一种配弹出式电极的多功能井管

本发明属于污染场地土壤修复，具体涉及一种配弹出式电极的多功能井管。

背景技术：

1、土壤与地下水污染问题严重威胁居民健康和环境安全，开发高效的污染场地修复技术并进行污染场地的治理成为环境岩土工程的重要课题。众多原位修复场地出现污染物浓度反弹，最高达上百倍，尤其是在低渗透污染场地，易产生物质传输困难、残留污染物难去除等问题，从而导致修复效果不佳。压裂增渗技术被认为是增加低渗透污染场地渗透率并协同其他修复技术提高修复效果的有效方法，根据扩大原生裂隙或增加新裂隙所用介质的不同，大致可分为水力压裂技术与气动压裂技术。然而，目前对于解决压裂过程中存在座封失效、抽注协同难题的方式较为匮乏，可通过研发高压座封、气液致裂、多相抽提、氧化注入等功能的井管是解决这一问题的方法之一。目前，满足以上功能的井管尚未研发出来。因此，为实现加载下污染土体压裂增渗、多相抽提等工况模拟，研发与之相匹配的多功能井管意义重大。

2、现阶段，压裂增渗技术被广泛应用于低渗透污染场地的修复中，其核心是通过高压注入介质（如水或气）在土体中产生裂隙，从而提高渗透率并强化后续的修复效果。然而，在针对该技术进行的室内模型试验研究中，由于传统的电阻率层析成像（ert）电极通常固定在井管外壁，由于电极紧贴井管，电流场在土体中的穿透深度有限，难以精准捕捉远离井管区域的裂隙扩展情况及污染物运移特征，导致“测深不足”的问题。同时，现有的试验装置通常将压裂注入、污染物抽提和监测功能分离，导致试验过程中需要频繁更换设备，难以实现“压裂-监测-抽提”的一体化协同操作，且容易出现座封失效的问题。

3、因此，本发明主要应用于污染土壤压裂增渗协同修复的室内模型试验场景。针对上述技术痛点，特别是为了解决管壁ert电极探测范围受限的问题，研发一种能够根据试验需求灵活改变电极位置、并集成注抽功能的井管装置显得尤为重要。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种配弹出式电极的多功能井管，以解决现有室内污染土体压裂修复试验装置功能分散、固定式电极紧贴井管导致电阻率层析成像探测范围受限，以及压裂注入、多相抽提和电阻率检测难以在同一井管上协同实施的问题。

2、发明的技术方案为：一种配弹出式电极的多功能井管，包括：多功能井管包括井筒组件、伸缩组件和电极组件。

3、所述井筒组件包括外筒、下端盖、上端盖、定位管、导向套和贯穿孔纵列；下端盖和上端盖分别固定于外筒的两端，定位管定位在外筒的筒内中心轴线处，下端通过螺钉与下端盖固定；上端垂直穿过上端盖；四条贯穿孔纵列沿所述外筒的筒周均匀分布；每条贯穿孔纵列由多个贯穿孔沿外筒的同一条母线呈直线均匀上下排列分布；所述贯穿孔横向穿透外筒的筒壁；外筒上固定有横向的导向套；所述导向套设置在每条所述贯穿孔纵列的上方和下方。

4、所述电极组件包括：多功能井用的电极、电极座、四氟螺母、复位弹簧、导向轴、上斜块和下斜块；所述电极座为长条形，多个电极通过四氟螺母固定在电极座上，并随电极座整体移动，用来探测定点位置的电阻率，从而反映出污染物浓度的变化；每个所述电极分别对应插入所述外筒的所述贯穿孔内；上斜块和下斜块分别设置于电极座的轴向两端；电极设置在上斜块和下斜块之间；导向轴分别固定于所述电极座的轴向两端，分别背对所述上斜块和下斜块固定；所述导向轴的横轴线均与所述电极的轴线平行；所述导向轴穿设于所述导向套内滑动配合；复位弹簧分别套设于对应所述导向轴的外周，水平方向卡在所述外筒的内壁和所述电极座之间。

5、伸缩组件包括滚轮组合基座、传力套筒和传力螺母。

6、传力套筒套在所述定位管外，能沿所述定位管上下轴向移动；传力套筒向上穿过所述上端盖。传力螺母与传力套筒的上端连接。

7、滚轮组合基座为十字形，中间设孔套在所述传力套筒外固定，能随传力套筒上下移动；所述滚轮组合基座的四个端部设置滚轮座，滚轮座设有u形缺口，滚轮通过销轴安装于滚轮座的u形缺口内，滚轮可绕销轴自由转动；滚轮的滚轮外圆分别与所述上斜块和所述下斜块的斜面滚动接触；所述滚轮组合基座为两个，分别设置在所述上斜块和所述下斜块的对应水平位置。

8、基于上述技术特征：每个所述贯穿孔内均固定设置一个由聚四氟乙烯材料制成的绝缘套，所述电极穿过对应的所述绝缘套。

9、基于上述技术特征：整个所述外筒包括上部的无贯穿孔段和下部的工作段；四列所述贯穿孔纵列均设置于所述工作段内。

10、基于上述技术特征：传力螺母通过螺纹固定于所述传力套筒的上端，外部直线驱动机构通过所述传力螺母向所述传力套筒施加轴向驱动力；所述定位管固定不动，所述传力套筒能够相对于所述定位管轴向滑动。

11、基于上述技术特征：所述复位弹簧的一端与所述电极座固定，另一端嵌入所述外筒内壁对应设置的弹簧定位凹槽内，并抵接于所述弹簧定位凹槽的槽底。

12、基于上述技术特征：所述外筒侧壁内集成了抽注组件，所述抽注组件包括数根抽提管与数根注入管，所述抽提管和所述注入管避开所述贯穿孔垂直嵌在所述外筒的侧壁内；所述抽提管纵向连通有多个抽提射孔，所述注入管纵向连通有多个注入射孔；所述抽提射孔和所述注入射孔分别沿所述外筒的同一条母线呈直线均匀上下排列分布，并避开所述贯穿孔。

13、基于上述技术特征：所述抽提管为四根，与所述抽提管连通的抽提射孔形成四列，与相邻的所述贯穿孔纵列在周向上呈45°夹角；每列的单个所述抽提射孔的高度与相邻的所述贯穿孔处于相同的轴向高度；所述注入管为四根，分别设置在所述抽提管与所述贯穿孔纵列之间，与所述注入管连通的所述注入射孔设置在相邻的上下两个贯穿孔之间。

14、基于上述技术特征：航插设置于所述上端盖，用于汇集筒内的所述电极的信号线，所述信号线焊接在所述航插背部的插针上。

15、本发明的多功能井管填补了实现加载下污染土体压裂增渗、多相抽提等工况模拟所需井管的空白，其整合了气液致裂、多相抽提、氧气注入等功能。注入管通过与其连通的注入射孔向污染土样单元输送压裂气体、压裂液或修复药剂，以形成裂隙或实施药剂注入；当需要实施氧气注入时，注入管与外部供氧装置连接，氧气经注入管及与其连通的注入射孔进入污染土样单元，为土体中的好氧微生物提供氧源，以促进污染物的生物降解；抽提管通过与其连通的抽提射孔在外部负压装置作用下抽出土体中的气相污染物、液相污染物及非水相液体污染物；电极随对应电极座整体伸出外筒并进入周围土体，通过外接电阻率层析成像系统根据试验需要在试验前、试验过程中或试验后进行检测，以解决现有技术中管壁电阻率层析成像测深不足的问题，通过该多功能井管可实现对污染土体压裂增渗、多相抽提与电阻率层析成像检测，解决了压裂过程中抽注协同难题，增强了对污染土体的处理能力，有力推动了实现加载下污染土体压裂增渗、多相抽提等工况模拟的研究进程。

16、针对现有技术中固定电极探测深度不足的难题，本发明设计了“斜块-滚轮”机械联动结构。与常规井管仅作为支撑结构不同，本发明的井管赋予了电极动态伸缩的能力，通过控制传力套筒在定位管上的滑动使滚轮在斜块上发生滑移，使上下两组滚轮同时作用于电极座轴向两端的斜块，从而控制电极的弹出，电极弹出后能够深入土体内部进行原位监测，有效解决了常规管壁电阻率层析成像测深不足的问题，显著提高了数据精度和有效探测范围。

17、同时，改变了传统试验中需多根管路分别接入的现状。本发明在外筒有限的壁厚空间内，集成了抽提管、注入管以及多排可伸缩电极，实现了气液致裂注入、多相污染物抽提与电阻率层析成像实时监测功能的一体化。这种紧凑的结构设计避免了传统实验中需要频繁更换管路设备的繁琐流程，既满足了高压压裂液注入、污染物多相抽提的需求，又保证了实时监测功能的在线运行，极大地简化了试验流程。

18、针对带电极井管易漏电、易渗漏的风险，本发明在每个贯穿孔处均设置了由聚四氟乙烯材料制成的绝缘套，使电极与金属外筒之间保持电气绝缘，降低电极信号受金属筒体干扰或发生漏电的风险，确保在高压注液环境下井管内部的电路与机械传动区与外部的土体流体区的严格隔离，保障了设备的长期运行的稳定性。