端与壳体连接，穿透壳体用于出气，另一端与潜孔锤的连杆连通，以获取潜孔锤内连向外部的空气；所述增压器还具有一个与喷射器连接的电控阀，所述增压器通过电控阀与喷射器连接，所述电控阀与水位传感器联动。

作为本发明的进一步改进，所述喷射器包括气阀和安装在气阀上的气嘴，所述气阀与潜孔锤的连杆、增压器均连接；所述气嘴包括用于与气阀安装的密封塞、可伸缩的设置在密封塞内的输气管、用于将密封塞固定在壳体上的固定座，所述输气管的侧面开设有腰型槽，所述密封塞上开设有螺纹孔，所述螺纹孔的位置与腰型槽对应，所述输气管与密封塞通过螺纹孔和与其配合的螺栓进行装配，所述螺栓位于腰型槽内限制输气管的最大伸缩范围。

作为本发明的进一步改进，所述输气管的一端具有一沿其周向设置的凸沿，所述输气管上同轴套设有限位环，该限位环位于凸沿朝向密封塞一侧的输气管上，所述限位环与密封塞之间设置有轴向套设在输气管上的弹簧，所述限位环的内径小于凸沿的外径。

作为本发明的进一步改进，所述固定座上开设有供输气管通过的通孔，该通孔的孔径与限位环相适配，该通孔的长度与输气管的伸缩行程相匹配。

作为本发明的进一步改进，所述气阀上设置有用于连接密封塞的连接件，该连接件与气阀固定连接，所述连接件上设置有用于箍紧密封塞的抱箍，所述密封塞上设置有耐高温橡胶制成的密封圈，该密封圈与抱箍的位置相对应。

本发明的有益效果，

1.利用蒸汽的喷射能够快速填充溶洞，少量的水就可以产生大量的蒸汽，意味着在探测时所需携带的水量可以减少，有利于设备优化，减轻潜孔锤的负担。

2.在蒸汽填充溶洞时，能够在溶洞的内壁上产生明显的热力界限，进而让红外线温度探测法得到的测绘图更加清晰准确。

3.利用热蒸汽的扩散能够发现该溶洞中是否具有地下水，在测绘中能够明显表现出来。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的方法步骤示意图；

图2为本发明的另一种实施方式的方法步骤示意图；

图3为本发明的其中一种勘探装置结构示意图；

图4为本发明的蓄水状态钻孔示意图；

图5为本发明的钻入溶洞状态示意图；

图6为本发明的气嘴结构示意图；

图7为本发明的喷组组件部件关系示意图；

图8为本发明的固定座结构示意图。

附图标号：1、潜孔锤；2、喷气组件；3、红外探测器；4、水位传感器；5、喷射器；52、气嘴；521、密封塞；522、输气管；523、固定座；524、腰型槽；525、螺纹孔；526、螺栓；53、凸沿；54、限位环；55、弹簧；7、通孔；8、连接件；81、抱箍；82、密封圈。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1-8所示，

实施例1

一种溶洞形态勘探方法，该方法包括如下步骤：

S1.在潜孔锤1上套设喷射热蒸汽的喷气组件2；

S2.潜孔锤1进行钻孔，喷气组件2向钻孔的孔壁喷射热蒸汽；

S3.采用红外线温度探测法探测溶洞形态。

基于该方法，在初步探测到溶洞之后需要确定溶洞的形态，此时利用潜孔捶进行钻孔，在钻孔过程中可以向钻孔的孔壁喷射热蒸汽，同时利用红外线温度探测法配合热蒸汽的温度进行红外线温度探测，能够获取孔壁周围是否存在其他的溶洞，当然该探测范围较小，仅作为补充探测作用。当钻孔到达溶洞位置时，利用喷气组件2向溶洞内喷射热蒸汽，此时在结合红外线温度探测法对溶洞内的形态进行探测，利用蒸汽的喷射能够快速填充溶洞，少量的水就可以产生大量的蒸汽，意味着在探测时所需携带的水量可以减少，有利于设备优化，减轻潜孔锤1的负担。而且在蒸汽填充溶洞时，能够在溶洞的内壁上产生明显的热力界限，进而让红外线温度探测法得到的测绘图更加清晰准确。

而且利用热蒸汽的扩散能够发现该溶洞中是否具有地下水，在测绘中能够明显表现出来。

相比现有技术中的方案来说，本申方案能够快速获得溶洞的形态，是利用该现有技术无法解决的问题。

现有技术中也有一些采用摄像装置对溶洞内的影响进行捕捉的方式来获取形态，但是这种捕捉方式难以捕捉体积较大的溶洞形态。

优选的，S2中，潜孔锤1钻孔同时向钻孔中倒水并持续补充水量。

在对钻孔中倒入水分，此时在潜孔锤1钻孔到达溶洞位置时，在钻孔中存蓄的水会进入到溶洞中，此时就会有非常明显的表现，进而知识操作人员开启喷射组件进行蒸汽喷射，而持续补充水量是为了避免在钻孔中正常的土壤渗透而减少，通常的来说，潜孔锤1钻孔后的钻孔孔壁渗水效果差，具有一定的蓄水效果，将钻孔中的水量保持在钻孔开口位置较近的位置，则可以更加便于观察，而且由于潜孔锤1及其连杆本身具有一定的体积，因此所需要的水量也并不大，在这些蓄水进入到溶洞之后也不会对溶洞中是否有地下水的探测产生实质影响。

为了提高自动化效果，一下提供一种便于实施的方案，在潜孔锤1上设置水位传感器4，当水位传感器4检测到水位下降到阈值时，喷气组件2喷射热蒸汽。

利用水位传感器4对钻孔内的水位进行检测，上述提到的阈值可以是水位传感器4的任一位置，在潜孔锤1突破溶洞后进入溶洞，如果蓄水进入到溶洞中，意味着喷气组件2也已经进入到溶洞中，在水位传感器4检测到蓄水进入溶洞之后，通过发送信号的方式对喷气组件2进行控制，使其开始喷射蒸汽，能够具有更高的自动化效果。

综合上述实施方式，红外线温度探测法可以是将红外线探测装置集成在潜孔锤1上或者喷气组件2上；也可以是另外通过绳索下方的方式进行下方检测，具体的方式可以由本领域技术人员进行选择和组合。

相对比现有技术用注气和抽气的方式进行体积测量，本方案的红外温度探测法探测获得的测绘结果也能够展现溶洞的体积数值。当然，为了进一步确认测量是否准确，或者说提供一种能够测量溶洞体积的方式，本方案还具有以下步骤：

S4.根据溶洞形态判断是否需要体积检测；

S5.需要体积检测，则向钻孔注水并记录注水体积，直至水位传感器4检测到水位到达阈值，获得溶洞体积。

利用红外线温度探测方法得到的测绘结果估算大致的溶洞大小，并且判断是否需要进行体积检测，如果需要则进行注水检测，在注水过程中水会填满溶洞，直到水位传感器4检测到溶洞的水位已满，此时便于操作人员判断，在得到注水的总体积之后就可以获得溶洞的体积，进而进行体积确认或者体积检测。

通过以上方案，本方案不仅能够进行溶洞形态的探测，还能够进行结果确认和体积检测。

实施例2

一种溶洞形态勘探装置，包括用于红外线温度探测的红外探测器3、套设在潜孔锤1上用于喷射热蒸汽的喷气组件2、设置在潜孔锤1上的水位传感器4，水位传感器4与喷气组件2、红外探测器3相配合，当水位传感器4检测到钻孔内的水位低于阈值时，发送启动信号给喷气组件2和红外探测器3，喷气组件2喷射热蒸汽，红外探测器3开启红外温度探测并记录数据。

在本实施例中，红外探测器3可以是独立的也可以是可配合的安装在喷气组件2上的，红外探测器3对应实施例1中的红外线温度探测法，其对应的技术效果与实施例1中记载的相同，因此不再做过多赘述。

优选的，喷气组件2包括用于与潜孔锤1套接的壳体、均设置在壳体内的加热器、储水器、喷射器5、增压器，壳体呈环形，套接在潜孔锤1的连杆上，增压器与加热器连接，以获取加热器内的蒸汽；加热器与储水器连接，以获取储水器的水并加热；喷射器5的一端与壳体连接，穿透壳体用于出气，另一端与潜孔锤1的连杆连通，以获取潜孔锤1内连向外部的空气；增压器还具有一个与喷射器5连接的电控阀，增压器通过电控阀与喷射器5连接，电控阀与水位传感器4联动。

具体的来说，喷气组件2本身是现有技术，其具有壳体、加热器、储水器、喷射器5、增压器，这些部件集成在壳体内是本领域技术人员根据公知常识和现有技术是能够按需求进行布置的，而其中壳体呈环形，能够与潜孔锤1的连杆更好配合。本方案中，喷射器5一端能够将热蒸汽配合增压器进行喷出，另一端可以与连杆连通，借助连杆内的通道获取空气，进而将蒸汽喷出，通过与连杆内的通道进行配合能够有效的利用潜孔锤1的结构进行配合来增加喷射效果，利用电控阀与水位传感器4的配合，能够在水位传感器4检测到蓄水下放到溶洞中之后向电控阀发出开启信号，电控阀开启之后配合增压器将蒸汽喷出，此处采用蒸汽的配合方式还利用了蒸汽本身具备的热胀原理，因此其本身具备一定的喷射效果，能够与增压器起到相辅相成的效果。

优选的，喷射器5包括气阀和安装在气阀上的气嘴52，气阀与潜孔锤1的连杆、增压器均连接；气嘴52包括用于与气阀安装的密封塞521、可伸缩的设置在密封塞521内的输气管522、用于将密封塞521固定在壳体上的固定座523，输气管522的侧面开设有腰型槽524，密封塞521上开设有螺纹孔525，螺纹孔525的位置与腰型槽524对应，输气管522与密封塞521通过螺纹孔525和与其配合的螺栓526进行装配，螺栓526位于腰型槽524内限制输气管522的最大伸缩范围。

设置的气阀连接连杆和增压器，能够实现获取空气和获取蒸汽，并配合气嘴52将蒸汽喷出。气嘴52在安装时，利用密封塞521将于气阀进行配合安装，输气管522与密封塞521进行配合安装，输气管522在密封塞521内可以伸缩，能够适应蒸汽喷出时的气动，在气阀开启的瞬间产生的冲击能够利用伸缩的方式进行吸收，其中腰型槽524的设计配合螺栓526能够对输气管522的伸缩进行限位，而腰型槽524的长度可以作为输气管522伸缩的行程距离，螺栓526与螺纹孔525的配合还能够将密封塞521与输气管522进行装配，具体的来说两者在伸缩的同时还处于密封状态。

更进一步，输气管522的一端具有一沿其周向设置的凸沿53，输气管522上同轴套设有限位环54，该限位环54位于凸沿53朝向密封塞521一侧的输气管522上，限位环54与密封塞521之间设置有轴向套设在输气管522上的弹簧55，限位环54的内径小于凸沿53的外径。

利用凸沿53能够对限位环54进行限位，限位环54的设置又能够配合弹簧55，弹簧55能够让输气管522在伸缩的时候具有复位和缓冲的效果。而且弹簧55是套设在输气管522上的，因此弹簧55在对输气管522进行缓冲作用的同时，输气管522还对弹簧55具有导向和稳定的作用。设置的限位环54的内径小于凸沿53的外径，因此能够利用凸沿53对限位环54进行限位，让限位环54能够更加稳定的支撑弹簧55。此外，相比直接利用凸沿53来配合弹簧55来说，本方案中的限位环54是能够在输气管522上进行移动的，因此还具有弹簧55对凸沿53的冲击效果，限位环54的材质可以采用耐高温材料制成，具体的来说可以是耐高温橡胶，能够提供更强的缓冲效果。

另外，固定座523上开设有供输气管522通过的通孔7，该通孔7的孔径与限位环54相适配，该通孔7的长度与输气管522的伸缩行程相匹配。

其中通孔7的孔径与限位环54，能够让限位环54在通孔7中移动，确切的来说，限位环54就是位于通孔7中，并且在通孔7中移动的，因此能够使通孔7的孔壁对限位环54进行支撑，而通孔7的长度与输气管522的伸缩行程相适配，能够充分确保限位环54的移动范围与通孔7的长度配合，让限位环54能够配合通孔7始终对输气管522进行支撑，同时限位环54具有抗震的作用，不仅能够吸收输气管522轴向上的震动，还能够与输气管522垂直方向上的震动。

更进一步的设置中，气阀上设置有用于连接密封塞521的连接件8，该连接件8与气阀固定连接，连接件8上设置有用于箍紧密封塞521的抱箍81，密封塞521上设置有耐高温橡胶制成的密封圈82，该密封圈82与抱箍81的位置相对应。

利用抱箍81与密封塞521上的密封圈82进行配合，能够起到紧固和密封的效果，而且抱箍81的抱紧效果是由外向内进行抱紧，因此能够保留密封圈82原有的形状，因此能够保持密封圈82具备的密封效果，在利用连接件8与气阀进行固定，再提高固定的稳定性。

上述的抱箍81通过具有形变能力的绳索进行箍紧，如图8所示，抱箍81设置在固定座523上，并且通过绳索拉紧的方式进行箍紧，抱箍81分为两部分，一部分是与固定座523固定的定位部分，另一部分是与固定座523铰接的活动部分，活动部分在绳索拉紧的作用下进行翻转，配合固定部分进行固定，伸缩固定具有的好处是有一定的缓冲效果，并且通过伸缩的弯曲便于适应活动部分的开合，同时相比传统的抱箍81来说，本方案的抱箍81采用绳索能够将箍紧的力包裹在抱箍81的四周，而不是传统的螺栓526连接的地方。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种溶洞形态勘探方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1.在潜孔锤上套设喷射热蒸汽的喷气组件；

S2.潜孔锤进行钻孔，喷气组件向钻孔的孔壁喷射热蒸汽；

S3.采用红外线温度探测法探测溶洞形态。

2.根据权利要求1所述的溶洞形态勘探方法，其特征在于，S2中，潜孔锤钻孔同时向钻孔中倒水并持续补充水量。

3.根据权利要求2所述的溶洞形态勘探方法，其特征在于，在潜孔锤上设置水位传感器，当水位传感器检测到水位下降到阈值时，喷气组件喷射热蒸汽。

4.根据权利要求1所述的溶洞形态勘探方法，其特征在于，还包括

S4.根据溶洞形态判断是否需要体积检测；

S5.需要体积检测，则向钻孔注水并记录注水体积，直至水位传感器检测到水位到达阈值，获得溶洞体积。

5.一种溶洞形态勘探装置，其特征在于，包括用于红外线温度探测的红外探测器、套设在潜孔锤上用于喷射热蒸汽的喷气组件、设置在潜孔锤上的水位传感器，所述水位传感器与喷气组件、红外探测器相配合，当水位传感器检测到钻孔内的水位低于阈值时，发送启动信号给喷气组件和红外探测器，所述喷气组件喷射热蒸汽，所述红外探测器开启红外温度探测并记录数据。

6.根据权利要求5所述的溶洞形态勘探装置，其特征在于，所述喷气组件包括用于与潜孔锤套接的壳体、均设置在壳体内的加热器、储水器、喷射器、增压器，所述壳体呈环形，套接在潜孔锤的连杆上，所述增压器与加热器连接，以获取加热器内的蒸汽；所述加热器与储水器连接，以获取储水器的水并加热；所述喷射器的一端与壳体连接，穿透壳体用于出气，另一端与潜孔锤的连杆连通，以获取潜孔锤内连向外部的空气；所述增压器还具有一个与喷射器连接的电控阀，所述增压器通过电控阀与喷射器连接，所述电控阀与水位传感器联动。

7.根据权利要求6所述的溶洞形态勘探装置，其特征在于，所述喷射器包括气阀和安装在气阀上的气嘴，所述气阀与潜孔锤的连杆、增压器均连接；所述气嘴包括用于与气阀安装的密封塞、可伸缩的设置在密封塞内的输气管、用于将密封塞固定在壳体上的固定座，所述输气管的侧面开设有腰型槽，所述密封塞上开设有螺纹孔，所述螺纹孔的位置与腰型槽对应，所述输气管与密封塞通过螺纹孔和与其配合的螺栓进行装配，所述螺栓位于腰型槽内限制输气管的最大伸缩范围。

8.根据权利要求7所述的溶洞形态勘探装置，其特征在于，所述输气管的一端具有一沿其周向设置的凸沿，所述输气管上同轴套设有限位环，该限位环位于凸沿朝向密封塞一侧的输气管上，所述限位环与密封塞之间设置有轴向套设在输气管上的弹簧，所述限位环的内径小于凸沿的外径。

9.根据权利要求8所述的溶洞形态勘探装置，其特征在于，所述固定座上开设有供输气管通过的通孔，该通孔的孔径与限位环相适配，该通孔的长度与输气管的伸缩行程相匹配。

10.根据权利要求9所述的溶洞形态勘探装置，其特征在于，所述气阀上设置有用于连接密封塞的连接件，该连接件与气阀固定连接，所述连接件上设置有用于箍紧密封塞的抱箍，所述密封塞上设置有耐高温橡胶制成的密封圈，该密封圈与抱箍的位置相对应。

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