用於鑽孔抽水試驗的抽水設備及其控制方法與流程
2023-06-07 12:26:42 2
本發明涉及工程地質勘察中的水文地質勘察技術領域，特別是涉及一種用於鑽孔抽水試驗的抽水設備及其控制方法。
背景技術：
在社會經濟高速發展的背景下，土地資源越來越緊缺，這導致了地下空間開發的力度日漸加大。近年來，交通基礎設施建設快速推進，越來越多的交通基礎工程在山區開展。由於隧道工程具有「用途廣泛、對環境破壞小、可以全天候運行」等優越性，因而倍受人們青睞並逐漸向著「長、深、大」的方向發展。實踐表明，地質條件複雜、施工難度大和施工環境差等問題是影響隧道工程修築進度的重要因素，而各類地質災害和病害則嚴重影響著隧道工程的工程質量和施工安全。其中，隧道工程突水、湧水這類地質現象導致的病害和災害極易影響施工安全和工程質量為了避免突水、湧水造成的人員傷亡及財產損失等，詳細查明隧道工程範圍內的水文地質情況就顯得尤為重要。此外，深部礦產資源的開採利用也同樣需要查明深部水文地質特徵。然而，現有用於開展鑽孔抽水試驗的抽水設備的揚程太小，當面臨較大的埋深時，現有的抽水設備已經難以滿足需求，故如何開展深埋地下水水文地質勘察中的鑽孔抽水試驗一直是個棘手的問題。
技術實現要素：
基於此，本發明在於克服現有技術的缺陷，提供一種用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，能夠滿足不同埋深條件下的鑽孔抽水試驗需求。
一種用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，包括抽水泵、中間泵、儲水裝置及出水管路，所述抽水泵的輸入端用於抽取鑽孔內的水，所述抽水泵的輸出端與儲水裝置連通，所述中間泵的輸入端與儲水裝置連通，所述中間泵的輸出端與出水管路連通。
上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，利用抽水泵抽取鑽孔內的水暫存在儲水裝置內，當儲水裝置內的水到達中間泵的輸入端時，中間泵能夠將水抽至出水管路，從而達到將鑽孔內的水抽出鑽孔外的目的。該用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，即便是面臨較大的埋深時，也能夠將鑽孔內的水抽出，保證鑽孔抽水試驗能夠順利開展。
在其中一個實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括第一連接管路，所述第一連接管路的入口與抽水泵的輸出端連通，所述第一連接管路的出口與儲水裝置連通，且所述第一連接管路的出口的設置高度高於所述中間泵的輸入端的設置高度，以免儲水裝置內的水倒流回抽水泵。
在其中一個實施例中，所述中間泵為至少兩個，所述儲水裝置為至少兩個，所述抽水泵、至少兩個中間泵依次設置，至少兩個所述中間泵與至少兩個所述儲水裝置一一對應，所述抽水泵的輸出端與位於最前面的中間泵對應的儲水裝置連通，在相鄰的兩個中間泵之間，位於前面的中間泵的輸入端與對應的儲水裝置連通，位於前面的中間泵的輸出端與位於後面的中間泵對應的儲水裝置連通，位於最後面的中間泵的輸出端與出水管路連通。使用時可以根據埋深的大小靈活配置中間泵的數目，以實現更高的揚程，滿足鑽孔抽水試驗需求。
在其中一個實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括至少兩個第二連接管路，至少兩個所述第二連接管路與至少兩個所述中間泵一一對應，在相鄰的兩個中間泵之間，所述第二連接管路的入口與位於前面的中間泵的輸出端連通，所述第二連接管路的出口與位於後面的中間泵對應的儲水裝置連通，且所述第二連接管路的出口的設置高度高於所述位於後面的中間泵的輸入端的設置高度，以免儲水裝置內的水倒流回中間泵。
在其中一個實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括固定支架及吊繩，所述固定支架、抽水泵、儲水裝置分別與吊繩固定連接。抽水泵、儲水裝置預先固定在吊繩上，在進行鑽孔抽水試驗前，將固定支架固定在地面上，然後通過吊繩即可將抽水泵與儲水裝置吊裝在鑽孔內，方便試驗開展。
在其中一個實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括控制器，所述抽水泵、中間泵分別與控制器電性連接，以實現抽水泵與中間泵的工作狀態控制。
在其中一個實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括用於檢測鑽孔內的氣壓的氣壓計，所述抽水泵、中間泵均為潛水泵，所述中間泵設置在儲水裝置內，所述抽水泵上設有位於抽水泵的輸入口上方的第一水壓計，所述中間泵上設有位於中間泵的輸入口上方的第二水壓計，所述氣壓計、第一水壓計、第二水壓計分別與控制器電性連接，以接收水壓值和氣壓值數據。
在其中一個實施例中，所述第一連接管路上設有水流開關，所述儲水裝置上設有電動排水閥門，所述水流開關、電動排水閥門分別與控制器電性連接。在鑽孔抽水試驗結束後，控制器能夠指示水流開關與電動排水閥門開啟，達到排水的目的。
本發明還提供一種基於上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，包括以下步驟：
第一水壓計檢測水壓值Pw1，氣壓計檢測鑽孔內的氣壓值PA1；
控制器獲取水壓值Pw1及氣壓值PA1，根據氣壓值PA1設定閾值K1，並將水壓值Pw1與閾值K1進行比較，若水壓值Pw1大於閾值K1，則控制器指示抽水泵運行；
第二水壓計檢測水壓值Pw2；
控制器獲取水壓值Pw2及標準大氣壓值Pa，根據標準大氣壓值Pa設定閾值K2，若水壓值Pw2大於閾值K2，則控制器指示中間泵運行。
上述基於用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，水壓值Pw1大於閾值K1即鑽孔內的水已沒過抽水泵的輸入端，控制器指示抽水泵運行，水壓值Pw2a大於閾值K2a即第一儲水裝置內的水已沒過第一中間泵的輸入端，控制器指示第一中間泵運行，水壓值Pw2b大於閾值K2b即第二儲水裝置內的水已沒過第二中間泵的輸入端，控制器指示第二中間泵運行，能夠保證鑽孔內的水被順利抽出。
進一步地，所述基於用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，還包括以下步驟：
若水壓值Pw1小於閾值K1，則控制器指示抽水泵停止，且指示水流開關關閉；
若水壓值Pw2小於閾值K2，則控制器指示中間泵停止，且指示電動排水閘門關閉。
此步驟針對鑽孔內的水被抽完出現乾涸的情況。水壓值Pw1小於閾值K1即抽水泵的輸入端已無法抽取鑽孔內的水，控制器指示抽水泵停止，防止抽水泵空轉。水壓值Pw2小於閾值K2即中間泵的輸入端已無法抽取儲水裝置內的水，控制器指示中間泵停止，防止中間泵空轉。
附圖說明
圖1為本發明實施例所述的用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的結構示意圖。
附圖標記說明：
1、抽水泵，2、第一中間泵，3、第二中間泵，4、第一儲水裝置，5、第二儲水裝置，6、出水管路，7、第一連接管路，8、第二連接管路a，9、第二連接管路b，10、固定支架，11、吊繩，12、控制器，13、氣壓計，14、第一水壓計，15、第二水壓計a，16、第二水壓計b，17、水流開關，18、電動排水閥門a，19、電動排水閥門b。
具體實施方式
下面對本發明的實施例進行詳細說明：
如圖1所示，本實施例所述的用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，包括抽水泵1、第一中間泵2、第二中間泵3、第一儲水裝置4、第二儲水裝置5及出水管路6，所述抽水泵1的輸入端用於抽取鑽孔內的水，所述抽水泵1的輸出端與第一儲水裝置4連通，所述第一中間泵2的輸入端與第一儲水裝置4連通，所述第一中間泵2的輸出端與第二儲水裝置5連通，所述第二中間泵3的輸入端與第二儲水裝置5連通，所述第二中間泵3的輸出端與出水管路6連通。需要說明的是，使用時還可以根據埋深的大小靈活配置中間泵的數目，以提高總體提水高度(也稱總揚程，即多級抽水設備構成的提水高度)，滿足鑽孔抽水試驗的需求。
上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，利用抽水泵1抽取鑽孔內的水暫存在第一儲水裝置4內，當第一儲水裝置4內的水到達第一中間泵2的輸入端時，第一中間泵2抽取第一儲水裝置4內的水暫存在第二儲水裝置5內，當第二儲水裝置5內的水到達第二中間泵3的輸入端時，第二中間泵3能夠將水抽至出水管路6，從而達到將鑽孔內的水抽出鑽孔外的目的。該用於鑽孔抽水試驗的抽水設備，即便是面臨較大的埋深時，也能夠將鑽孔內的水抽出，保證鑽孔抽水試驗能夠順利開展。
其中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括第一連接管路7，所述第一連接管路7的入口與抽水泵1的輸出端連通，所述第一連接管路7的出口與第一儲水裝置4連通，且所述第一連接管路7的出口的設置高度高於所述第一中間泵2的輸入端的設置高度，減少第一儲水裝置4內的水倒流回抽水泵1的可能性。
本實施例所述的用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括第二連接管路a8、第二連接管路b9，所述第二連接管路a8與所述第一中間泵2對應，所述第二連接管路b9與所述第二中間泵3對應，所述第二連接管路a8的入口與第一中間泵2的輸出端連通，所述第二連接管路a8的出口與第二儲水裝置5連通，且所述第二連接管路a8的出口的設置高度高於所述第二中間泵3的輸入端的設置高度，減少第二儲水裝置5內的水倒流回第一中間泵2的可能性。
在本實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括固定支架10及吊繩11，所述固定支架10、抽水泵1、第一儲水裝置4、第二儲水裝置5分別與吊繩11固定連接。抽水泵1、第一儲水裝置4、第二儲水裝置5預先固定在吊繩11上，在進行鑽孔抽水試驗前，將固定支架10固定在地面上，然後通過吊繩11即可將抽水泵1、第一儲水裝置4與第二儲水裝置5吊裝在鑽孔內，方便試驗開展。
本實施例所述的用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括控制器12，所述抽水泵1、第一中間泵2、第二中間泵3分別與控制器12電性連接，以實現抽水泵1、第一中間泵2與第二中間泵3的工作狀態控制。
在本實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括用於檢測鑽孔內的氣壓的氣壓計13，所述抽水泵1、第一中間泵2、第二中間泵3均為潛水泵，所述第一中間泵2設置在第一儲水裝置4內，所述第二中間泵3設置在第二儲水裝置5內，所述抽水泵1上設有位於抽水泵1的輸入口上方的第一水壓計14，所述第一中間泵2上設有位於第一中間泵2的輸入口上方的第二水壓計a15，所述第二中間泵3上設有位於第二中間泵3的輸入口上方的第二水壓計b16，所述氣壓計13、第一水壓計14、第二水壓計a15、第二水壓計b16分別與控制器12電性連接，以接收水壓值和氣壓值數據。
本實施例所述的第一連接管路7上設有水流開關17，所述第一儲水裝置4上設有電動排水閥門a18，所述第二儲水裝置5上設有電動排水閥門b19，所述水流開關17、電動排水閥門a18、電動排水閥門b19分別與控制器12電性連接。在鑽孔抽水試驗結束後，控制器12能夠指示水流開關17與電動排水閥門開啟，達到排水的目的。
所述第一儲水裝置4上設有與大氣連通的第一溢流孔，所述第二儲水裝置5上設有與大氣連通的第二溢流孔，便於儲水裝置內的空氣和水排出。所述出水管路6上設有水錶，所述水錶與控制器12電性連接，以接收出口流量數據。
在本實施例中，所述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備還包括用於輸入數據的輸入裝置及用於顯示結果的顯示裝置，所述輸入裝置、顯示裝置分別與控制器12電性連接。本實施採用鍵盤作為所述輸入裝置，採用顯示器作為所述顯示裝置。
本實施例所述的控制器12為計算機，具備數據讀取、運算和控制等功能。當然，所述控制器12還可以是單片機、ARM處理器、嵌入式系統等，不以此為限。
該控制器12具備以下模塊，各個模塊之間的耦合性低，能夠靈活切換更改：
1、信息獲取模塊。該模塊能夠實現基於BDS、GPS和GLONASS三套衛星定位系統的定位，也能夠聯網或通過晶振時鐘自動獲取時間。
2、數據傳輸模塊。該模塊具有數據傳輸和報警功能，對內通過串口通訊，對外通過網絡通訊，其包括RS232和RS485串口模塊單元、RJ45有線通信模塊單元、WIFI通信模塊單元，還可以根據需要配置移動通訊模塊單元(如GPRS、GSM、TDSCDMA或LTE等)、BT藍牙通信模塊單元、USB串口模塊單元(如PC端USB或MICROUSB)等。
3、數據存儲模塊。該模塊包括FLASH模塊單元，EEPROM模塊單元，DDRAM模塊，還可以根據具體需要配置MICROSD模塊單元和TIF模塊單元。
4、參數獲取模塊。該模塊用於獲取水錶提供的出口流量值、水壓計提供的水壓值以及氣壓計13提供的氣壓值等。
5、結果運算模塊。該模塊用於根據輸入裝置、信息獲取模塊及參數獲取模塊提供的數據進行運算，從而得出實時流量、實時水位、水位降深、滲透係數、湧水量預測值等結果。
本實施例還提供一種基於上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，包括以下步驟：
第一水壓計14檢測水壓值Pw1，氣壓計13檢測鑽孔內的氣壓值PA1；
控制器12獲取水壓值Pw1及氣壓值PA1，根據氣壓值PA1設定閾值K1，並將水壓值Pw1與閾值K1進行比較，若水壓值Pw1大於閾值K1，則控制器12指示抽水泵1運行；
第二水壓計a15檢測水壓值Pw2a；
控制器12獲取水壓值Pw2a及標準大氣壓值Pa，根據標準大氣壓值Pa設定閾值K2a，若水壓值Pw2a大於閾值K2a，則控制器12指示第一中間泵2運行；
第二水壓計b16檢測水壓值Pw2b；
控制器12獲取水壓值Pw2b，根據標準大氣壓值Pa設定閾值K2b，若水壓值Pw2b大於閾值K2b，則控制器12指示第二中間泵3運行。
上述基於用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，水壓值Pw1大於閾值K1即鑽孔內的水已沒過抽水泵1的輸入端，控制器12指示抽水泵1運行，水壓值Pw2a大於閾值K2a即第一儲水裝置4內的水已沒過第一中間泵2的輸入端，控制器12指示第一中間泵2運行，水壓值Pw2b大於閾值K2b即第二儲水裝置5內的水已沒過第二中間泵3的輸入端，控制器12指示第二中間泵3運行，能夠保證鑽孔內的水被順利抽出。
在本實施例中，閾值K1為氣壓值PA1的1.00-1.02倍，在水沒過第一水壓計14時，抽水泵1即立刻運行，靈敏度高。閾值K2a為標準大氣壓值Pa的1.00-1.02倍，在水沒過第二水壓計a15時，第一中間泵2即立刻運行，靈敏度高。閾值K2b為標準大氣壓值Pa的1.00-1.02倍，在水沒過第二水壓計b16時，第二中間泵3即立刻運行，靈敏度高。
進一步地，所述基於上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，還包括以下步驟：
若水壓值Pw1小於閾值K1，則控制器12指示抽水泵1停止，且指示水流開關17關閉；
若水壓值Pw2a小於閾值K2a，則控制器12指示第一中間泵2停止，且指示電動排水閘門a關閉；
若水壓值Pw2b小於閾值K2b，則控制器12指示第二中間泵3停止，且指示電動排水閘門b關閉。
此步驟針對鑽孔內的水被抽完出現乾涸的情況。水壓值Pw1小於閾值K1即抽水泵1的輸入端已無法抽取鑽孔內的水，控制器12指示抽水泵1停止，防止抽水泵1空轉。水壓值Pw2a小於閾值K2a即第一中間泵2的輸入端已無法抽取第一儲水裝置4內的水，控制器12指示第一中間泵2停止，防止第一中間泵2空轉。水壓值Pw2b小於閾值K2b即第二中間泵3的輸入端已無法抽取第二儲水裝置5內的水，控制器12指示第二中間泵3停止，防止第二中間泵3空轉。
進一步地，所述基於上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，還包括以下步驟：
若水壓值Pw1大於閾值K1，且水壓值Pw1與氣壓值PA1的差值在設定時間T0內保持不變，則控制器12指示抽水泵1運行設定時間T1後停止，且指示水流開關17關閉；
若水壓值Pw2a小於閾值K2a，則控制器12指示第一中間泵2停止，且指示電動排水閘門a關閉；
若水壓值Pw2b小於閾值K2b，則控制器12指示第二中間泵3停止，且指示電動排水閘門b關閉。
此步驟針對鑽孔內的水水位降深長時間保持在某一高度的情況。水壓值Pw1與氣壓值PA1的差值能夠反映出水位降深不變，此時控制器12指示抽水泵1運行設定時間T1後停止，而後第一中間泵2、第二中間泵3相繼停止，結束鑽孔抽水試驗。
進一步地，所述基於上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，還包括以下步驟：
若水壓值Pw2a小於閾值K2a，且水壓值Pw2b大於閾值K2b，則控制器12指示第二中間泵3停止直至水壓值Pw2a大於閾值K2a後，再次運行第二中間泵3。
此步驟針對因第二中間泵3的抽水速度大於第一中間泵2的抽水速度或第二儲水裝置5漏水等原因產生的故障情況。水壓值Pw2a小於閾值K2a，且水壓值Pw2b大於閾值K2b能夠反映第二中間泵3的輸入端已無法抽取第二儲水裝置5內的水，而第一中間泵2的輸入端仍在抽取第一儲水裝置4內的水，此時控制器12指示第二中間泵3停止直至第二中間泵3的輸入端能夠抽取第二儲水裝置5內的水，避免第二中間泵3空轉。
進一步地，所述基於上述用於鑽孔抽水試驗的抽水設備的控制方法，還包括以下步驟：
若水壓值Pw2a大於標準大氣壓值Pa+ρgH，則控制器12指示第一中間泵2停止直至水壓值Pw2a小於閾值K2a後，再次運行第一中間泵2。
其中，ρ為水的密度，g為重力加速度，H為第二水壓計a15至第一溢流孔的高度。
此步驟針對因第二中間泵3的抽水速度小於第一中間泵2的抽水速度或第一儲水裝置4漏水或第一中間泵2無法正常工作等原因產生的故障情況。水壓值Pw2a大於標準大氣壓值Pa+ρgH能夠反映第一儲水裝置4內的水已經溢出，此時控制器12指示第一中間泵2停止直至第一儲水裝置4內的水位下降至第二水壓計a15處，避免第一中間泵2做無用功。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。