基于钻机浅层有害气体探测装置的连续探测和释放方法与流程

1.本发明涉及浅层有害气体探测和释放技术领域，特别涉及基于钻机浅层有害气体探测装置的连续探测和释放方法。


背景技术：

2.在如我国东南沿海地区类似的第四纪地层普遍发育着浅层沼气中，沼气零星分布，局部富集。沼气具可燃性，有一定压力，是地下工程可能遇到的地质灾害之一，例如上海长江口的一条排污隧道，因地下浅层气体的突涌引起隧道断裂；杭州湾跨海大桥桩基施工中因地下浅层气体喷发造成船毁人亡的事故。长江边某工作井基坑开挖至设计标高，浇筑基础时发生沼气喷出影响基础施工。
3.地下浅层沼气的存在，对地下工程(如桩基、基坑、盾构等)施工构成突涌、流砂等安全隐患，当进行盾构掘进施工作业时，可能会使地下有害气体释放，造成下伏土层失稳，使已建好的隧道产生位移和断裂；同时与空气接触当达到一定浓度时可能造成爆炸事故，沼气易燃、对人体有害，轻者致人恶心呕吐，严重的可致人死亡或中毒，施工风险很大。
4.虽然，在现有技术中已经有陆上沼气探测技术的公开，如公开号201225967y的实用新型专利《地下浅层有害气体勘探测试仪制造技术》，该技术采用静力触探仪器压入测试设备实现沼气压力、流量和气体成分。
5.但是，在实际应用中，由于水上静力触探施工难度大，费用较昂贵，性价比不高，同时实施风险也较大，大波浪下容易导致探杆断裂，从而可能产生沼气泄露的风险。
6.公开号cn201911110633.7的发明专利《基于钻探设备浅层有害气体探测装置及其使用方法》发明实现水上浅层有害气体探测操作方便、高性价比、安全可靠。但钻探与沼气探测交叉进行，即完成1个试验段的探测后，需要钻探至下一目标深度再实施下一目标探测；同时考虑隔气土层设置，不能连续探测。
7.因此，在地下工程建设前探明场地地下浅层气体的分布十分必要，如上海地区的工程经验，长江、黄浦江附近的第四纪地层沼气分布相对较密集，对水上沼气定量探测需求较迫切，实现连续探测和释放十分必要。


技术实现要素：

8.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供基于钻机浅层有害气体探测装置的连续探测和释放方法，实现的目的是实现连续、高效、准确探测有害气体压力、流量和成分，并可实施释放工作，在水上具有明显优点，成功克服了现有技术的分段实施、探测和钻探交叉作业的缺陷；实现浅层有害气体探测操作更方便、更高性价比、安全可靠，有害气体释放更安全,一般不会导致大量水土流失。
9.为实现上述目的，本发明公开了基于钻机浅层有害气体探测装置的连续探测和释放方法；探测装置包括探杆、导气软管、多功能气罐、双层管和钻杆；其中，所述探测装置设置于水上作业平台、水上作业船或陆域；所述双层管竖直设置，上端依次连接所述探杆和所
述钻杆；所述双层管和所述探杆的总长度为最深的待探测区域的探测深度减去预先钻孔深度；所述钻杆的上端位于所述水上作业平台、水上作业船或陆域上，并籍由所述导气软管与所述多功能气罐连接；所述双层管的内层为芯管、外层为芯管护管；所述芯管的外径与所述芯管护管的内径为间隙配合，能够沿所述芯管护管的长度方向往复滑动；所述芯管的下端设有锥形导向头；所述芯管的外壁为带有滤网的透气内管；探测装置被敲入待探测土层时，所述芯管护管、所述探杆与所述待探测土层上方的封闭土层形成密封；连续探测和释放方法的步骤如下：
10.步骤1、使用钻机在所述封闭土层上方竖直开孔，形成钻孔；所述封闭土层的厚度不少于1米；
11.步骤2、在所述双层管的上端依次连接所述探杆和所述钻杆，并放入钻孔；
12.步骤3、采用锤击法将所述双层管和所述探杆敲入至所述待探测土层，穿过所述待探测土层内不同深度的多个待探测区，直至最深的所述待探测区；
13.步骤4、在所述钻杆的上端依次连接所述导气软管和所述多功能气罐；
14.步骤5、拔起所述钻杆不少于0.5米，所述双层管的所述芯管护管向上移动，使所述芯管相对于所述芯管护管现对移动，连通所述待探测区；此时，所述双层管和所述探杆组合与所述封闭土层，以及相应的所述待探测区上方的土层形成密封，所述待探测区内的气体通过双层管、所述探杆、所述钻杆和所述导气软管进入所述多功能气罐；
15.步骤6、所述待探测区内的气体是否为仅释放有害气体；若是则跳过后续步骤执行步骤7；
16.若否，则观测所述多功能气罐的量程较大的压力表，如果压力小于0.1mpa，同时开启大量程压力表和小量程的压力表的阀门，待压力稳定后停止观测；
17.步骤7、观测压力完成后，开始放气，如果需要测流量和成分，通过所述多功能气罐的放气接口连接流量计，并采集气体的样本；如果不需要测流量和成分，可通过气罐放气或者卸掉所述导气软管直接放气；
18.步骤8、将所述双层管拔起至完成放气的所述待探测区的上方相邻的所述待探测区，并重复执行所述步骤4至步骤8，连续探测每一个所述待探测区，直到完成所有所述待探测区的有害气体探测和释放。
19.所述待探测区可连续分布，也可断续分布。
20.优选的，所述探测装置设置于水上作业平台、水上作业船或陆域；
21.所述钻杆的上端位于所述水上作业平台、所述水上作业船或所述陆域上。
22.优选的，所述芯管护管的上端与所述探杆的下端连接。
23.优选的，所述芯管的上端带有向外翻折的法兰结构；所述芯管护管的下端对应所述法兰结构设有向内翻折的止退肩。
24.优选的，所述芯管的下端与所述锥形导向头连接处设有密封圈，当所述芯管缩入所述芯管护管时，所述密封圈密封所述芯管与所述芯管护管之间的间隙。
25.优选的，所述双层管与所述探杆连接，所述探杆与所述钻杆之间设有转换接头，所述探杆与所述钻杆之间籍由所述转换接头连接。
26.优选的，所述钻杆与所述导气软管之间设有钻杆软管转换接头，所述钻杆与所述导气软管之间籍由所述钻杆软管转换接头连接。
27.优选的，在所述步骤6中，观测至所述多功能气罐的所有压力表均达到稳定状态。
28.优选的，所述多功能气罐包括2个量程不同的压力表、罐体、进气口、排气口和泥浆水排放口；
29.所述多功能气罐能够实现量测不同压力，先打开量程较大的所述压力表的阀门，如果压力小于0.1mpa，再打开量程较小的所述压力表的阀门，实现对浅层有害气体的压力精确测定；通过设置顶部的所述排气口和罐底的所述泥浆水排放口，实现有害气体和泥浆的排放。
30.更优选的，2个量程不同的所述压力表、排气口和泥浆水排放口均设有阀门。
31.本发明的有益效果：
32.本发明实现了基于钻探设备的浅层有害气体探测装置的连续探测和释放气体方法，形成一套完整的创新勘探工艺，能够自下而上连续探测多个待探测区有害气体，并释放；待探测区可连续分布，也可断续分布；实现了连续、高效和准确的探测有害气体压力、流量和成分，并可实施释放工作，在水上具有明显优点，成功克服了现有技术的分段实施、探测和钻探交叉作业的缺陷；实现浅层有害气体探测操作更方便、更高性价比、安全可靠，有害气体释放更安全,一般不会导致大量水土流失。
33.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
34.图1示出本发明一实施例中探测装置的结构示意图。
35.图2示出本发明一实施例中双层管的结构示意图。
36.图3示出本发明一实施例中双层管中芯管伸出状态的结构示意图。
37.图4示出本发明一实施例在使用中多功能气罐的结构示意图。
38.图5示出本发明一实施例的连续探测和释放的流程图。
39.图6示出本发明一实施例在使用中执行步骤一时的状态示意图。
40.图7示出本发明一实施例在使用中执行步骤二时的状态示意图。
41.图8示出本发明一实施例在使用中执行步骤三时的过程中状态示意图。
具体实施方式
42.实施例
43.如图1至图3所示，本发明的基于钻机浅层有害气体探测装置的连续探测和释放方法一具体实施例。
44.其中，探测装置包括探杆1、导气软管2、多功能气罐3、双层管4和钻杆5。探测装置设置于水上作业平台、水上作业船或陆域9；
45.双层管4竖直设置，上端依次连接探杆1和钻杆5；双层管4和探杆1的总长度为最深的待探测区域的探测深度减去预先钻孔深度；
46.钻杆5的上端位于水上作业平台、水上作业船或陆域9上，并籍由导气软管2与多功能气罐3连接；
47.双层管4的内层为芯管42、外层为芯管护管41；
48.芯管42的外径与芯管护管41的内径为间隙配合，能够沿芯管护管41的长度方向往复滑动；
49.芯管42的下端设有锥形导向头43；
50.芯管42的外壁为带有滤网45的透气内管46；
51.探测装置被敲入待探测土层7时，芯管护管41、探杆1与待探测土层7上方的封闭土层6形成密封；
52.连续探测和释放方法的步骤如下：
53.步骤1、使用钻机在封闭土层6上方竖直开孔，形成钻孔8；封闭土层6的厚度不少于1米；
54.步骤2、在双层管4的上端依次连接探杆1和钻杆5，并放入钻孔8；
55.步骤3、采用锤击法将双层管4和探杆1敲入至待探测土层7，穿过待探测土层7内不同深度的多个待探测区，直至最深的待探测区；
56.步骤4、在钻杆5的上端依次连接导气软管2和多功能气罐3；
57.步骤5、拔起钻杆5不少于0.5米，双层管4的芯管护管41向上移动，使芯管42相对于芯管护管41现对移动，连通待探测区；此时，双层管4和探杆1组合与封闭土层6，以及相应的待探测区上方的土层形成密封，待探测区内的气体通过双层管4、探杆1、钻杆5和导气软管2进入多功能气罐3；
58.步骤6、待探测区内的气体是否仅释放有害气体；若是则跳过后续步骤执行步骤7；
59.若否，则观测多功能气罐3的量程较大的压力表，如果压力小于0.1mpa，同时开启大量程压力表和小量程的压力表的阀门，待压力稳定后停止观测；
60.步骤7、观测压力完成后，开始放气，如果需要测流量和成分，通过多功能气罐3的放气接口连接流量计，并采集气体的样本；如果不需要测流量和成分，可通过气罐放气或者卸掉导气软管2直接放气；
61.步骤8、将双层管4拔起至完成放气的待探测区7的上方相邻的待探测区7，并重复执行步骤4至步骤8，连续探测每一个待探测区7，直到完成所有待探测区7的有害气体探测和释放。
62.待探测区7可连续分布，也可断续分布。
63.本发明的原理如下：
64.本发明是基于钻探设备的浅层有害气体探测装置连续探测和释放的创新工艺；探测装置被敲入预定探测深度底部时，根据实际需要每次起拔一定长度并探测和释放有害气体，实现自底部向上连续的探测和释放有害气体；待探测区可连续分布，也可断续分布；形成一套完整的创新勘探工艺，实现了连续和高效地有害气体压力、流量和成分的准确探测，并可实施释放工作，在水上具有明显优点，成功克服了现有技术的分段实施、探测和钻探交叉作业的缺陷；实现浅层有害气体探测操作更方便、更高性价比、安全可靠，有害气体释放更安全，一般不会导致大量水土流失。
65.多功能气罐3能实现量测不同压力的有害气体，方便有害气体流量的量测和气体的采样，而且能实现有害气体的释放、泥浆和水的排放。
66.在某些实施例中，芯管护管41的上端与探杆1的下端连接。
67.在某些实施例中，芯管42的上端带有向外翻折的法兰结构；芯管护管42的下端对
应法兰结构设有向内翻折的止退肩44。
68.在某些实施例中，芯管42的下端与锥形导向头43连接处设有密封圈47，当芯管42缩入芯管护管41时，密封圈47密封芯管42与芯管护管41之间的间隙。
69.在某些实施例中，双层管4与探杆1连接，探杆1与钻杆5之间设有转换接头，探杆1与钻杆5之间籍由转换接头连接。
70.在某些实施例中，钻杆5与导气软管2之间设有钻杆软管转换接头，钻杆5与导气软管2之间籍由钻杆软管转换接头连接。
71.在某些实施例中，在步骤6中，观测至多功能气罐3的所有压力表均达到稳定状态。
72.如图4所示，在某些实施例中，多功能气罐3包括2个量程不同的压力表31、罐体32、进气口33、排气口34和泥浆水排放口35；
73.多功能气罐3能够实现量测不同压力，先打开量程较大的压力表31的阀门，如果压力小于0.1mpa，再打开量程较小的压力表31的阀门，实现对浅层有害气体的压力精确测定；通过设置顶部的排气口34和罐底的泥浆水排放口35，实现有害气体和泥浆的排放。
74.在某些实施例中，2个量程不同的压力表31、排气口34和泥浆水排放口35均设有阀门。
75.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。